大庆粘性土地区静压PHC管桩竖向极限承载力与终压力关系研究.docx

大庆粘性土地区静压PHC管桩竖向极限承载力与终压力关系研究高红影 ,左宏亮 ,庄超(东北林业大学 , 哈尔滨 1 5 00 4 0 )【摘 要 】 利用 SPSS统计软件对大庆粘性土地区 24根静压 PHC管桩静载试验数据进行了统计分析 。探讨了大庆粘性土地区静压 PHC管桩单桩竖向极限承载力与沉桩终压力之间的关系 。得到大庆粘性土地区静压 PHC 管桩单桩竖向极限承载力与沉桩终压力之间的区域经验公式 。根据此经验公式既可以合理地选择压桩机型及配 重 ,也可以快速估算出单桩竖向极限承载力 ,用以指导静压预应力混凝土管桩的设计和施工 。【关键词 】 大庆粘性土地区 ;静压 PHC管桩 ;单桩竖向极限承载力 ;终压力【中图分类号 】 TU47311【文献标识码 】 B【文章编号 】 1001 - 6864 ( 2011) 04 - 0102 - 02STUDY O N REL A T IO NSH IP O F VERT ICALUL T IM A TE BEA R ING CA PAC ITY A ND F INAL PRESSURE O F JAC KED 2IN PHC P IPE P IL E IN D A Q ING CO HES IVE SO IL REG IO NGAO Hong2yi ng,ZUO Hong2liang,ZHUAN G Chao(No rthea st Fo re stry U n iv1, H a rb in 150040 , Ch ina)A b stra c t: The sta tic load te st da ta of 24 jacked2in PHC p ip e p ile in the cohe sive so il region ofD aq ing is ana lyzed sta tistica lly w ith softwa re SPSS in th is a rtic le1The re la tion sh ip of ve rtica l u ltim a te bea ring cap ac ity and fina l p re ssu re of jacked2in PHC p ip e p ile in the cohe sive so il region of D aq ing is d iscu ssed1The regiona l emp irica l fo rm u la abou t ve rtica l u ltim a te bea ring cap ac ity and fina l p re ssu re of J acked2in PHC p ip e p ile in the cohe sive so il region of D aq ing is ob ta ined1A cco rd ing to the emp irica l fo r2m u la, we can rea sonab ly se lec t the p iling m ach ine and rap id ly e stim a te the ve rtica l u ltim a te bea ring ca2p ac ity of single p ile then in struc t the de sign and con struc tion1Key word s: the cohe sive so il region of D aq ing;jacked2in PHC p ip e p ile; fina l p re ssu re为使大庆粘性土地区静压 PHC管桩基础的设计与施工做到安全适用 、经济合理 、施工简便 。特对大庆粘性土地区 静压 PHC管桩单桩竖向极限承载力与沉桩终压力之间的关 系进行研究 。沉桩 终压力过大桩易被压坏 ,而沉桩终 压力 过小桩则无法达 到合适的持力层 , 单桩竖向极限承载 力不 能满足设计要求 。因此对两者之间关系进行进一步的研究 具有现实的意义 。大庆粘性土地区地质条 件特殊 ,静 压预 应力混凝土管桩单桩竖向极限承载力普遍比沉桩终压力高 很多 。而目前针对大庆粘性土地区静压 PHC管桩单桩竖向 极限承载力与沉桩终压力的关系研究不是很多 。文中利用 SPSS统计软件对 24 根静压预应力混凝土管桩静载试验数 据进行统计分析 , 试图找到 单桩竖向极限承载力与终 压力 之间的关系 。其结论将为大庆粘性土地区静压 PHC管桩的 设计和施工提供理论依据 。