刘金砺 年会课件n.ppt

建筑桩基技术规范 JGJ94 2007 沉降计算方法 不同类型桩沉降变形机理及中 小桩距群桩的沉降计算 单桩 单排桩 疏桩基础及其复合桩基的沉降计算刘金砺邱明兵 不同类型桩沉降变形机理及中 小桩距群桩的沉降计算1 不同类型桩沉降变形特点1 1打 压 入式预制桩地基整体压缩Sc桩端刺入Sp桩身压缩Se桩体上涌再刺入Sp S Sc Sp Se Sp 1 图1 某工程预制桩的Q s曲线 引自张忠苗 2006 1 2钻孔灌注桩图2 后注浆灌注桩与常规灌注桩静载试验Q s曲线常规灌注桩桩端沉渣的软垫效应导致桩端刺入Sp和整体压缩Sc加大 最大优点是不发生上涌再刺入 即Sp 0 故S Sc Sp Se 2 1 3后注浆灌注桩灌注桩经后注浆增强 不仅承载力提高 而且沉降显著减小 最突出的是桩不发生刺入变形 如图3 CCTV试桩加载至33000 35000KN时 桩端沉降Sb 不到5mm Sp Sp 0 故S Sc Se 3 图3 CCTV单桩静载试验Q s曲线 2 中小桩距 Sa 6d 群桩基础沉降计算 等效作用分层总和法基本思路 按Mindlin解和Boussinesq解分别计算同一虚拟桩基 距径比Sa d 长径比l d 桩数n 基础长宽比Lc Bc 的沉降 wM wB 将等效系数 wM wB 制成表格 计算桩基沉降时 先按传统的Boussinesq实体深基础分层总和法计算得S wB 将其乘以等效沉降系数 e和经验系数 得计算沉降 等效作用分层总和法的特点 保留了传统布氏实体深基础分层总和法的习惯算法 反映了Mindlin解确定桩基应力的影响 既可手算 又可编程计算 3 沉降计算经验系数 3 1沉降计算经验系数的内涵对于计算中未考虑的桩端刺入Sp 桩身压缩Se 桩端上涌再刺入Sp 土参数与实际差异S 等的影响均由经验系数 反映 即 Sp Sp Se S 不同桩型 的内涵不同 3 2沉降计算经验系数统计收集上海 天津 北京 沈阳等地工程150项灌注桩工程资料 给出 实测沉降 计算沉降与沉降计算深度范围内压缩模量当量值的关系散点图 由散点图得到沉降计算经验系数 列于下表 桩基沉降计算经验系数 3 3挤土效应对桩基沉降的影响图C温州地区图5 预制桩基础与灌注桩基础实测沉降量与桩长的关系 从图5看出 预制桩基础的沉降量显著大于灌注桩基础 桩长愈小 差异愈大 这说明打 压 入式预制桩挤土上涌再刺入 导致沉降增大 为此规定 以灌注桩为依据统计的 值 对于饱和土中未经复打 复压 引孔沉桩的预制桩基础 其 值应乘以挤土增大系数1 3 1 8 对于桩短 桩数多 桩距小 沉桩速率快 土体渗透性低者 挤土增大系数取较大值 3 4后注浆对灌注桩基础沉降的影响桩端持力层为粘性土 粉土 折减系数取0 8 桩端持力层为卵 砾 砂层 折减系数取0 7 4结论 1 不同桩型由于成桩效应影响沉降变形机理 打 压 入式预制桩的上涌再刺入变形导致沉降明显大于非挤土桩 后注浆的增强效应导致灌注桩桩端不产生刺入变形 沉降减小 2 为减小预制桩的沉降 设计应考虑控制最小桩距 施工应采取消减挤土效应 控制沉桩速率和实施复打 复压等措施 对于灌注桩为减小沉降 宜采用后注浆 3 中 小桩距群桩基础采用等效作用分层总和法计算沉降时 其沉降计算经验系数除考虑随压缩模量当量值增大而减小 1 20 0 40 外 