沉桩（精选7篇）
沉桩 篇1
沉桩施工要点有哪些？
1．锤击沉桩：应采用与桩和锤相适应的弹性衬垫，桩与送桩的纵轴线应保持在同一直线上。应有保护桩顶的装置。安装送桩前，应截去桩头损坏部分，桩顶不平时应修切或修垫(钢筋混凝土桩)平整。
锤击沉桩开始时应用较低落距，并在两个方向观察其垂直度；当人土达到一定深度，确认方向无误后，再按规定的落距锤击。坠锤落距不宜大于2m；单打汽锤落距不大于1m；柴油锤应使锤芯冲程正常。
在预计或有迹象进入软土层时，应改用较低落距锤击；当落锤高度已达到规定最大值，每击贯入度小于或等于2mm时，应立即停锤。
桩尖位于硬塑及半干硬状态的黏性土、碎石土、中密状态以上的砂类土或风化岩层上时，根据贯人度的变化和工程地质资料，经与有关单位会商，确认桩尖已沉入设计土层，贯入度符合要求时，可以停锤。
桩尖设计位于一般土层时，以桩尖设计高程控制为主，贯入度为辅，
水上沉桩，可用固定平台、浮式平台或打桩船进行。有潮汐的水域，宜用固定平台或专用打桩船施工。
如采用专用打桩船施工，当波浪超过2级、流速大于1．5m／s或风力超过5级时，均不宜沉桩；当其他船舶通过施工区，船行波影响打桩船稳定性时，应暂停沉桩。
2．射水锤击沉桩：在砂类土、碎石类土层中沉桩，用锤击法有困难时，宜用射水锤击沉桩，以射水为主，锤击配合；在黏性土、粉土中使用射水锤击沉桩时，应以锤击为主；
在射水锤击沉桩中，当桩尖接近设计高程时，应停止射水进行锤击或振动下沉，使桩尖进入未冲动的土中。停止射水的桩尖高程，距设计高程不得小于2m。
钢筋混凝土桩或预应力混凝土桩用射水锤击沉桩时，应用较低落距锤击。侧面射水法，射水管应对称设置。
3．振动沉桩：振动沉桩在选锤或换锤时，应验算振动上拔力对桩身结构的影响。振动沉桩在插桩后宜先靠桩及振动锤的自重，使之沉人土中，待桩身入土达一定深度确认稳定后再振动下沉。
沉桩 篇2
钢管桩沉桩施工工艺简便、速度快,可沉入很深土层,近年来发展很快,其应用广泛,施工工艺日渐成熟。例如,熊卫根研究了金塘大桥Ⅳ-C标沉桩施工[1],黄增财,吴健分析了杭州湾跨海大桥Ⅳ标钢管桩沉桩施工[2],胡晓伦,杨江虎研究了杭州湾大桥钢管桩沉桩施工工艺[3],林瑞粗解析了超长钢管桩沉桩施工工艺[4]。但是随着基础建设环境的变化,钢管桩沉桩施工方案需要适时地优化。
针对黄浦江大桥主桥桩基施工环境,提出了钢管桩沉桩施工优化方案,保证钢管桩的施工,为今后类似环境下的大桥基础建设积累宝贵的施工经验。
1 工程概况
黄浦江大桥是上海是A5(嘉金)高速公路二期工程重要节点工程,桥位处河口宽约400 m,为市管Ⅲ级航道。黄浦江大桥主桥采用4跨连续梁方案,跨径组成:69 m+120 m+120 m+69 m,桩基采用ϕ900 mm×18 mm钢管桩,主桥主墩基础采用ϕ900 mm钢管桩,单桩长58 m,每墩采用45根,3个主墩共135根;边墩基础采用ϕ600 mmPHC管桩,单桩长33 m,每墩28根,2个边墩共56根。左右幅采用连体承台,每个承台45根桩,主墩承台结构尺寸33.6 m×9.9 m×3.5 m,两端为椭圆形。
因黄浦江大桥位于淞浦大桥的上游,淞浦大桥的通航高度只有11.5 m,大型打桩船都无法进入施工区域,为了使打桩船能进入现场,对打桩船进行改造,改造前打桩船性能如表1所示。
