试桩及桩基承载力评价.doc

Page 1 of 8 山洞电厂试桩及桩身承载力评价山洞电厂试桩及桩身承载力评价 摘摘 要要 通过试验桩的全过程提取冲孔灌注桩身承载力 试验内容包括 钢筋应力计 静载 大应变 小 应变 结论采用动静对比法得出建议结果 确定竖向力 水平力 抗拔力设计承载力统计特征值 关键词关键词 试桩 钢筋计 静载 桩身承载力 桩身设计承载力统计特征值 1 1 前言前言 1 11 1 工程概况工程概况 越南山洞热电厂 2 110MW 工程 厂址位于越南社会主义共和国北江省山洞县境内的 Dongri 煤矿附近 地处山区 道路条件差 交通不便 原场地起伏较大 山沟部分是回填土 不能满足上部结构对地基的要求 原状土层存在较多孤石 根据初步设计阶段的岩土工程勘 察报告和施工图阶段的试桩技术要求 对厂区主要建筑物的地基处理拟采用冲孔灌注桩方案 1 21 2 试验目的 试验目的 1 确定单桩竖向 水平向和抗拔承载能力及其控制指标 2 确定各层土的桩侧摩阻力 桩端持力层的端阻力及摩阻力 3 确定单桩在高 低 应变动荷下与静荷载试验相关关 系 4 确定桩端进入持力层的合理深度 1 31 3 试验原则及试验内容试验原则及试验内容 1 3 1 试验原则 根据试桩任务书的要求 确定此次试桩的原则为 1 选择适宜试桩位置 尽可能保证试桩成果有代表性 2 试桩区域的 3 根试桩中应有 1 根做破坏性试验或 3 倍的估算单桩承载力设计 值 其余按不小于估算单桩承载力设计值的 2 0 倍加载 3 每个试桩区域的 3 根试桩中应有 2 根试桩做水平载荷试验 4 不同长度的桩各选择 2 根试桩进行桩身应力应变测试 3 根试桩均进行高应变 测试 其余所有试桩和抗拔桩均进行低应变测试 1 3 2 试验内容 1 竖向静载荷试验 2 应力应变试验 3 水平抗力试验 4 抗拔试验 5 动力锤击试验 6 对施工工艺进行试验 2 2 场地岩土工程条件场地岩土工程条件 略略 3 3 试验方案设计试验方案设计 3 13 1 试验位置及试桩布置试验位置及试桩布置 根据设计提供的灌注桩试桩技术要求 依回填土的厚度分为两个试验区 A C 设计确 定的试桩区 3 23 2 试桩设计参数试桩设计参数 冲孔灌注桩试桩设计及施工参数 Page 2 of 8 试验 目的桩号 桩径 mm 设计承载 力 设计桩 顶标高 试验标 高 主筋螺旋箍筋加劲筋龄期 抗压 A1 A 2 C1 C2 10500 kN117 5123 516 20 10 100 10 200 10 300 18 1500 28 天 抗压C3 A315000kN117 5123 5同上同上同上 28 天 抗拔B1 D1 1500kN 1950kN 123 5同上同上同上 28 天 水平 力 C1 A2 1000 480kN 117 5 123 5 117 5 同上同上 同上 28 天 注 注 1 选用第三系基岩 中等风化层 作为桩端持力层 2 灌注桩参数 混凝土等级 C25 钢筋 主筋 II 级 箍筋 I 级 加劲筋 II 级 螺旋箍筋范围 距桩顶 1 5m 范围内间距 100mm 1 5 8 5m 范围内间距 200mm 其余范围内间距 300mm 4 4 试桩成桩工艺试桩成桩工艺 4 14 1 冲孔灌注桩介绍及施工冲孔灌注桩介绍及施工 为保证钢筋计安装的准确性对称安放钢筋计的桩位进行了详细的钻探 超前钻勘探资料超前钻勘探资料 略略 施工设备 采用中国制造的 KP 1500 型冲孔桩机 最大允许成桩直径 1500mm PM3P 型的 泥浆泵 配备 12t 汽车吊一台 其他辅助设备若干 山洞电厂冲孔桩试验施工统计表 试桩编号桩身入土 m 桩尖入岩 m 混凝土 m3 充盈系数 A131 3135 41 4 A221 2120 81 19 A315 