（岩土工程专业论文）带肋填砂预应力管桩承载性能的研究.pdf

摘要 摘要 针对软土地基中普通预应力混凝土管桩承载能力偏低的特点，本文提出一 种新型的预应力混凝土管桩( 称为带肋填砂管桩) ，通过简单的施工工艺，达到 提高单桩竖向承载力的目的。该新型桩制作简单，施工方便，具有良好的经济 效益 文章首先介绍了带肋填砂管桩的基本概况以及制作方法和施工工艺。 其次结合两个应用此新桩型实际工程，介绍了原位测试的方法和过程，包 括静载荷试验和轴向力测试，并对试验的结果数据进行了统计和分析，得出了 一些结论。 再者分析了带肋填砂管桩的单桩荷载传递过程和沉降机理，构建了基于双 曲线荷载传递函数的轴力一沉降计算模型。根据试桩得到的参数进行了计算， 并将计算结果和工程实例进行了对比 最后还对承载能力进行了分析，静载荷试验的结果曲线、锤击数的对比、 荷载传递的计算分析均表明，和普通管桩相比，带肋填砂管桩确实能大幅的提 高单桩竖向承载力。另外还给出了其承载力的计算公式，为以后实际工程的设 计应用提供了参考。 关键词：带肋填砂管桩，制作，施工，原位测试，荷载传递分析，承载力提高 a b s t r a c t a b s t r a c t a i m e da tt h el o wb e a r i n gc a p a c i t yo fo r d i n a r yp r e s t r e s s e dc o n c r e t et u b ep i l ei n s o f ts o i l ，t h i sp a p e rs u g g e s t san e wm o d e lt u b ep i l e ( c a l l e df i b b e da n ds a n d - f i l l e dp i l e ) ， w h i c hc a ni m p r o v ev e r t i c a lb e a r i n gc a p a c i t yo fs i n g l ep i l eb ys i m p l ec o n s t r u c t i o n h a n d i c r a f t t h ep i l em o d e li ss i m p l et om a n u f a c t u r ea n dc o n v e n i e n tt oc o n s t r u c t , w h i c hb r i n g sf i n ee c o n o m i ce f f e c t f i r s t l y ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eg e n e r a lc o n d i t i o n ，m a n u f a c t u r i n gm e t h o da n d c o n s t r u c t i n gh a n d i c r a f to f t h er i b b e da n ds a n d f i l l e dp i l e ； s e c o n d l y , c o m b i n i n gt w or e a lp r o j e c t s 璐i i l gt h i sn e wm o d e lp i l e , t h em e t h o d a n dp r o c e s so fs i t et e s ti n c l u d i n gl o a dt e s ta n da x i a lf o r c et e s ta 陀i n t r o d u c e d ，a n dt h e d a t ao ft h et e s ta r ec o u n t e da n da n a l y z e d s o m ec o n c l u s i o n sa r em a d e ； m o r e o v e r , t h ep a p e ra n a l y z e sl o a dt r a n s f e rp r o c e s sa n ds e t t l e m e n tm e c h a n i s mo f t h er i b b e da n ds a n d f i l l e dp i l ea n de s t a b l i s h e st h el o a d s e t t l e m e n tc a l c u l a t i n gm o d e l b a s e do nh y p e r b o l al o a dt r a n s f e rf u n c t i o n s o m ec a l c u l a t i o n sa r em a d ea c c o r d i n gt o p a r a m e t e rf r o mp i l e t e s t , a n dt h er e s u l t sa r ec o m p a r e d 、析廿lt h a to ft h er e a lp r o j e c t f i