浅析单桩承载力的合理确定.pdf

浅析单桩承载力的合理确定 深圳中侨物业工程监理有限公司 贾祥云 摘 要 通过对单桩静荷载试验的统计 分析 提出了如何充分利用桩承载力的建议 关键词 桩 承载力 分析 Rational determination of bearing capacity of single pile Jia Xiangyun ABSTRACT T hrough the statistics and analysis of static load test for sin gle pile the suggestion for how to fully utilize the pile bearing capacity was proposed KEYWORDS Pile Bearing capacity analysis 1 前 言 近年来 随着高层建筑的大量兴建和桩基础 技术的提高 在高层建筑的基础工程中采用大直 径和较长的桩日益增多 由于单桩承载力的提 高 在进行桩的承载力的检测时其难度与费用 有所增加 因此 许多工程的桩基静载试验只加 载到二倍设计荷载 而未能测得其试桩的破坏荷 载即极限承载力 因而未能充分利用桩的承载能 力 目前 在桩基的应用中存在的主要问题是对 承载力利用不足 其原因是对桩的工作性状不够 了解 2 桩的承载能力分析 2 1 桩与土的相互作用 桩的承载力是桩与土共同作用的结果 作 用在桩顶部分荷载通过桩侧面与土的摩擦阻力 传入到桩周围的土体中 另一部分荷载通过桩身 传到桩底土体中 此时桩周围的土体和桩底土体 将要发生相应的剪切和压缩变形 同时桩身也 将产生相应的弹性压缩 随着桩顶荷载由小到 大 土体由弹性变形逐渐过渡到塑性变形以至完 全破坏 摩擦桩的承载力由土体的剪切强度决 定 在较典型的压载试验的 P S 曲线上可以找 出第一拐点和第二拐点 第一拐点以前段的 P S 曲线接近于直线 这说明桩顶沉降是随着桩顶 荷载的增加近似的呈线性变化 一般忽略桩身纵 向弯曲变形 则第一拐点处相应的桩顶沉降值 Se包括桩底土体的屈服强度变形量和桩身的弹 性压缩量 即 Se Sq Sa 1 式中 Sq 桩底土的屈服变形而产生的沉 降 Sa 桩的弹性压缩 对于桩身全部埋入土中的灌注桩 根据经 验分配值取桩端承受的 荷载为桩顶荷载的 30 并假定桩侧摩擦阻力沿桩长均匀分布 则 桩身轴力变化如图 1所示 此时桩身弹性压缩 为 Sa 1 Pe L E A 2 式中 1 系数 取值为0 65 Pe P S 曲线第一拐点处相应的桩 顶荷载 称之为比例极限荷载 kN L 桩长 mm E 桩身材料的弹性模量 kN mm 2 A 桩身截面积 mm 2 61 第31卷 第4期 1999年7月 冶金矿山设计与建设 Metal mine design and construction 将式 2 的结果代入式 1 得 Sq Se 0 65 Pe L E A 3 同样 对预制桩可得 Sq Se 2 Pe L E A 4 式中 2 预制桩所取的经验值为 0 77 按式 3 和式 4 对深圳中侨物业工程监理 公司监理的 10 余项工程试桩统计资料的计算 得到桩底土的屈服变形值约在 0 3 0 9 mm 范 围内 图 1 桩身轴力变化图 2 2 破坏荷载 Pu与相应桩顶沉降 Su 通过分析桩静压载 P S 曲线发现破坏荷 载 Pu值较大的 P S 曲线 相应的桩顶沉降 Su 也大 Su随 Pu的增大而增大 Su与Pu的关系可 近似的以指数函数表示 Pu Su 5 于是 Su Pu 6 式中 是按统计回归确定的待定常数 根据大量桩的压载试验资料绘制的Pu与Su 散点图统计分析得到 2 459 1 414 式 6 表明 随着 Pu的增大 Su变化量较小 当 Pu值约为1000 kN 时 Su值约为 50 90 mm 2 3 P S 曲线拟合 通过拟合压载曲线表明 桩顶荷载 P 与沉 降 S 关系可近似地用双曲线关系式表示 S P A B S 7 式中 A B 为试验常数 令 K S P 为桩的割 线模量 将其代入式 7 可得 1 K A B S 8 式中 1 K S 关系为直线 该直线与纵轴的 载距为 A 即 A 1 Kmax 9 该线斜率的倒数为桩顶沉降趋近于无穷大 时的极限荷载 