61161 23 B121 4127 21 36 C19 5112 751 5 C28 619 811 3 C310 319 761 1 D18 619 811 3 合计合计126 5126 58 8141 53141 53 4 24 2 桩头的制作桩头的制作 试桩顶部应制作桩头 桩头配置加密钢筋网 2 3 层 和以薄钢板圆筒做成加箍筋与桩 顶混凝土浇成一体 混凝土强度等级为 C40 其尺寸及配筋按照加载设备和测试设备要求制 作 5 5 试验检测与结果试验检测与结果 5 15 1 单桩竖向抗压静载试验单桩竖向抗压静载试验 5 1 1 试验方法 本次冲孔桩的竖向抗压静力载荷试验按照中国 建筑基桩检测技术规 范 JGJ 106 2003 J 256 2003 第四章所规定的标准执行 试验装置 及现场情况见右照片 Page 3 of 8 5 1 2 单桩竖向极限承载力的确定方法 1 当 Q S 曲线上有可判定极限承载力的陡降段 且桩顶总沉降量达到 40mm 2 桩顶总沉降量达到 40mm 后 继续增加 2 级或 2 级以上荷载仍无陡降段 5 1 3 桩试验结果 A 组垂直静载试桩结果汇总表 曲线图略曲线图略 桩 号 桩长 m Q S 曲线的第一 拐点 S Lg t 曲线的 第一拐点 Q S 曲线的第二 拐点 允许承载力 t 极限承载力 t A132 3不明显6000 kN 10500 kN5000 kN 10500 kN A222 24500 kN6000 kN 10500 kN5000 kN 10500 kN A316 66000 kN7500 kN 15000 kN6000 kN C 组垂直静载试验结果汇总表 曲线图略曲线图略 桩号桩长 m Q S 曲线的第 一拐点 Q Lg t 曲线的 第一拐点 Q S 曲线的第二 拐点 允许承载力 t 极限承载力 t C110 54500 kN4500 kN 10500 kN4500 kN 10500 kN C29 64500 kN6000 kN 10500 kN4500 kN 10500 kN C311 3不明显不明显9000 kN4500 kN9000 kN 说明 C3 桩加载到 12000 kN 时达到破坏荷载 没有加载到 15000 kN 桩长较短主要承载力为端承力 从 施工和加载情况分析是桩底沉渣过厚原因 5 25 2 单桩竖向抗拔静载试验单桩竖向抗拔静载试验 本次钻孔桩的竖向抗拔静载试验按照中国 建筑基桩检测技术规范 JGJ 106 2003 J 256 2003 第五章所规定的标准执行 抗拔力试验结果汇总表 曲线图略曲线图略 桩号桩长 m U 曲线的第 一拐点 Lg t 曲线的 第一拐点 U 曲线的第 二拐点 允许抗拔力 t 极限抗拔力 t B122 4300 kN450 kN 1950 kN800 kN 1950 kN D19 6450 kN750 kN 1500 kN750 kN 1500 kN 说明 试验 D1 桩时荷载加至 1500 kN 桩身和钢筋都没有达到极限 因此试验 B1 桩时荷载在 1500 kN 后继 续往上加 至 1950 kN 抗拔装置出现严重变形 为确保试验安全停止了试验 试验发现 由于试验 桩底端嵌入岩石 1m 该试桩的极限抗拔强度将主要取决于钢筋的抗拉强度 允许抗拔力可取 750 kN 5 35 3 单桩水平静载试验单桩水平静载试验 本次钻孔桩的水平静载试验按照中国 建筑基桩检测技术规范 JGJ 106 2003 J 256 2003 第六章所规定的标准执行 使用 2 块百分表作为读数仪表 上表和下表的间距为 500mm 所有百分表均经过越南国家计量单位进行了标定 水平静载试验结果汇总表 桩 号 桩长H Y0 曲线的 第一拐点 H Y0 H 曲线的第一拐点 H Y0 H 