n a l l y ，t h eb e a r i n gc a p a c i t yo fr i b b e da n ds a n d - f i l l e dp i l ei sa n a l y z e d t h ec u r v e o fs t a t i cl o a d ，c o n t r a s to ft h eh a m m e rb l o w s ，c a l c u l a t i o no fl o a dt r a n s f e ra l lp r o v et h a t t h eb e a r i n gc a p a b i l i t yo ft h ef i b b e da n ds a n d - f i l l e dp i l ei sm u c hh i g h e rt h a nt h a to f o r d i n a r yt u b ep i l e t h ef o r m u l af o rc a l c u l a t i o no fb e a r i n gc a p a b i l i t yi so b t a i n e dw h i c h g i v e sr e f e r e n c et ot h ef u t u r ed e s i g na p p l i c a t i o no fr e a l p r o j e c t k e yw o r d s ：f i b b e da n ds a n d f i l l e dt u b ep i l e ，m a n u f a c t u r e ，c o n s t r u c t i o n ，s i t et e s t , l o a dt r a n s f e ra n a l y s i s ，i m p r o v e db e a r i n gc a p a c i t y n 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：关彖 。形一年7 月叫日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师及所在工作单 位领导的指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用 的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发 表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出 贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原 创性声明的法律责任由本人承担。 签名：羡泵 矽7 年7 月叫日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 预应力混凝土管桩是预应力技术与离心制管技术相结合的产物。1 9 1 5 年澳 大利亚人w r h u m e 发明了离心密实混凝土成型方法。1 9 3 4 年日本开始制造钢筋 混凝土离心管桩，1 9 6 2 年制成预应力管桩( 简称p c 桩) ，1 9 7 0 年制造了超高强预 应力管桩( 简称p h c ) h 1 。我国应用预应力管桩最早的地区是台湾省，从6 0 年代 中期开始生产和应用p c 桩；北京丰台桥梁工厂是我国研制和应用预应力管桩最 早的厂家之一，大约在1 9 6 8 年开始批量生产由4 0 0 8 0 和由5 5 0 1 0 0 的p c 桩，并 在铁路工程和桥梁工程中开始应用 而预应力混凝土管桩的大量使用还是近二十年的事情口随着近二十年我 国经济的快速发展，建筑业的蓬勃发展，管桩大量应用于沿海软土地区的小高 层和多层建筑中；目前我国的管桩生产厂家也已经有近百家，主要集中在沿海 地区i 因此，管桩的制作和施工水平得到了很大的提高嘲与此同时，我国于 1 9 9 2 年制定了先张法预应力混凝土管桩( g b l 3 4 7 6 - 9 2 ) 国家标准，1 9 9 3 年国 家建设部将先张法预应力混凝土管桩列入国家重点推广项目，1 9 9 9 年修订了先 张法预应力混凝土管桩( g b l 3 4 7 6 1 9 9 9 ) 国家标准；此间，沿海各省份也制定 了一系列地方标准和图集来规范先张法预应力混凝土管桩的生产、堆放、运输 和施工嘲1 n 1 。 以温州地区为例，2 0 0 2 年施工管桩数量就达至i j 3 0 0 多万米，造价总额达4 亿 多元。预应力管桩发展如此快速，是因为和其他桩型相比，其具有很多明显的 优点。首先，管桩由工厂化生产，桩身强度高，产品质量稳定，耐打性能好， 比较适合用作摩擦端承桩和端承摩擦桩：其次，管桩基础施工速度快、周期短， 施工中无泥浆污染，综合经济性价比高。 