Pult 即 Pult 1 B 10 对大量桩 P S 曲线的 1 K 和 S 作线性回 归 得到相关系数的平均值 S 0 997表明桩的 荷载与变形关系非常接近双曲线关系 2 4 破坏标准探讨 按不同的破坏标准确定试桩破坏荷载 其误 差可能达 15 以上 考虑桩在极限荷载下的沉 降不大 可以桩急剧下沉或接近于急剧下沉作为 破坏标准 以桩的荷载 沉降拟合曲线斜率达 到 0 1 mm kN 时到达或接近于急剧下沉 以 此点对应的荷载作为破坏荷载 令Fr Pu Pult 为破坏比 则 Pu Fr Pult 11 由大量桩的破坏比散点分布 可以得到破坏 比平均值 Fr 0 787 方差为0 0731 而荷载 沉降拟合曲线上切线斜率达到 0 1 mm kN 时的破坏荷载推算值与实测值的比值 Fr Pult Pu的平均值为 1 0091 方差为0 0999 2 5 实例 图 2 为某工程38 桩试桩时按双曲线推算 确定的破坏荷载为1200 kN 相应的桩顶沉降Su 10 4 mm 通过实测 结果与实测值基本相同 图 2 某工程 38 桩静载试压曲线 3 结 语 62 冶金矿山设计与建设 第31卷 第4期 主要靠摩擦阻力承载的桩从受荷到破坏一 般都经历弹性阶段 塑性变形阶段 完全破 坏阶段 由以上分析初步做出以下建议 1 确定单桩承载力可参考桩的比例极限 荷载取值 2 桩破坏时的沉降 Su可按式 6 估算 3 按 Su确定桩的极限承载力时 应结合 建筑物对基础沉降的要求 Su可适当放宽至 50 80 mm 以便充分利用桩的承载力 4 对大承载力的长桩或大直径桩 试验荷 载最大可加到 1 2 1 5 倍估算承载力 然后按 曲线关系推算求得桩的极限荷载 Pult 按式 11 确定桩的破坏荷载 Pu 桩与桩周围的传力过程是连续的 并随着荷 载的增加 桩顶沉降的增加逐步增大 P S 曲 线应是一条光滑 无反弯点的曲线 由于实验误 差 如荷载控制不良或基准梁随温度和干扰等影 响而发生变化 这时得到的 P S 曲线就会出现 异常的试验点 对此可根据曲线整体的变化趋势 进行修正 收稿日期 1999 04 06 作 者 贾祥云 深圳市中侨物业工程监理有限公司工 程师 518008 深圳市宝安南路西湖花园三楼 上接第50页 中建于居民区的空压机站亦采用了 4 组进风消 声 柜 余热是通过安装在墙上的2台 600mm 轴流风机排出的 排风口扩散出的噪声是通过消 声弯头 消声管道而得到衰减 设计中亦采用了 集中操作室 隔声门窗等综合手段 投产使用后 居民和厂方均感满意 由此可见 该综合治理方 案也可运用于工业企业的空压站 通风机房等高 噪声的治理 本文所述地下柴油发电机室的噪声综合治 理项目经实测满足了居民区环境噪声的要求 并 经长沙市环保局一次验收达标 此外地下柴油发 电机室之地上部分设计成为一个八角形花坛 可 摆设盆景 即美化了环境又减少了用地 收稿日期 1999 03 10 作 者 焦书祥 长沙冶金设计研究院高级工程师 国家一级注册建筑师 410007 长沙劳动东 路 33 号 行业动态冶金复合共生矿科学利用列为国家重点项目 冶金复合共生矿科学与综合利用课题前不久已列入 国家 211工程 重点项目予以实施 专家预测 通过深入 对冶金共生复合矿的科研攻关 我国冶金共生矿的开发 与综合利用必将展现出更加广阔的诱人前景 据了解 国家提出的在21世纪重点发展100所高等学 府的 211工程 中 以重庆大学材料科学与工程学院为主 要依托的 复合共生矿冶金科学和综合利用工程 已被 列为国家 211工程 的重点建设项目 重庆大学被国家教 委和国家计委列为 211工程 建设的学校 国家力图通过 211工程 建设 以促进其建成现代化的实验基地 不断 推出具有先进水平的科技成果 进一步将我国资源优势 变为经济优势 我国攀西地区钒钛磁铁矿资源储量极为丰富 开发 潜力巨大 为世界所瞩目 重庆大学在钒钛磁铁矿科研中 已取得丰硕成果 通过 211工程 建设 该校将在钒钛磁 铁矿综合利用方面成为国内带头的科研基地 并通过研 究 将突破高 中钛型钒钛磁铁矿冶金及资源综合利用的 几大难题 在冶炼工艺强化 优化及新工艺技术 含钛炉 渣综合利用 钒钛新材料和新制品开发等方面 使其基础 理论与工程技术研究工作取得更多的创新性成果 复合共生矿冶