打桩船的主体改造内容为:主装架拆除,分段改造,单件重量控制在30 t以下,并拆除该船所有多余11.5 m建筑及构件,放在方驳上确保能在11.5 m高度下调遣进入施工现场,用30 t起重船安装恢复;根据设计要求新购D100柴油锤取代D60锤,以满足沉桩荷载的要求,并加强桩架、船体以适合D100柴油锤的施工荷载;桩架顶部起重平台新制,满足D100柴油锤的安装尺度;变幅机构,起重提升机构改造,满足施工荷载。
打桩船改造完以后具有如下性能:11.5 m净空要求下调遣进入现场;配备D100型打桩锤;桩架高度满足该项目钢管桩分段为二节的沉桩要求。下节长度为27 m+水深,上节长度为小于26 m。
2 施工工艺
2.1 钢管桩制作
钢管桩采用定型钢板在工厂下料卷制而成,外径为ϕ900 mm,钢管上部30 m用壁厚为22 mm的Q345-C型钢材,下部长度为28 m,采用壁厚为18 mm的Q345-C型钢材。吊环用壁厚为20 mm的Q235B钢板加工而成,单根桩重26 t左右。钢管桩制作成型后,对所有的焊缝用超声波100%的进行探伤,当发现超标缺陷后,返修加倍检验,并按5%的焊缝总长进行X射线拍片检查。 卷制成型的钢管桩经检验合格后,通过龙门吊机吊装落在方驳上,用拖轮运至施工现场。
2.2 沉桩控制
1)基本方法
采用经纬仪前方交会法定位,打桩船沉桩工艺。
2)测量定位原则
通视良好,通视条件除了自然地形、地貌影响外,还应考虑打桩船本身及已打入的桩的影响。交会角度控制在60°～120°之间,尽量控制在90°左右,其目的是提高定位精度。最大视距尽量不超过300 m,其目的同样是为了提高定位精度。
3)基线布置
基线布置要考虑现场地形条件、打桩精度要求,尽量使测量点稳定、牢靠、不易破坏。该工程已由上海测绘院在黄浦江两岸各布置了一条基线,组成大地四边形,所用的GPS平面控制网测量等级为二等三角,水准网等级为二等。由于桩位距基线的距离的不同,根据测量定位原则,在两侧基线上各增加一个加密控制点,按照打桩距离的远近选择相应控制点,确保交会角度控制在90°左右。
4)交会角度计算
假定桩位坐标为(x,y),测点1坐标为(x1,y1),测点2坐标为(x2,y2),已知桩径为900 mm,则各测点交会角度测角为
其中:δ1=tan-1{0.45/[(y-y1)2+(x-x1)2]1/2};δ2=tan-1{0.45/[(y-y2)2+(x-x2)2]1/2}。
当为斜桩时,其投影为椭圆,桥桩的斜度为6∶1和8∶1 两种,当为6∶1时,椭圆长半轴仅比短半轴(即圆半径)大6 mm,对桩的定位精度影响不大,因此,均可按照圆来计算。通常,为保险起见,需增加1台仪器作为校核,其计算方法与上述相同,当由1台经纬仪和1台全站仪定位时,则由全站仪测距校核,之前还需计算测站点与桩位间的距离。
5)打桩定位
(1)平面位置控制
以施打18#主墩钢管桩为例。由于该墩离岸线约200 m,为了确保交会角度控制在60°～120°之间,并尽量控制在90°左右,因此,需要选好主控制点,并以全站仪测距作为校核。经纬仪架设好后,以选好的主控制点相互作为后视,按照事先计算好的角度和方向旋转仪器,锁定经纬仪水平旋钮。打桩船从运桩方驳上取桩后移往既定打桩区域,在接近桩位处时,由2台经纬仪通过对讲机指挥打桩船就位,当经纬仪十字丝与钢管桩外边缘相切(按照需要和现场实际情况事先选择是内边缘或外边缘),则打桩船定位准确。打斜桩时,根据经验应将桩位向倾斜方向平移5～10 cm,具体数值尚应根据实际予以调整和确定。