然而，在深厚软土地区，由于以下问题的存在影响了管桩的进一步推广和 应用，主要有： ( 1 ) 桩穿过深厚软土层，桩侧土提供的侧阻力值低； ( 2 ) 受长径比限制，不能通过增加桩长提高单桩承载力； ( 3 ) 桩端土质往往不是硬土层，桩端阻力也较低，以摩擦型为主； ( 4 ) 由于单桩承载力较低，导致桩基设计时布桩过密，打桩引起的孔隙水压 第一章绪论 力不能及时消散，造成桩身上浮、偏位、断裂等较多质量问题； ( 5 ) 由于桩身混凝土轴心抗压强度高，按其确定的单桩竖向承载力明显高于 由土的侧阻和端阻确定的单桩承载力，造成桩身材料强度的浪费。 目前，国内外对预应力管桩的研究主要集中在管桩的生产和应用汹】、荷载 传递特征啪1 、p h c 长桩时效性田3 、施工过程中质量控制和问题的处理霜1 等 方面，对于如何提高管桩承载力却尚未涉及。因此，能否通过一些简单的施工 工艺，改善桩侧软土土质，提高单桩承载力成为一个现实关注的问题。 扩大头带肋( 翼板) 填砂预应力管桩( 以下简称为带肋填砂管桩) 就是基 于这种想法，首先由温州市建筑设计研究院提出来的，我们单位对此课题做了 大量的研究工作，并成功的在温州的两个工程中率先使用，取得了比较理想的 效果 带肋填砂管桩是在原管桩的闭口或开口桩尖上，加焊宽度1 0 - 1 2 c m 、厚度 l o m m 的钢质扩大头；并在各节管桩端板接合处以及管桩中间适当位置加焊宽度 8 一l o c m 、厚度g m m 的环形钢质翼板，或在管桩成型时浇筑出宽度为1 0 - 1 2 c m 的 混凝土肋( 用钢板制作的称为翼板，用混凝土制作的称为肋) 在沉桩时，扩大 头和肋( 翼板) 以及肋( 翼板) 和肋( 翼板) 之间形成的桩侧空隙用砂充填， 这样就形成了桩头扩大、桩侧填砂的预应力管桩( 图1 - 1 ) 。 图1 1 带肋填砂管桩剖面示意图 2 第一章绪论 这种做法具有如下优点： ( 1 ) 增加了桩端的面积； ( 2 ) 缩短排水通道，加快超孔隙水压力消散和桩外侧淤泥质软土层的固结， 提高软土侧阻力值； ( 3 ) 置换原桩侧土体，填砂的侧阻力值较高； ( 4 ) 由于肋( 翼板) 的约束作用，填充的砂在某种程度上与桩整体工作，相 应的增大了桩径及侧表面积，增大桩的侧阻力。 试验证明，带肋填砂管桩可以同时较大幅度提高单桩的端阻力和侧阻力。 值得一提的是另外两种和带肋填砂管桩相类似的桩型： ( 1 ) 在日本，为了适应环太平洋地震带频繁地震的需要，在管桩桩身上每2 m 设有一条宽5 c m 的凸出的混凝土肋，称竹节状预应力管桩( 图卜2 ) ，其施工方 法和日本普通预应力管桩一样，采用中掘桩机植桩，中掘桩机从管内取出略大 于管桩直径的土体，管桩靠自重随着桩机取土而下沉，管桩沉到离设计标高2 m 时，用机身与配重( 几十吨) 将管桩压至设计标高，竹节状管桩在日本主要为 了抗震需要。 图i - 2 日本竹节状管桩 ( 2 ) 多支盘钻孔灌注桩，又称多节挤扩灌注桩，简称d x 桩。根据地基情况， 多支盘钻孔灌注桩沿桩身设置了若干个承力盘或承力支，承力盘( 承力支) 一般 设置在地基力学性质较好的土层，直径为主桩径的2 - 3 倍。由于增加了桩的比 表面积，扩大了桩身多个外断面直径及桩的承载面积，增强了桩土的共同作用， 第一章绪论 从而有效的提高了单桩竖直承载力，改善了基桩与桩基的应力状态，并达到了 尽量减小沉降量的目的c a o j 。 1 2 研究内容 带肋填砂管桩能大幅提高单桩竖向承载力，在工作机理上可以认为：它将 预应力管桩与砂桩组合在一起。上部荷载一部分通过管桩的肋与桩的侧壁传给 桩周填砂，另一部分荷载沿管桩轴向传至桩端的桩扩大头，再由桩扩大头传给 其下持力层。桩侧填砂的内摩擦角大，加上有肋( 翼板) 的约束作用，有效地 将荷载传递给填砂外侧的软土层。由于肋( 翼板) 的约束作用及预应力管桩侧 面与填砂的摩擦力高于填砂与软土的摩擦力，因此，桩土破坏面发生在填砂与 软土接触的软土一侧。这相当于桩直径由管桩的直径扩大到管桩加填砂厚度的 直径，增加了桩侧表面积，桩侧阻力随之增加同时，桩的端承面积由于采用 扩大头而增大，桩端阻力也相应大幅增加。另外，众多工程桩的桩周的填砂层 都成为软土竖向排水通道，可以有效地使打桩引起的超孔隙水压很快消散，加 速土体固结。 本文研究的内容包括： 1 带肋填砂管桩可行性研究： 主要研究带肋填砂管桩的制作和施工的可行性 ( 1 ) 带肋填砂管桩的制作分两种情况，一是在目前试验阶段，主要是在现有 普通管桩的基础上，如何在施工过程中通过简单的处理，形成桩端扩大、桩身 带肋的管桩；二是大量生产阶段，需要研究带肋预应力管桩钢模的设计及产品 的工业化生产 ( 2 ) 带肋填砂管桩的施工可行性主要在沉桩阶段，一是如何保证桩周填砂的 形成，及满足连续性和密实性的要求；二是在桩周填砂存在的情况下，如何保 证管桩能顺利的打入到相应的设计标高。 以上两点都是和工程实践密切联系的两个环节，需要在一定施工经验的基 础上，在施工现场反复试验，才能寻求最理想的解决方案。 2 带肋填砂管桩原位测试的研究： 研究一种新的桩型的承载性能，原位测试往往起到非常重要的作用。本文 的原位测试包括了桩的静载荷试验和桩身轴力测试两部分。原位测试的成果不 仅可以直接用来判断桩的承载能力，而且还为理论研究中的沉降计算模型提供 4 第一章绪论 必要的形式和参数。 