1 大庆粘性土地区土层分布及主要物理力学指标大庆粘性土地区地势较平坦 、地质构造稳定 、土层变化均匀 。土层分布主要以 粉质粘土和粘土为主 ,个别含有粉土和粉砂 。 1015m 以下为粘土层 ,这层土土质均匀 ,粘性 很强 ,液性指数在 113217之间 ,孔隙比在 0166 01771 之 间 ,属可塑 硬塑状态 ,土层厚度较大 。因此大庆粘性土地 区应用的中等长度的静压预应力混凝土管桩的桩端持力层 基本上为粘性土 1 。2 粘性土中的沉桩特性对于沉入粘性土 中的桩 , 沉 桩后瞬间桩周粘性 土 结 构 完全被破坏 ,土对桩的摩阻力大幅降低 。另外 ,由于桩的沉 入 ,使土受到急速的挤压 ,造成孔隙水压力急剧上升 ,有效 应力减小 。这两种作用都使桩周土和桩端土的强度大为降 低 ,因此桩侧摩 阻力和桩端阻力都处于 最低值 。但随着时 间的推移 ,因粘性土具有触变性 ,使受沉桩扰动而损失的强 度得以逐渐恢复 。随着 桩周土中水分的逐渐排除 ,孔隙水 压力逐渐消散 ,有效应力随之增大 ,桩周土在桩挤压下逐渐 固结而提高了密度 , 这使桩周一定 范围内土的强度不但得高红影等 :大庆粘性土地区静压 PHC管桩竖向极限承载力与终压力关系研究103以恢复 ,还可能超过其原始强度 ,桩端土的强度也同样由于压密与固结的作用而逐 渐恢复与增长 。因 此 ,当确定 粘性 土中桩的承载能 力时 , 静载 试验的休止时间也是一个 比较 重要的问题 。静载 试验前试验桩应具有足 够的间歇时间 , 以消除时间效应的影响 2 - 3 。3 大庆粘性土地区静压 PHC 桩单桩竖向极限承载力与沉 桩终压力关系研究3 11 单桩竖向极限承载力与沉桩终压力 单桩竖向极限承载力与沉桩终压力是既有区别又有联系的两个不同概念 。终压力是终止压桩前 施加的荷载 , 是 一种破坏土层的极限荷 载 ,每次持 续的时间很短 。单 桩竖 向承载力是桩能抵 抗由上部结构传来的长 期荷载的能力 。 单桩竖向极限承载力与沉桩终压力也是相关的 。単桩竖向 极限承载力是在 终压力基础上 , 经过触变恢复和固结 作用 发展的 ,在桩周土未达到充分固结恢复之前的承载力 ,称为 广义极限承载力 。因此终压力可被认为是零时刻的广义极 限承载力 ,而不同时刻的所 有广义极限承载力都收敛 于桩 的真实极限承载力 4 。3 12 大庆粘性土地区静压 PHC 桩单桩极限承载力与沉桩 终压力关系研究大庆粘性土地区 24根中等长度静压预应力混凝土管桩 静载试验数据如表 1。经计算静压预应力混凝土管桩单桩竖 向极限承载力 (Q uk )与沉桩终压力 ( Pu )比值 K也列在了表 1 中 。鉴于静压预应力混凝土管桩在粘性土中的沉桩特性以及建筑桩基检测技术规范 中的规定 ,表 2中所选用的数据是 休止期为 1525d的静载试验数据 ,这些数据充分考虑了时 间效应 。取此时间段的实测单桩竖向承载力标准值 (Q uk试 ) 为静压预应力混凝土管桩单桩竖向极限承载力 (Q uk ) 。压力的比值进行正态性分析 ,输出结果如图 1与图 2。从图 1可以看出数据点紧紧围绕着对角线分布 ,说明单 桩极限承载力与沉桩终压力的比值服从正态分布 。从去势 的正态 Q - Q 图 (图 2 ) ,即分位数的残差图可以看出 ,残差 基本位在 Y = 0上下均匀分布 ,绝大多数残差的绝对值都在012以内 ,说明数据的正态性很好 。进一步对单桩极限承载 力与沉桩终压力的比值进行统计描述如表 2。通过 SPSS统计分析发现 ,大庆粘性土地区中等长度静 压 PHC管桩单桩竖向极限承载力与沉桩终压力的比值呈正 态分布 ,因此在 范围内取值比较合理 (为平均值 , 为均方差 ) 。由此得到大庆粘性土地区静压 PHC 管桩单桩 竖向极限承载力与沉桩终压力的关系式Q uk = KPu( 1 )式中 , K为单桩竖向极限承载力与终压力的比值 ,对于大庆粘性土地区中等长度的静压预应力混凝土管桩 K的取 值在 112210之间 。