当为斜桩时,由于交会角度与交会点的标高有关,根据设计图纸,该项目桩顶标高均低于一般水位,处于水下2 m左右,必须将控制标高提高至水面以上一定高度,控制角度计算时按照提高3 m考虑(提高过多不利于控制桩位精度),即按标高+3.5 m控制。当打桩船移位至桩位附近时(尽量靠近桩位,过远时也不利于桩位精度控制),打桩船上由一人贴近钢管桩立尺,岸上操作水准仪的测量人员指挥标尺上下移动,当标尺读数与水准仪横丝相切时则水准尺底标高即为控制标高,岸上操作经纬仪的测量人员尽快将十字丝横丝与标尺底相切,锁紧经纬仪竖盘旋钮。根据经纬仪十字丝与钢管桩相对关系指挥打桩船移动,当经纬仪十字丝在控制标高处与钢管桩边缘相切,则桩位进入设计位置,打桩船定位准确。该过程一般需要反复数次才能将钢管桩准确定位,最后,由全站仪测距检查,只有控制点到桩位距离与计算也相符,才能下桩、开锤,否则,必须对各项操作进行检查,重新定位。
桩顶标高低于水面时,沉桩时还需加长替打将桩送入水下,此时,需通过检测替打来控制桩的沉入情况,因此,事先还需要根据替打和钢管桩的几何关系计算控制替打的测量角度。桩打到设计标高后,2台经纬仪及时记录桩偏离十字丝角度,然后根据偏角及控制点与桩的距离,计算桩的准确偏位,为钢套箱的设计、施工提供依据。
(2)高程控制
除18#墩外,其余各墩均可在岸上对钢管桩沉桩过程中的贯入度、桩顶标高进行控制,18#墩沉桩时需在17#或19#墩上设置临时测量平台,以减小视距,提高测量精度。同样,当桩顶低于一般水位时,也需要通过替打来控制桩顶标高。本桥桩的沉入标准是以高程控制为主,贯入度控制为辅,当桩顶标高达到设计时即可停锤。若地质条件较好,桩顶标高达到设计之前,只要贯入度达到标准时亦可停锤。
6)各设备的抛锚布置
(1)打桩船的抛锚就位
打桩施工前,对需占用的水域以书面形式报港监部门审批,申报材料要注明占用水域各角点经纬度、占用时间、施工船泊名称及数量、占用水域的标志(如航标颜色、闪烁形式、数量)等,港监部门同意后发布航行通告。
(2)打桩船的锚碇系统的确定
本工程中锚选用2 t的海军锚,锚绳选用28 mm的锚缆,锚碇系统的确定计算如下:
P:锚抓力和锚缆摩擦力之和的确定,P≧T0 (船体水平所受的外力)
船舶施工的锚绳长度,按下列因素确定:施工气象条件下,按锚机满负荷拖动,收紧锚缆时以不走锚为最低要求,故锚长最短为104 m。满足船舶施工的最大活动范围,尽量减少移锚次数,考虑打桩和取桩时桩船的最大活动范围,取锚绳长度为150 m。
7)施工对水域要求
(1)施工水域要以桥的中轴线上下游各250 m,共计500 m。施工水域采用浮标警示,按航道部门的要求布设。
(2)在打19#墩桩时,18#墩和17#墩之间设为通航航道,在打18#墩桩时,以18#墩中轴线向北方向外20 m至17#墩中轴线向南方向20 m,共计80 m作为通航航道,通航水深最低为5.3 m,最高为12.3 m。在打17#墩时,考虑对18#墩桩的保护,通航区域同样选择18#墩中轴线以北20 m～17#墩中轴线以南20 m作为航道。
8)施工要点
(1)定位沉桩的要点
在斜坡上定位沉桩,不论是直桩还是俯、仰斜桩均会向坡下滑移,为减少因滑移而增大的偏位,应根据地基上的软硬程度,适当偏向坡顶方向定位下沉。定位时因6根缆不可能处于对称位置,总是一个方向误差小,一个方向误差较大,很难完全正位下沉,因此,紧缆定位时应该使对保证上部主要构件(如梁)安装质量(搁置长度)的有利方向的定位误差减小。
(2)沉桩施工要点