3 带肋填砂管桩受力机理及沉降变形的研究： 主要是把现有沉降计算的理论和带肋填砂管桩这一具体桩型相结合，计算 桩身轴向力的传递、桩侧阻力分布和桩身变形。本文使用的沉降计算方法是荷 载传递分析法。 4 带肋填砂管桩承载力提高的研究： 主要是通过实际工程的原位测试，研究带肋填砂管桩竖向承载力大小，以 及和普通管桩相比较承载力提高的幅度；并获得可以应用于工程设计的简单的 承载力计算公式。 5 肋( 翼板) 及填砂对桩承载性能的影响研究： 主要研究带肋填砂管桩受力时，桩土破坏面的位置，肋( 翼板) 和桩周填 砂的作用。 6 带肋填砂管桩与普通管桩及其他桩型在经济与技术上的比较。 1 3 研究途径及主要工作 带肋填砂管桩承载性能的研究是一个复杂的工程问题。对于这样一个复杂 问题采用单一的理论分析或现场试验方法都是不全面的本文采用两者相结合 的方式进行研究。应该说，理论分析和现场试验是相互补充的两个途径，无论 是承载能力的判断还是沉降的分析，都是两个途径共用研究的结果。例如，对 于桩的沉降的研究，就是通过实际工程现场试验，得到最合适的荷载传递函数 的形式和相关得土体参数值，并应用该荷载传递模型模拟分析桩的受荷过程， 计算得到荷载一沉降曲线，最终将计算所得的曲线再和现场试验所得的曲线进行 比较。 按上述研究途径，首先就需要确定试验现场，本文在温州地区选择了两个 实际工程作为试验现场，在现场制作施工了带肋填砂管桩，并做了带肋填砂管 桩和普通管桩的原位对比试验，获得了相应的试验数据，然后以这些桩为例进 行了理论分析。其主要工作包括： 1 选择研究现场，收集相关勘察资料，查清场地的土层分布和土的物理力 学性能指标 2 根据研究现场的场地土层条件设计现场载荷试验用桩；根据持力层的顶 面的高程确定桩长；根据勘察提供的侧阻力和端阻力，以及工程经验预估试验 第一章绪论 桩的承载力，确定加载数值。 3 在现场制作带肋管桩，进行沉桩，在桩周填砂。 4 在管桩内埋设量测元件。 5 进行桩的静载荷试验，测出桩端载荷一沉降曲线。试验所加的载荷应达 到或接近破坏阶段，以获得完整的载荷一沉降曲线。然后，根据载荷一沉降曲线 确定出桩的承载力特征值和极限值。 6 收集理论分析所需的参数资料 7 建立一个适用于带肋填砂管桩承载性能的荷载传递分析方法。 8 应用所建立的模拟分析方法对带肋填砂管桩承载力性能进行分析，并和 现场试验结果进行对比 6 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 2 1 带肋填砂管桩的组成 带肋填砂管桩是由桩扩大头、带肋( 翼板) 预应力混凝土管桩、以及桩周 一定厚度的填砂组成。桩扩大头是由钢板加工而成，肋( 翼板) 是由若干片钢 板焊接制作而成，或在制作管桩时预制而成的混凝土肋。由于桩端存在扩大头， 沉桩时在桩侧面与土之间形成空隙，并由砂将其充填，在桩侧与土之间形成砂 圈层。 2 2 桩扩大头 桩扩大头根据桩端持力层的不同，分成两类。当桩端持力层为砂砾石层时， 桩扩大头的做法为在原预应力管桩的桩尖上加焊比桩直径宽2 0 c m 、厚l o m m 的环 形钢端板，根据需要，可以制作成闭口型( 图2 1 ) 或开口型( 图2 2 ) 。当桩端 持力层为粘土层时，可直接用厚l o m m 的钢端板作为该桩体的桩尖扩大头( 图 2 - 3 ) 。由于桩端受力大，要确保桩扩大头和桩端的有效焊接。为了降低桩扩大 头成本，还可以使用预制的混凝土扩大头，其作法类似于沉管灌注桩的混凝土 桩尖。 图2 - 1 闭口型桩扩大头 7 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 图2 - 2 开口型桩扩大头 图2 - 3 桩端持力层为粘土的桩扩大头 2 3 翼板的制作 在试用工程施工时，由于带混凝土肋的预应力管桩尚未生产，工程采用钢 翼板，钢翼板间距2 - 3 m ，钢翼板宽8 - 1 0 c m 、厚6 m m ，由三块钢板拼接而成( 图 2 4 ) 。由于管桩中间位置没有可焊接点，这些翼板无法和桩体连接，需要预先 在桩体上设置钢环条( 图2 - 5 ) ，在试验中，采用宽6 c m 、厚4 m m 的钢环条( 图 2 - 6 ) ，通过螺钉和桩体紧密连接，再将翼板与钢环条焊接。 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 图2 - 4 组合成翼板的钢板 图2 5 用于翼板固定的钢环条 图2 - 6 翼板与桩相连 9 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 2 4 带肋预应力混凝土管桩的制作 2 4 1 钢模的制作 带肋预应力管桩的制作，首先要制作钢模( 图2 - 7 ) 、( 图2 - 8 ) ，采用8 m m 厚优质a 3 钢板绕卷成半圆形，每2 m 间距插入直径大于管桩直径2 0 c m 的肋部模 具( 图2 - 9 ) ，钢模总长l o m ( 图2 - 1 0 ) ，管桩在脱模时，放松一侧的预应力钢 筋，随着预应力钢筋的收缩，混凝土会产生从放松钢筋一侧向另一侧收缩，为 避免凸出的混凝土肋卡住钢模，将肋角分别设计为1 0 0 度与1 3 5 度，在肋角1 0 0 度的一侧放松预应力钢筋，混凝土向肋角大的一侧收缩，由于肋角较大，钢模 被混凝土体弹开，带肋预应力管桩便可以顺利脱模。 