表 1静压 PHC管桩静载试验数据试桩编号Q uk试/ kNPu/ kN Q uk桩型K =PuSZ 1PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 16M PHC A400 ( 80 ) - 22M PHC A400 ( 80 ) - 22M PHC A400 ( 80 ) - 22M PHC A400 ( 80 ) - 22M PHC A600 ( 110 ) - 21M PHC A600 ( 110 ) - 21M PHC A600 ( 110 ) - 21M PHC A400 ( 70 ) - 20MPHC A400 ( 70 ) - 20MPHC A400 ( 70 ) - 20M PHC A400 ( 70 ) - 20M17001599110632111518212109212109115357117276212109113485110252118284211138111518114555117073117964117073117073211080211080118445114567112014112014112169SZ 217001476SZ 31300588SZ 41300588SZ 517001107SZ 61700984SZ 71300588SZ 8SZ 9SZ 10SZ 1113001300130013009641268711615SZ 1217001476SZ 1317001168SZ 1421001230SZ 1521001169SZ 1621001230SZ 1721001230SZ 1836301722SZ 1936301722SZ 20SZ 21SZ 22SZ 23SZ 2436301700170017001700196811671415141513974 与其它地区区域经验公式的比较( 1 ) 松花江漫滩地区单桩竖向极限承载力与终压力(下转第 120页 )利用统计分析软件 SPSS对单桩极限承 载 力 与 沉 桩 终低 温 建筑 技 术2011 年第 4 期 (总第 154 期 )120需代入考察的时间 t即可得相应的瞬时变形速率 , 但须获得足够的数据后才可能计算分析 , 该法适合于中远期预 测预 报 。根据回归方程计算变形速率 , 得到 U 0, 即围岩变形速 率在减小 , 说明围岩在逐渐稳定 , 因此应该及时施工二次衬 砌 。从观测数据分析可知 , 各类围岩中拱顶下沉和 周 边 收 敛相对较小 ,证明隧道开挖 后拱部和侧墙岩体活动相 对较 平稳 ,表明围岩的完整坚固性越好 ,其变形值就越小 , 达到 完全稳定所需时间就越 短 。为使量测信息 反馈及时 , 以指 导工程 ,采用近几日相关值 及变化趋势预测围岩稳定 性及 支护安全性 。并且 及时对测量数据作回归 分析 ,以预 计未 来发展及最终变形位置 。为检验其可靠性 ,在现场仍 坚持 收敛量测和其它相关项目量测 ,测出最终变形值 ,并与容许 限值比较 ,以作辅助判断 。4 结语( 1 ) 建立了新天坪岭隧道施工监控的隧道周边 允许 相对收敛参考值 、隧道围岩 变形管理措施和隧道围岩 变形 速率判定 ,对监控指标的判定和施工具有指导作用 ,同时为 相似工作提供了参考 。( 2 ) 经实测与研究认为 ,用拱顶下沉量和周边收敛可 实现对隧道内空 变形的良好监测 , 量测数据反映的规 律能 较合理地代表围岩变形过程及发展趋势 。( 3 ) 据围岩变形速率值可将围岩变形过程分为 显著 变形期 、缓慢变形期和微小变形期 。( 4 ) 据量测数据计算所得最佳拟合回归方程 ,可估算围岩最终变形量 , 并结合量测所得 总收敛值与周边允许变 形值相比较作辅助判断 , 借以检验 支护工作状态及围岩稳 定性 。( 5 ) 新天坪岭隧道最佳二次衬砌施工时机应在围岩 产生适量变形并在发生 松动破坏之前 , 即尽量在围岩变形 过程中的微小变形期 。参考文献 1 夏才初 ,李永盛 1地下工程测试理论与监测技术 M 1 上海 :同济大学出版社 , 19991夏才初 ,潘国荣 1土木工程监测技术 M 1 北京 : 中国建筑工 业出版社 , 20011王建宇 1隧道工程监测和信息化设计原理 M 1北京 :中国铁 道出版社 , 19901广清高速公路改扩建工程 A09 段天坪岭隧道设计说明 Z 1广州 :广东省公路勘察规划设计院有限公司 , 20091 2 3 4 收稿日期 作者简介 2010 - 12 - 03薛 杰 ( 1986 - ) , 男 , 湖北荆州人 , 硕士 , 从事桥 梁与隧道工程研究 。(上接第 103页 )的比值 K的取值为 018019 ,在松花江漫滩地区 ,中等长度 的静压预应力混凝土管桩的桩端持力层为中粗砂 5 。间 。另外 ,由于文中采用数据有限 ,得到的大庆粘性土地区 单桩竖向极限承载力与 沉桩终压力的比值并不是 很精确 。 应不断地的收集数据 ,进一步修正 K的范围 。表 2描述性统计表最小值最大值平均值均方差方差N参考文献 Q uk110321211162870139970116K =24Pu宋跃伟 ,左宏亮 1 静压预应力管桩在大庆地区应用优势的探讨 J 1黑龙江八一农垦大学学报 , 2008 , 20 ( 5 ) : 35 - 371DB 21 / T1565 - 200