曲线的第二拐点 LgH0 LgX0 曲线 的第一拐点 钢筋计 H g 突变点 允许水 平力 t 极限水 平力 t C19 6m240 kN240 kN 360 kN240 kN240 kN200 kN 480 kN A222 2m360 kN360 kN不明显360 kN360 kN320 kN 480 kN 5 4 桩身应力测试桩身应力测试 Page 4 of 8 5 4 15 4 1 测试原理测试原理 计算公式计算公式 轴力计算轴力计算Pgi k f02 fi2 式中 Pgi 第 i 次测量的钢筋拉 压 力 i 1 2 3 f0 初始频率 fi 实测频率 k 钢筋计灵敏度系数 试桩弹模应为 E Es 16 Ag Ec A 16Ag A 2 计算得 1000 试桩弹模为 3 132 104MPa 800 试桩弹模为 3 138 104MPa 计算桩身混凝土截面应力 h hi 3 计算桩身截面轴力N Ni hi A 4 计算桩身侧摩阻力qs qsi 5 qsi为每段地层Hi 的侧摩阻力 D 为桩的直径 Ni为地层的上下界面的轴力差 钢筋计测试表格整理如下 试验记录略试验记录略 1 垂直 水平 应力测试记录表 2 垂直 水平 应力测试加载时间内读数计算表 3 垂直 水平 钢筋计应力计算表 4 垂直应力测试桩身砼应力计算表 5 垂直应力测试桩身轴力计算表 6 垂直应力测试桩身摩擦力计算表 7 桩竖向抗压桩身轴力分布图 H Q 8 桩身竖向抗压侧阻力分布图 h qs 9 竖向抗压桩端 阻力荷载分布 D Q 10 桩水平力试验桩身应力分布图 水平 H h g 11 桩身水平力 最大弯矩截面钢筋应力图 水平 H g 5 4 25 4 2 测线安装及测试测线安装及测试 钢筋计安装埋设记录略钢筋计安装埋设记录略 5 4 35 4 3 竖向抗压桩桩身应力测试结果竖向抗压桩桩身应力测试结果 A1 A2 钢筋计抗压测试分析 试 验 项 目 桩 号 桩长 m 加载 1050T 端 承力 D Q 曲线 拐点 主要摩擦力受力 深度 m 明显转向 端承载荷 中风化层摩 擦力发挥 桩端阻力增长 趋势 抗 压 A132 34300 kN没有 7 10m 及 30 m 下 10500 kN 以上 良好很好 抗 压 A222 24500 kN没有 17m 以下10500 kN一般很好 说明 A1 桩在 7m 左右偏桩 经过修孔 孔径较大 此处摩擦力增长明显 C1 C2 钢筋计抗压测试分析 试验记录及报告略 试验 项目 桩 号 桩长加载 1050T 端承 力 D Q 曲线 拐点 主要摩擦力 受力深度 明显转向端承荷 载 中风化层 摩擦力发 挥 桩端阻力增 长趋势 抗压C19 6m6250 kN 没有 4m 以下良 好 10500 kN 以上良好良好 抗压C28 6m6600 kN 没有 4m 以下均 匀 7500 kN 一般很好 i i H N D 1 sE E g gi A P Page 5 of 8 5 4 45 4 4 单桩水平静载试验桩身应力测试结果单桩水平静载试验桩身应力测试结果 C1 钢筋计水平测试分析 试验项 目 桩 号 桩长 加载 48T 最 大拉应力 明显反弯点 位置 H g 第 一拐点 H g 第二 拐点 土侧压力 作用 允许水平 承载力 水平力C19 6m242MP 5 7m240 kN 不明显良好200 kN A2 钢筋计水平测试分析 试验记录及报告略 试验项目 桩 号 加载 48T 最大 拉应力 明显反弯点 位置 H g 第 一拐点 H g 第二拐 点 土侧压力作 用 允许水平承 载力 水平力A230MP 17m360 kN 不明显良好320 kN 5 55 5 桩的动力测试桩的动力测试 A 小应变 PIT 检验 按照 ASTM D5882 96 Standard Test