图2 - 8 带肋预应力管桩钢模横剖面示意图 l o 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 图2 - 9 带肋预应力管桩钢模肋部 图2 1 0 带肋预应力管桩钢模 2 4 2 带肋管桩的制作 钢模在钢模厂制成后，由管桩厂制作带肋预应力混凝土管桩，其制作的生 产流程为： ( 1 ) 在带肋预应力混凝土管桩钢模内壁涂刷减摩油： 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 ( 2 ) 将带肋预应力混凝土管桩下钢模置于支架上，放入预应力钢筋笼； ( 3 ) 倒入计算好方量的混凝土； ( 4 ) 盖上带肋预应力混凝土管桩上钢模，将相关紧固螺栓拧紧； ( 5 ) 在钢模两端安上止浆板，张拉预应力钢筋； ( 6 ) 吊起内装混凝土和钢筋笼的带肋预应力管桩钢模，置于离心机上； ( 7 ) 先慢速启动旋转，逐渐加快，直至混凝土离心成管状； ( 8 ) 用桁车将钢模吊入蒸养池，蒸养6 8 小时； ( 9 ) 待钢模内混凝土强度达到要求后，用桁车将钢模从池内吊出拆模； ( 1 0 ) 拆模时，先在肋角小( 1 0 0 度) 的一端放松预应力钢筋，随着预应 力钢筋的收缩，迫使管壁混凝土向另一端收缩，这时，混凝土肋的另一个角为 1 3 5 度，不会造成钢模卡肋现象，带肋预应力管桩顺利脱模( 图2 1 1 ) 、( 图 2 1 2 ) ： ( 1 1 ) 脱模后带肋预应力管桩在厂区堆放高度为4 排，待强度达到后启运 施工现场。 该种桩型的肋采用素混凝土预制，仅对生产普通管桩的流水线做简单的调 整即可用于生产。带肋预应力混凝土管桩的制作方便、费用低，堆放与运输也 容易得到解决。 图2 1 1 带肋预应力混凝土管桩 1 2 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 图2 1 2 带肋预应力混凝土管桩 2 5 填砂 填砂是带肋填砂管桩施工的一个重要步骤，填砂在现场实施。首先用斗车 测量每斗车砂的体积( 图2 - 1 3 ) 。最初使用砂漏斗填砂，在桩位上放置砂漏斗 ( 图2 1 4 ) ，砂漏斗的下端直径略大于桩扩大头直径，随着管桩下沉，不断往 砂漏斗中加砂，但时常出现堵砂现象；后来取消了砂漏斗，直接将砂倾倒在桩 的四周( 图2 1 5 ) 。施工时，桩大头和翼板在桩周形成很规则的l o c m 宽的环状 空腔( 图2 1 6 ) ，在土体回拢前，靠自重及打桩振动，填砂能均匀、连续充填 桩周。在试验过程中，我们测算了填砂量，填砂充盈系数在翼板间距为2 5 m 时， 为9 5 以上。在地下室开挖时，挖出的管桩周围填砂十分密实与连续( 图2 1 7 ) 。 填砂过程中，应注意的几个问题： ( 1 ) 试验发现，砂子以粗砂为好； ( 2 ) 在最初现场试验时，采用水冲灌砂，发现砂在管桩侧面和土体侧壁问 容易产生架桥现象，水越冲，“砂桥 越结实，导致灌砂效果不佳，所以宜用 干砂； ( 3 ) 翼板的间距应根据土性确定，一般对于温州的软土，应为2 - 3 m 。试验 过程中，曾经把翼板间距定为l o m 、5 、2 5 m ，发现在2 5 m 时，灌砂效果最好； ( 4 ) 工人填砂尽量保持节奏，保证填砂均匀、连续，同时要配合打桩机的 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 打桩频率，不要发生砂的架桥作用； ( 5 ) 在靠近上一个翼板边缘时，如果填砂的速度慢，会产生空隙，影响质 量，因此，在打桩之前，砂应备足，保证连续填砂( 图2 1 8 ) 。 图2 1 3 测算灌砂量 图2 1 4 砂漏斗 1 4 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 图2 - 1 5 灌砂现场 图2 - 1 6 桩大头形成的桩周空腔 图2 17 桩周连续填砂及粘土化淤泥 1 5 第二章带肋填砂管桩的制作与施工 黼 图2 - 1 8 靠近翼板填砂应密实 2 6 带肋填砂管桩的施工 带肋填砂管桩的施工类同于普通管桩，主要差别在于多一道填砂的工序。 如果是在采用钢翼板情况，那么还多一道焊接钢翼板的工序。应该说施工还是 比较简便的。 2 6 1 施工设备 ( 1 ) 锤击式柴油打桩机：由于翼板的存在，应采用锤击法施工，不应采用 静压法施工；同时锤击法施工过程中的振动，能够增加填砂的连续性和密实性， 提高填砂的质量； ( 2 ) 吊装机械：轮式吊车； ( 3 ) 测量设备：经纬仪、水准仪； ( 4 ) 填砂设备：斗车、铁锹： ( 5 ) 焊接设备：5 0 0 型电焊机。 2 6 2 施工程序 ( 1 ) 放样 先在不受打桩影响的地段设置2 个安全的永久性控制点，然后测放建筑物 各轴线、点，要求桩位放样误差 2 2 1 7 行政 带肋填 试桩2 咖4 0 03 41 3 3 02 1 0 0 03 5 5 0 *2 3 8 0 2 1 0 0 信息 砂管桩 试桩3 由4 0 03 41 3 3 02 2 1 7 。