对于饱和土中打 压 入式桩尚应乘以挤土增大系数1 3 1 8 对于后注浆灌注桩则应乘以折减系数0 7 0 8 单桩 单排桩 疏桩基础及其复合桩基的沉降计算工程实际中 应用单桩 单排桩 疏桩 Sa d 6 长短桩混布的桩基础是常见情况 尤其随着大直径桩的发展 变刚度调平优化设计的推广 这类桩基及相应的复合桩基的使用越来越多 对这类桩基的沉降计算 传统的等代实体深基础法显然不适用 采用Geddes以Mindlin解为基础的应力公式 由于其简化为集中力导致桩端高度应力集中及土变形参数取值等一系列问题难以处理 此外 桩身压缩所占桩基沉降份额较大 也是要考虑的问题之一 1关于桩身压缩1 1测试结果表1为CCTV工程后注浆灌注桩试桩通过实测桩端沉降 桩顶沉降得到的桩身压缩Se和桩身压缩沉降率 表1CCTV试桩桩端荷载 桩身压缩实测结果 由图看出 出现桩端沉降时 对应的桩顶荷载Q 6000kN 67 Qu 图6苏州交易所常规灌注桩荷载 沉降 Q s 荷载 桩端沉降 Q sb 和荷载 桩身压缩 Q se 曲线 引自张忠苗文 由以上试验结果可以看出 单桩在工作荷载下 由桩身压缩引起的桩顶沉降s超过50 长径比愈大 桩端持力层刚度愈大 桩身压缩量愈大 对于不存在群桩效应的单桩和群桩效应弱化的单桩 单排桩 疏桩基础 沉降计算时不能忽略桩身压缩沉降 桩数愈少 桩距愈大 桩身压缩所占沉降份额愈大 1 2桩身压缩量计算 端承型桩 e 1 0摩擦型桩l d 30时 e 2 3 l d 60时 e 1 2 30 l d 60时 e线性内插取值 图7桩身压缩示意图 侧阻力简化为矩形 正三角形 侧三角形分布 可得 2考虑桩径影响的Mindlin解应力系数 图8侧阻力 端阻力分布 弹性半空间内作用集中力Q的Mindlin解 对于深度z处任一点竖向应力的公式为 式中 土的泊松比 力的作用线到所考虑点的水平距离 z 所考虑点的纵坐标 向下为正 l 集中力作用的深度 本式中为桩长 结合工程实际应用情况 将桩端 桩侧的荷载分布假定为三种基本模式 如图8 2 1沿桩身轴线的竖向应力解析式沿桩身轴线的竖向应力可求得解析式 见论文P 155 156 桩端荷载均布 桩侧阻力沿桩身矩形分布 桩侧阻力沿桩身曾三角形分布 2 2桩身轴线以外的竖向应力系数桩身轴线以外未能求得解析解 因此采用数值积分方法求应力系数 为便于实用 将Ip Isr Ist按l d 10 15 100 0 35 m z l n l 为应力计算点至桩轴线的水平距离 列成表 附录F 对桩端以下高应力区z l 1 004 1 20范围加密列出系数值 为适应长短桩相互影响计算沉降的需要 列出桩端平面以上z l 0 50 0 95的系数值 3单桩 单排桩 疏桩 长短桩基础沉降计算3 1单桩 单排桩 疏桩基础沉降计算应考虑的问题 1 桩身压缩份额大 应予考虑 2 考虑相邻桩端阻和侧阻对于计算点的影响 实施叠加 3 大桩距复合桩基其承台土压力对计算点i的影响 图9疏桩基础沉降计算的应力计算示意图 3 2沉降计算模式 k块承台角点Boussinesq解附加应力系数 4计算方法验证表2单桩 单排桩的沉降计算与实测比较 5结论 1 单桩静载试验结果表明 当桩长径比l d 20时 在工作荷载 Qu 2 下桩身的压缩占沉降的比率一般超过50 对于不存在群桩效应或群桩效应很弱的单桩 单排桩 疏