Method for Pile Integrity Testing 中之规定 使用 PITWAP 软件进行数据采集及分析处理 对各试验桩进行了桩身完整性的检测 以判断 施工质量是否满足试验要求 其结果全部符合要求 小应变 PIT 检验结果汇总表及检 验报告略 B 大应变 PDA 检测 按照 ASTM D4945 Standard Test Method for High Strain Dynamic Testing of Piles 中之规定 使用锤重 8 7 t 落距 2 米 自由下落对试桩施加冲击力 使用 CAPWAP 软件进行数据采集及分析处理 大应变 PDA 检验结果汇总表大应变 PDA 检验报告略 试桩编号桩身长度 m 桩身摩擦力 kN 桩尖端承力 kN 总承载力 kN A132 33333677210105 A222 23597687010467 A316 63096787410970 C110 54066693110997 C29 63713660510318 C311 33870765011521 6 6 试验成果综合评价试验成果综合评价 6 16 1 桩的竖向极限承载力评价桩的竖向极限承载力评价 从整个试桩结果分析 大应变和垂直静载结果很相近 结合钢筋计测试结果 单桩竖向 C1桩水平力试验桩身应力分布图 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 401060110160210260 MP m 40kN 40kN80kN 80kN120kN 120kN 160kN 160KN200KN 200KN240KN 240KN 280KN 280KN320KN 320KN360KN 360KN 400KN 400KN440KN 440KN480KN 480KN C1 桩水平应力 分面图 Page 6 of 8 极限承载力统计值在 10500 kN 以上 综合考虑多个因素可初步判定竖向极限承载力统计值 为 11000 kN 单桩竖向设计承载力统计值为 5500 kN 6 26 2 单桩竖向极限承载力计算参数的选取单桩竖向极限承载力计算参数的选取 按规范单桩竖向极限承载力可按下列方法综合分析确定 根据沉降随荷载变化的特征确定 对于陡降型 Q S 曲线 取其发生明显陡降的起始点对 应的荷载值 根据沉降随时间变化的特征确定 取 S LGT 曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载 值 对于缓变型 Q S 曲线可根据沉降量确定 宜取 S 40MM 对应的荷载值 当桩长大于 40M 时 宜考虑桩身弹性压缩量 对直径大于或等于 800MM 的桩 可取 S 0 05D D 为桩端直径 对应的荷载值 注 当按上述三款判定桩的竖向抗压承载力未达到极限时 桩的竖向抗压极限承载力取最大 试验荷载值 竖向极限承载力标准值选取 两组试验中只有 C3 桩时达到上述第三条极限承载力为 9000 KNKN 其它 5 根试桩均未达到极限载 1 每个桩按最大加载值做为单桩竖向极限承载力标准值 QU如下 QuiA1 10500 kN Qui A2 10500 kN Qui A3 15000 kN Qui C1 10500 kN Qui C2 10500 kN Qui C3 900T 计算 n 根试桩实测极限承载力平均值 Qum 10500 4 15000 9000 6 11000 kN 2 计算每根桩的实测值与实测值之比 a A1 Qui Qum 0 95 a A2 0 95 a A3 136 a C1 0 95 a C2 0 95 a C3 0 818 3 计算标准差 Sn Sn ai 1 2 n 1 n i 1 Sn 0 95 1 2 4 1 36 