变径灌注桩设计法

剪应力等于零设计法l¥Dl变径灌注桩设计法概况在1995年7月1日以前，国内桩基设计基本上都采用“定值设计法”。所谓“定值设计法”就是把一个具体工程中的基桩容许承载力Pa看作一个固定值，其取值法是将静载荷试验基桩之极限承载力Pu除以安全系数K（一般取K=2）,即为基桩的容许承载力Pa=Ru/Ko在1995年7月1日以后，开始执行《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94），桩基设计采用“概率极限状态设计法”。该方法采用与桩基础失效概率相对应的可靠指标。来衡量桩基础的可靠度。该方法采用分项系数设计表达式。这些分项系数是在概率统计分析桩侧土质参数，桩身材料，桩身几何尺寸，成桩质量，基桩布置，桩与承台的联结，以及计算模式等方面的变异性的基础上提出桩基础荷载效应的合理分布形式和桩基础抗力的合理分布形式。然后求算出可靠度指标。，通过所谓“校准法”来确定。uk采用“概率极限状态设计法”来确定基桩竖向承载力设计值R,则R=Quk/Ysp式中q——实测单桩竖向极限承载力标准值（KN）uks——分项系数，按JGJ94-94规范表5.2.2取值。“概率极限状态设计法”与“定值设计法”相比前进了一大步。所谓前进了一大步，是因为“定值设计法”，是用安全系数来度量桩基础的可靠性，安全系数是凭经验确定的，因而在某些情况下不能真实，可靠地反映桩基础的真实情况。而“概率极限状态设计法”就不同了，它不是将桩基设计中的各种不确定因素都笼统地归结到安全系数中去，而是考虑各种随机变量的特点，通过统计数学的分析计算确定出一个可靠度指标。，因而“概率极限状态设计法”较“定值设计法”更为科学、合理和符合实际。“概率极限状态设计法”虽比“定值设计法”前进了一大步，但仍是对桩基设计中某些随机变量发生可能性的估计，终不能定量的、彻底的解决桩基础的可靠性问题。桩的承载力是土的支撑力构成的。桩的复杂性是由包围它周围的介质——土的复杂性所决定的。因此，若土的复杂性得不到解决，则桩的复杂性便不可能得到解决。土的复杂性是土自身的属性，是天然的。“概率”仅仅是一种统计数学方法。它解决不了土自身的复杂性问题。剪应力等于零设计法解决了土自身的复杂性问题。剪应力等于零设计法实质上是一种人为给土加压的方法。这种加压，不是随便加的，是有条件的。制桩以力为准。即以桩端土和孔壁土经压缩后达到桩设计承载力为准。为此，必须对桩端土和孔壁土施以定量的压力。这种定量的压力是利用振动杆头部锥尖和雁翅强行施加给土的。只要天然土的物理力学指标满足变径灌注桩的“适用条件”，这种施加就成功。这种施加的理论根据是库仑定律(t=c+jtanp)即t=f(o)给桩端土和孔壁土施加压力的原则是03,即竖向力(。1)与水平力(。3)相等。这种施加是在计算机的控制下一一定量的，准确的一一完成的。很显然，这种设计法，在现有桩基设计规范和手册中是找不到这种设计法的最大特点是不依天然的力学指标(Es、p、G、fk……)为依据，只单一地依基桩的设计承载力为依据。因此，它成功的解决了“天然土自身的复杂性问题”方法将基桩设计变得』非常简单、非渣观非常准确、非常安全。这种设计方法，使桩基设计第一次做到:单桩竖向承载力泌值与(压密后)土的物理力学指标全等的符盈是任何传统村基设计法所达不到的。因此它必将成为桩基设计的首选方法。采用剪应力等于零设计法设十变径灌注桩，设计者可以打消三个顾虑：不必再顾虑承载力不足。不必再顾虑差异沉降值T限。不必再顾虑桩基造价偏高因此变径灌注桩必将成为桩基设计的首选方案。“剪应力等于零设计法”，的设计步骤：剪应力等于零设计法之诲模型为:t^。。计算公式为：t=c+jtanp必备资料：工程地质勘察报告(详勘)建筑物桩位图及各单桩竖向承载力设计值。

（3）对场地土要求：天然含水量3<30%,液性指数"=0〜0.75的一般粘性土。地下水位在垫层底面以下1.5m。变径灌注桩单桩竖向承载力设计值R,设计者可根据工程需要，自行确定。选定R值后，便可进行桩孔长（L。）计算。桩孔径受振动杆雁翅的限制。日前只有U460、u660、u800、U1000四种。TOC\o"1-5"\h\zR=R出 （1）Rk=Ap•o （2）Rk1=AS]•Ts （3）Ts=K•o•tan申 （4）""•血 ⑸L=L+2.0 （6）O式中各符号的意义如下：R 变径灌注桩，桩端阻力设计值（KN）pkRsk——扩径段桩侧摩阻力设计值（KN）Ap一一垫层顶面扩径段横截面面积（m2）■兀7A=—d2d=d+2^r1Pd=d+2^r1d1一一垫层顶面、桩扩径段直径（m）d——桩孔径（m）△r二(0.02〜△r二(0.02〜0.06)mo——垫层扩径段振动杆加载力（KPa）RSK•1mAs••1mARSK•1mAs••1mA1=n•d]X1.0 （m2）Ts——扩径段，桩侧单位面积摩阻力中一一孔壁土内摩擦角，取中=22°Kb——振动杆头部水平向力损失系数。L——扩径段长（m）Lo——桩孔全长（m）垫层厚度h=（2〜3）d(KPa)Kb=0.25〜0.75Lo=L+2.0m（m）(KPa)Kb=0.25〜0.75Lo=L+2.0m（m）垫层孔径设计值D=d至此，“剪应力等于零设计法”设计完毕。剪应力等于零设计法的优点：（1） 在同一幢建筑物的所有桩端下可以打出均一强度的垫层，也可以打出各种不同强度的垫层，从根本上解决了桩端土（天然土层）物理力学性质复杂，均一性差的难题。（2） 在同一幢建筑物下，可以打出各单桩竖向承载力近乎相等的桩（且是已知的）从根本上解决了基桩承载力不足或离散性大的问题。（3） 由于振动杆头部施加于土的力。1=。3,使桩的端阻和侧阻大幅度提高，使各单桩竖向承载力设计值不再受天然土层物理力学指标的限制。（在有限的范围内）（4） 由于制桩是在计算机的控制下完成的，使制桩过程不受人为因素影响，实现了桩基的三个100%（100%检测，100%合格，100%有制桩档案）和三个彻底消灭（彻底消灭孔底虚土，彻底消灭差异沉降，彻底消灭质量通病）。（5） 由于在制桩时，桩端土孔壁土均按设计压力压密实，因此，当桩顶再承受设计荷载时，（例如，做静载荷试验在垫层中轴线上，剪应力等于零），桩顶沉降值小于5.0mm。（6） “剪应力等于零设计法”，采用库仑公式直接计算桩端土和桩侧土的抗剪强度，用计算机控制实现，将已往桩基设计中的各种不确定因素，例如：计算公式、桩端阻、侧阻、地勘资料、桩身几何尺寸、桩顶荷载和施工质量等全部予以确定，屏弃了桩基设计中的一系列繁杂手续