开始沉桩时选用自重小沉,待桩身有足够的稳定性后,再采用正常锤击沉桩。锤、替打和桩在沉桩的时候,应在一直线,以免偏击和蹩劲沉桩。在自沉或压上锤和替打后,为纠正偏位,只能“微”调船位和龙口,以免过大的调整而将桩蹩断、蹩裂。涨落潮时,应随潮水的涨、落适时松、紧缆,以保持船位不变和防止个别锚缆受力过大。沉桩记录要准确反映停锤前几阵的贯入度和锤冲击部的反跳高度。且应连续,不要中途停锤,以免土壤恢复而增加其对沉桩的阻力。根据起吊锤和替打前、后估测的桩偏位值,减去定位时偏差和桩(斜桩)悬臂下垂的值,估验是否蹩劲沉桩,给后续沉桩提出警惕。桩基应在沉桩之后与其他桩通过围檩进行连接,防止因外力作用而使桩基产生过大的位移。
在水上接桩时还要注意:两钢管桩在接桩时,管口直径外周长≦6 mm,接口端椭圆度≦3 mm。保证接口处两螺旋焊缝相距≧700 mm。接桩时4个吊耳应在一条直线上。两管相接时,焊缝及其两侧各30 mm范围内打磨,打磨后呈金属光泽。圆垫环焊接面打磨呈金属光泽。定位焊均布6点,每点长度大于80 mm。
(3)其它注意事项
监测岸坡和已沉桩的变位,如发现有问题,应采取相应的处理措施:定期复核定位用的施工基线和基点,以防止其沉降和位移而影响定位的正常进行;如风力大于6级或波高大于0.5 m或水流流速大于1.5 m/s,应停止沉桩作业;定期更换锤垫和桩垫,以免因垫过于击实,刚度增加很多,使桩承受过大的锤击力;每天检查沉桩记录,发现问题及时处理,以免后来在桩群中进行处理而增加不必要的困难。
3 结 语
通过精心组织、合理安排,统一协调施工,主桥主墩基础135根钢管桩,边墩基础56根PHC管桩在3个月全部完成,施工过程中没有出现任何质量、安全问题,得到了工程监理单位和业主的一致好评。钢管桩的填芯施工等后续工作得以顺利开展,实践证明,黄浦江大桥主桥桩基施工是一个成功的施工工艺。
参考文献
[1]熊卫根.金塘大桥Ⅳ-C标沉桩施工[J].水运工程,2007,6 403(6):121-124.
[2]黄增财,吴健.杭州湾跨海大桥Ⅳ标钢管桩沉桩施工[J].公路,2006,3.3:19-29.
[3]胡晓伦,杨江虎.杭州湾大桥钢管桩沉桩施工工艺[J].桥梁建设,2006,1:52-55.
[4]林瑞粗.超长钢管桩沉桩施工工艺探讨[J].福建建材2007:98-100.
射水沉桩的质量问题和处理 篇3
【摘 要】射水沉桩是利用高压水冲桩尖土体而进行沉桩的作业，射水沉桩在施工过程中容易出现一些质量问题，本文指出了射水沉桩法常见及处理方法。
【关键词】射水沉桩；质量问题；处理
Quality issues and deal with the water jet pile
Ma Shi-bin,Xia Wen-shan,Chen Wei-wei
(Shaoxing Sheng Yuan Environmental Construction Co., Ltd Shaoxing Zhejiang 312000)
【Abstract】Water jet pile pile tip is to use high-pressure water will conduct soil pile of work, shoot pile prone to some water quality problems in the construction process, the paper pointed out the water jetting pile and treatment of common law.