1 2 0 82 1 2 6 1 0 185 0 3 按参加统计的试桩结果 当满足其极差不超过平均值的 30 时 取其 平均值为单桩竖向抗压极限承载力 因此因此 单桩竖向抗压极限承载力统计值单桩竖向抗压极限承载力统计值 Qu 11000Qu 11000 kN 4 单位工程同一条件下的单桩竖向抗压承载力特征值Ra应按单桩竖向抗压极限承载力 统计值的一半取值 因此因此 单桩竖向抗压极限承载力统计值单桩竖向抗压极限承载力统计值 Ra 5500Ra 5500 kN 6 36 3 单桩竖向抗拔极限承载力单桩竖向抗拔极限承载力 单桩竖向抗拔极限承载力可按下列方法综合判定 根据上拔量随荷载变化的特征确定 对陡变型 U 曲线 取陡升起始点对应的荷 Page 7 of 8 载值 根据上拔量随时间变化的特征确定 取 LGT 曲线斜率明显变陡或曲线尾部明显 弯曲的前一级荷载值 当在某级荷载下抗拔钢筋断裂时 取其前一级荷载值 抗拔力试验结果表明单桩上拔极限承载力取决于钢筋的曲服强度 按规范标准计算在 1500 KNKN 按实际试验 越南生产的钢筋在 2560 KNKN 其极限承载力在 1500 KNKN 以上 1 单桩竖向抗拔极限承载力统计值 1500 1900 2 1700 KNKN 2 单位工程同一条件下的单桩竖向抗拔承载力特征值应按单桩竖向抗拔极限承载力统 计值的一半取值 单桩抗拔力承载力特征值为 850 kN 当工程桩不允许带裂缝工作时 取桩身开裂的前一级荷载作为单桩竖向抗拔承 载力特征值 并与按极限荷载一半取值确定的承载力特征值相比取小值 单桩抗拔力承 载力特征值为 750 kN 6 46 4 单桩水平承载力 地基土的水平抗力系数及有关参数单桩水平承载力 地基土的水平抗力系数及有关参数 从两根不同桩长水平力测试结果分析 桩长对水平力有少量影响 对于 20m 的单桩水 平极限承载力在 480 kN 以上 单桩水平设计承载力可判定为 240 kN 计算水平力抗力系数计算水平力抗力系数 1 计算 EI 钢筋弹性模量 Es 200000 MP 砼弹性模量 Ec 28000 MP 桩身钢筋配筋 16 20 0 0064 桩径 1m 2 试算桩水平位移系数 Vy 查表5 4 2 得桩水平位移系数 水平土力位移系数 Vy 计算表 桩号桩长 m 假定桩水平 抗力系数 m 桩水平变形系数 a m bo EI 0 2 桩的换算 深度 ah Vy C110 5300 0 212 213 862 A222 21000 173 72 478 3 C1 A2 桩水平力试验在 3mm 5mm 7mm 变形下的水抗力系数 m 计算 JGJ 106 2003 6 4 1 3 2 3 5 3 5 00 y EIYb H m 1 6 4 1 2 5 1 0 EI mb 式中 m 地基土水平土抗力系数的比例系数 kN m4 桩的水平变形系数 m 1 y 桩顶水平位移系数 由式 6 4 1 2 试算 当 h 4 0 时 h为桩的入土深度 其值 为 2 441 H 作用于地面的水平力 kN Y0 水平力作用点的水平位移 m EI 桩身抗弯刚度 kN m2 其中E为桩身材料弹性模量 I为桩身换算截面惯性矩 b0 桩身计算宽度 m 对于圆形桩 当桩径D 1m 时 b0 0 9 1 5D 0 5 Page 8 of 8 当桩径D 1m 时 b0 0 9 D 1 对于矩形桩 当边宽B 1m 时 b0 1 5B 0 5 当边宽 B 1m 时 b0 B 1 水平土抗力系数 m MN m4 统计表 桩号 位移 3mm 位移 5mm 位移 7mm 桩长 m 荷载240KN400KN480KN C1m 值64 4364 4349 8 10 5 荷载400KN440KN 4mm 480KN 5 83mm A2 m 值71 251 6