62 3 5 21 3 1 4 2 2 1 7 中心 试桩4巾5 0 03 4 1 8 0 01 8 0 1 85 0 4 72 7 1 6 1 8 0 1 建工 5 4 7 #巾5 0 03 61 2 1 01 2 1 03 7 7 72 5 9 4 1 2 l o 学院 6 3 1 #m5 0 03 61 1 6 01 1 6 02 3 2 21 5 0 6 1 1 6 0 办公 i y l 5 0 0 楼 5 8 8 #由5 0 03 61 1 5 61 1 5 62 7 9 41 9 8 4 1 1 5 6 ( 7 0 ) 建工 3 3 8 #由5 3 41 3 0 91 3 0 93 7 7 22 8 6 0 1 3 0 9 学院 4 3 8 #由5 0 03 41 3 0 91 3 0 91 8 7 71 1 4 3 1 3 0 9 实验 楼 4 8 9 # #巾5 0 03 41 3 0 91 3 0 92 1 2 21 4 3 0 1 3 0 9 注：试桩一l 、试桩一2 加载1 l 级时的累计沉降量分别为3 9 2 3 m 和2 6 1 0 m m ，为了得到 更多资料，继续加载至桩架一角开始上抬倾斜为止 3 l 第三章带肋填砂管桩的原位测试 表3 - 4 试桩1 数据汇总 本级累计本级累计 序荷载 沉降沉降历时 历时 号( k n ) ( 咖) ( m m )( r a i n )( r a i n ) 1 3 2 7 61 5 91 5 99 09 0 24 9 1 41 6 93 2 89 0 1 8 0 36 5 5 21 7 55 0 39 02 7 0 48 1 9 01 7 76 8 09 0 3 6 0 59 8 2 82 4 79 2 79 04 5 0 61 1 4 6 62 7 31 2 0 09 0 5 4 0 71 3 1 0 43 3 91 5 3 99 06 3 0 81 4 7 4 22 6 11 8 0 0 1 2 07 5 0 91 6 3 8 06 5 92 4 5 91 2 0 8 7 0 1 01 8 3 9 66 0 83 0 6 71 2 09 9 0 1 12 0 1 6 08 5 63 9 2 31 2 01 1 1 0 1 2 2 2 1 7 6 1 0 0 54 9 2 8 1 2 01 2 3 0 卸载 1 1 8 3 9 6 0 0 74 9 2 l 6 01 2 9 0 21 4 7 4 2o 5 24 7 3 76 01 3 5 0 31 1 4 6 62 2 24 6 8 56 01 4 1 0 48 1 9 02 7 8“0 7 6 01 4 7 0 54 9 1 47 7 83 6 2 96 01 5 3 0 6 0 一9 7 9 2 6 5 01 8 01 7 1 0 柚 洲 o埘枷 t 枷 棚 硼2 枷 ( a ) q - s 曲线 s ( 栅) ( b ) s l g t 曲线 图3 - 6 试桩一l 静荷载试验曲线 第三章带肋填砂管桩的原位测试 表3 - 5 试桩2 数据汇总 本级累计本级累计 序荷载 沉降沉降历时历时 号( k n ) ( 咖)( 咖)( r a i n )( r a i n ) l3 2 7 6o 9 80 9 86 06 0 24 9 1 40 8 81 8 66 01 2 0 36 5 5 21 1 02 9 69 02 1 0 48 1 9 01 4 24 3 89 03 0 0 59 8 2 81 5 05 8 79 03 9 0 61 1 4 6 62 2 98 1 69 04 8 0 71 3 1 0 4 2 2 4 1 0 4 09 05 7 0 81 4 7 4 2 2 8 0 1 3 2 01 2 06 9 0 91 6 3 8 02 6 71 5 8 71 2 08 1 0 1 01 8 0 1 8 4 1 8 2 0 0 51 2 09 3 0 1 1 1 9 6 5 6 6 0 5 2 6 1 01 2 0 1 0 5 0 1 22 1 0 0 09 4 03 5 5 01 2 01 1 7 0 卸载 11 8 0 1 80 0 83 5 4 26 01 2 3 0 21 4 7 4 2o 1 93 5 2 36 01 2 9 0 31 1 4 0 6- o 4 53 4 7 86 01 3 5 0 4 8 1 9 0 2 2 63 2 5 2 6 0 1 4 1 0 54 9 1 43 2 72 9 2 56 01 4 7 0 605 4 52 3 8 01 8 01 6 5 0 3 3 4 0 一 a 州 o 4 0 0 啪 抛 i e i 0 0 2 咖2 4 0 0 o l i 咖 ( b ) s l g t 曲 图3 - 7 试桩一2 静荷载试验曲线 第三章带肋填砂管桩的原位测试 表3 _ 6 试桩3 数据汇总 本级累计本级 累计 序荷载 沉降沉降历时历时 号( k n ) ( 咖)( 8 1 1 1 1 )( m i n )( r a i n ) 1 4 0 3 21 5 31 5 39 09 0 2 8 0 4 81 