【Key words】Water jet pile;Quality problems; deal
射水沉桩法是利用高压水冲桩尖土体，进行沉桩的作业。公路桥涵中经常使用这种方法，射水施工方法的选择应视土质情况而异，在砂夹卵石层或坚硬土层中，一般以射水为主，锤击或振动为辅；在亚粘土或粘土中，为避免降低承载力，一般以锤击或振动为主，以射水为辅，并应适当控制射水时间和水量；下沉空心桩，一般用单管内射水。本文指出了射水沉桩法常见质量问题及处理方法。
1. 射水沉桩下沉缓慢或不下沉
1.1 现象。
（1）桩下沉缓慢或不下沉，在锤击时桩身有颤动，桩锤有回弹现象；
（2）涌水量少，涌出泥砂量少，内射水时，桩周不涌水，桩下沉缓慢或不下沉。
1.2 原因分析。
（1）桩尖遇到障碍物或坚硬土层；
（2）桩身周围土的摩擦力过大；
（3）射水的水压、水量不足，或曾用锤击使桩尖强行穿过密实的土层，使桩身周围的土被挤塞密实。
（4）射水管在桩内断裂或漏水。
（5）空气被吸入进水管或泵壳内，造成水泵设备能力不足。
1.3 预防措施。
（1）施工前查明地质情况，根据土层的地质软硬程度来采取不同的射水沉桩方式。
（2）经常检修管路和机械设备。
（3）保持水源清洁和适当水位。
1.4 治理方法。
（1）适当延续锤击，加强射水，但切忌猛烈锤击。
（2）若桩的入土深度不深，可拔出检查桩尖有无碰撞障碍物的痕迹，研究处理，必要时改变桩位。
（3）不宜猛击，应增加水压和水量，必要时可增加外射水，或改用动能较大的桩锤。
（4）加大射水的水压和水量，并延长射水时间，配合轻锤慢击，必要时增加外射水使桩下沉。
（5）拔出射水管，检查修理，开启水泵的放气阀放出空气。
2. 射水沉桩急剧下沉
2.1 现象。
射水锤击沉桩中，桩突然急剧下沉，或产生倾斜现象。
2.2 原因分析。
（1）桩穿过密实的土层进入软的土层。
（2）射水时间过长，桩尖下被冲空。
（3）桩已断裂弯折。
2.3 预防措施。
（1）选择适当的锤击方式。
（2）查明地质状况，提供不同的施工方式。
2.4 治理方法。
（1）可继续下沉，若桩人土深度已接近设计深度，但对承载力的要求相差尚大，而软弱的土层还较深时，应改变设计，增加桩长或增加桩数。
（2）当发生偏斜时，应立即停止下沉，分析情况，采取措施，进行补强或补桩。
3. 射水沉桩涌水停止
3.1 现象。 沉桩过程中，无正常涌水出现。
3.2 原因分析。
（1）桩尖撞击在孤石或硬层上，将射水嘴堵塞或砸扁。
（2）停水后，射水嘴被涌入泥砂所堵塞，这可能是停水太急或接桩时停水时间过长所致。
（3）射水情况正常但不向上涌水，水可能从下卧透水层中流失。
（4）桩身弯折使内射管或外射管扭曲。
3.3 预防措施。
（1）明确地质状况，分别采取不同方式进行沉桩。
（2）停水不宜太急，尽量避免接桩时停水时间过长。
（3）正确运行机械，防止桩身弯折。
3.4 治理方法。
（1）将射水管稍微提起，如仍不通，应拔出修理。
（2）加大水量及水压冲开泥砂。仍无效，可在桩内另行插入射水管冲刷。
（3）下沉困难，可增加射水管冲刷下沉，将桩周围未受扰动的土扰动，扰动后的土沉积后，增加桩身的摩擦力。
（4）桩身处理合格后，将射水管拔出，修理后再插回使用。