6 93 2 29 01 8 0 38 0 8 42 0 55 2 7 9 02 7 0 41 0 0 8 02 0 97 3 69 0 3 8 0 5 1 2 0 9 82 4 89 8 29 04 5 0 61 4 1 1 22 2 91 2 1 19 0 5 4 0 71 8 1 2 82 6 41 4 7 59 08 3 0 81 8 1 4 42 5 81 7 3 31 2 0 7 5 0 92 0 1 8 03 0 42 0 3 71 2 08 7 0 1 02 2 1 7 63 1 52 3 5 21 2 09 9 0 卸载 l1 8 1 4 4o 0 72 3 4 58 01 0 5 0 21 4 1 1 2o 9 42 2 5 16 01 1 1 0 31 0 0 8 01 4 82 0 4 5 8 01 1 7 0 48 0 4 83 2 31 7 2 28 01 2 3 0 5o一4 0 81 3 1 41 8 01 4 1 0 柏 砖 ( a ) q - s 曲线 s ( m m ) ( b ) s l g t 曲线 图3 - 8 试桩一3 静荷载试验曲线 第三章带肋填砂管桩的原位测试 表3 7 试桩- 4 数据汇总 本级累计本级 累计 序荷载 沉降沉降历时历时 号( k n ) ( r a m ) ( m m )( r a i n )( m i n ) l3 2 7 61 4 2 1 4 26 06 0 24 9 1 41 8 93 3 l6 01 2 0 3 6 5 5 22 3 0 5 6 l 9 02 1 0 48 1 9 o3 4 29 0 39 03 0 0 59 8 2 84 5 71 3 6 0 9 03 9 0 61 1 4 6 65 1 41 8 7 49 04 8 0 71 3 1 0 45 6 92 4 4 39 05 7 0 81 4 7 4 26 4 l3 0 8 41 2 0 6 9 0 91 6 3 8 08 0 93 8 9 31 2 0 8 1 0 1 01 8 0 1 81 1 5 45 0 4 71 2 09 3 0 卸载 l1 6 3 8 0- o 1 05 0 3 76 09 9 0 21 3 1 0 41 2 24 9 1 5 6 01 0 5 0 39 8 2 82 3 l4 6 8 46 0 l l1 0 46 5 5 23 5 04 3 3 46 01 1 7 0 53 2 7 6石8 43 6 5 06 01 2 3 0 60 o 9 3 4 2 7 1 61 8 0 1 4 1 0 3 5 q 删 ( a ) 郇曲线 s ( m m ) ( b ) s l g t 曲 图3 - 9 试桩一4 静荷载试验曲线 o 5 言2 0 河 2 5 第三章带肋填砂管桩的原位测试 p z ( k n ) 0 5 0 0 1 0 0 01 5 0 02 0 0 0 l 1 rt h t | ： ff 卜 卜 j 抄 j jf f f ， j t j 川1 f , j ：_ l |ljf ， !ff f1 l ?i u ：j m彩钐 缫钐 1 1 4 1 ，h 图3 - 1 0 试桩一l 轴力图 图3 1 2 试桩一2 轴力图 1 2 0 1 1 0 1 0 0 帅 7 0 6 0 暑5 0 诺帕 2 0 1 0 0 j ， _ 1 一i - - i - i 户 1 4 1 h _ pi i - u 一1 ，一 ， 1 ，。， ，一 1i l ? ， 一 么彤 o 1 2 0 1 1 0 f 0 0 8 0 7 0 6 0 暑5 0 诗4 0 3 0 2 0 1 0 o 1 02 0 s l m m l 图3 一1 1 试桩一1t ；_ s ；曲线 j ，一 ，” 一 j i 2- i - i fl - - - w ， ，f 1 ! ， 厂一 强。多 ol o加3 0 s i m mj 图3 - 1 3 试桩一2ti - s ：曲线 第三章带肋填砂管桩的原位测试 3 3 温州新亚电子有限公司厂房场地的桩基静载荷试验 3 3 1 场地土层条件 场地一2 的地层情况从上到下土层依次为：素填土、表层粘土、上层淤泥、 下层淤泥、粘土层，具体分层如下： 素填土：浅黄灰色，由块石、碎石、砂、粘性土等组成，厚0 5 0 0 0 8 0 m 。 粘土：灰黄色，可塑状，中高压缩性，层厚1 4 0 - 1 8 0 m 。 淤泥：青灰色，流塑状、高压缩性，自上而下阻力值略有增加，根据阻 力大小，进而分争1 、争2 、伊3 层，层厚2 2 0 - 3 4 o m - a 含碎砾石粘土：灰黄色：可塑状，碎砾石粒径一般为2 5 c m ，含量2 0 - - 3 0 层厚o 5 0 2 6 0 m 粘土：灰黄色，可塑状，中压缩性，含有铁锰质结核与炭化物。层厚1 7 5 6 o o m 。 1 粘土：灰色，软塑可塑状，中高压缩性，含有炭化物与粉土团块， 偶夹粉细砂，层厚2 o o 1 4 o o m 。 争2 粘土：灰色，可塑状为主，中高压缩性，含有炭化物与粉土团块，偶 夹粉细砂，层厚5 o o 1 4 7 0 m 。 粘土：灰色，可塑状，中高压缩性，含少量碎砾石，层厚1 1 0 - - 5 6 0 m 粘土：灰色，可塑状，中高压缩性，含有炭化物与粉土团块，层厚2 8 0 5 3 0 m 。 勘测提供的场地一2 土层侧阻力如表3 - 8 所示。 在试验桩范围内的地质剖面图如图3 - 1 4 所示 表3 - 8 场地一2 土体侧阻力值 勘探提供侧阻力( k p a ) 土层厚度( m ) 标准值极限值 ( 3 ) 一l 淤泥1 2 05 01 0 o ( 3 ) - 2 淤泥 1 5 28 o 1 6 o ( 4 ) 粘土 2 01 1 02 2 0 ( 5 - 1 ) 粘土5 01 5 o3 0 o ( 6 ) 粘土未穿透 1 8 03 6 0 3 7 第三章带肋填砂管桩的原位测试 3 3 2 试桩简况 温州新亚电子有限公司工程为生产车间，结构较为简单，桩基础采用带肋 填砂管桩和普通管桩。其中带肋填砂管桩为巾6 0 0 扩大头、桩身为p t c 4 0 0 ( 6 0 ) 薄壁预应力管桩加宽度l o c m 的钢翼板及填砂；普通管桩为p t c 4 0 0 ( 6 0 ) 薄壁预 应力管桩。桩长均为4 0 m ，桩端持力层为一l 层粘土层。试桩两种桩型各取一 根，带肋填砂管桩编号为试桩一5 ，普通管桩编号为试桩一6 。由于未埋设量测元 件，在静载荷试验中，仅测得荷载一沉降曲线。根据初步承载力极限值估算，及 带肋填砂管桩比普通管桩承载力提高4 0 计，试桩一5 极限承载力为1 8 0 0 k n ，试 桩一6 极限承载力为1 2 8 0 k n 另外，在该场地打试验桩时，对比了两种桩型每节桩( 1 0 r e ) 的锤击数及该 桩最后3 0 c m 的贯入度。从现场施工可以看出，普通管桩只需l 锤，桩穿过回填 的矿碴层，沉入地下5 - 6 m , 打入第一节桩l o m 只需7 锤，最后一节( 第四节) l o m 普通管桩最后3 个l o c m 锤击数为8 - 9 击，即贯入度为1 2 5 c m l o 击；而同一承 台的带肋填砂管桩，第一锤只进2 m ，第一节l o m 需要l l 锤，3 5 m 时l o c m 的锤 击数为3 l 3 3 击，4 0 m 时最后3 个l o c m 的锤击数为4 0 击至反弹，即贯入度为 2 5 c m l o 击，如表3 - 9 和表3 - 1 0 所示。 在场地一2 还对比了不同翼板间距下灌砂量的大小。当翼板间距为3 m 时，桩 大头和翼板压出的间隙能被填砂较好的充填，当桩大头和翼板的间距为6 m 时， 填砂量会明显减少。以现场施工观测，翼板间距2 - 一3 m 较理想，填砂量最大。 蕾遇管桩彳* 扩大头蕾桩 - 6 t k 0 0 图3 - 1 4 场地一2 地质剖面及试桩位置图 第三章带肋填砂管桩的原位测试 表3 - 9 带肋填砂管桩和普通预应力管桩锤击数对比 第一节第二节第三节第四节 管桩深 普通锤带翼板普通锤带翼板普通锤带翼板普通锤带翼板 度( m )击数锤击数 击数 锤击数 击数 锤击数 击数锤击数 ( 次)( 次) ( 次) ( 次) ( 次) ( 次) ( 次)( 次) llil572 55 32 3 0 2oo3583 45 52 5 7 3013695 56 02 7 5 4ol471 07 06 53 5ll471 19 37 03 2 0 6oi 5531 71 2 07 43 4 4 7l1 5581 91 4 08 03 6 0 8 l 26 l o 1 71 6 38 53 7 3 9l361 31 91 8 19 03 8 9 l o2471 62 22 0 49 5 4 0 0 总锤数 7“4 48 51 3 91 0 8 57 2 73 2 4 8 表3 1 0 带肋填砂管桩和普通预应力管桩最后3 0 击贯入度 贯入度c m l o 击普通管桩带肋填砂管桩 l o 击1 2 5c m2 5 e m l o 击1 2 5c m2 5 c m 、 1 0 击1 1 c m 反弹 3 3 3 静载荷试验方案 场地一2 试验桩于2 0 0 3 年7 月施工，2 0 0 3 年1 0 月采用堆载法进行静载荷试 验。试验方案如前所述，试桩一5 最大压桩力预定为1 8 0 0 k n ，试桩一6 最大压桩力 预定为1 2 8 0 i 【n 。 3 3 4 静载荷试验结果 试桩一5 和试桩一6 的静荷载测试结果分别见表3 - 11 和表3 - 1 2 ，相应的q _ s 曲线和l g t - s 曲线见图3 一1 5 和图3 - 1 6 。 3 9 第三章带肋填砂管桩的原位测试 表3 - 1 l 试桩5 数据汇总 荷载本级沉降累计沉降 本级历时累计历时 序号 ( k n )( 皿n )( m m )( m i n )( m i n ) l 3 6 0 3 2 6 3 2 6 6 0 6 0 25 4 02 0 35 2 96 01 2 0 37 2 02 1 37 3 26 01 8 0 4 9 0 02 2 49 5 6 9 0 2 7 0 51 0 8 02 3 51 1 9 l9 03 6 0 61 2 6 02 4 81 4 3 99 04 5 0 71 4 4 02 5 91 6 9 89 05 4 0 8 1 6 2 03 0 8 2 0