4. 沉管灌注桩中缩颈、夹泥断桩
4.1 现象。 沉管灌注桩在淤泥中施工时，出现缩颈、夹泥断桩现象，而夹泥断桩是因为缩颈产生的。此现象一般发生在淤泥土层界面处、地基浅层5m范围内和深厚淤泥土层的中部。
4.2 原因分析。
4.2.1 在沉管时，管外壁将土体向管周围挤压，同时被扰动的土体中的静孔隙水压力迅速上升，形成超孔隙水压力σ 盯和土压力μ 共同对管壁产生了挤压力pu= σ +μ 。
4.2.2 当钢管拔出时，孔隙水压力在土中不能很快消除，挤压力全部作用于刚灌注的混凝土上，若混凝土的自重对土体作用的压应力σ upu ，桩不会产生缩颈，否则，就产生缩颈。影响 σ u和pu 的因素如下：
（1）土的结构性。淤泥质土的高孔隙性及粒状链接结构的特征，在土体受挤压时对桩周土体的扰动范围有直接影响，扰动范围越大， 越大。
（2）土的渗透性。由于淤泥质土的渗透性差，孔隙水压力不易消散。孔隙水压力增大了P pu值，同时将孔隙水中的泥浆水渗入混凝土中，影响σ u 的发挥，并使混凝土强度降低。
（3）混凝土在管中的灌注高度过低，易造成σ u＜ pu。但灌注高度过高，混凝土易发生离析。
（4）混凝土坍落度过稠， σ u增大，但易产生吸涌力；混凝土过稀，使土向混凝土挤入的机会增多，同时易造成混凝土强度达不到设计强度。
（5）相邻桩距。桩身未达到终凝，若邻桩施工的位置位于桩周扰动范畴内，土体将产生新的挤压应力。
4.3 预防措施。
（1）当地基土的模量E<3MPa，不排水抗剪强度 τu<30KPa，孔隙比e>1.0，饱和度 Sr>85％，应按淤泥质土的施工技术进行操作。
（2）拔管速度应更缓慢，以减轻孔隙水压力的影响。用锤击沉桩时，拔管应轻锤密击；用振动锤沉桩时，每次拔管前，均应停拔10min。每次上拔高度控制在0.3～0.5m，拔管速率控制在0.5m／min以内，反插深度控制在0.3m左右。在淤泥质土层的上下界面处，特别注意放慢拔管速度，应该密击不反插。
（3）保持管内混凝土的灌注高度在2～2.5m范围内，并保持拔管前较轻的锤击力或振动力。
（4）混凝土坍落度控制在5～7cm，碎石粒径应小于4cm，细集料应选中砂。
（5）仔细计算桩的混凝土灌入量和充盈系数，以免出现断桩。充盈系数控制在1.2～1.3之间。
（6）严格按照跳桩的沉桩顺序，跳桩的桩距控制值按有关规定。
（7）为避免桩端防水不严，而使土中水在超孔隙水压下进入管内，在沉管前先在管内灌入lm高的混凝土。
（8）淤泥质土层厚大于6m时，施工的控制指标应相应降低。
4.4 治理方法。
（1）施工时，注意观察桩顶和地面有无隆起及水平位移情况，并及时研究，采取措施。如改变沉桩顺序或增加桩距等。
（2）桩突然下沉困难或不能下沉时，可能是桩尖损坏或遇地下障碍物，应及时将桩管拔出，进行研究处理后，重新插入进行施工。
（3）加强施工管理，密切注意桩身混凝土有无发生缩颈及断桩等现象，若发现应立即采取内插法或复打法及时处理。
参考文献
［1］ 李广慧，桥梁工程，［M］. 郑州：郑州大学出版社，2011.
［2］ JGJ79-91 .建筑地基处理技术规范. 北京：中国建筑工业出版社 2000.
［3］ 卜建清，严战友，道路桥梁工程施工，［M］ 重庆： 重庆大学出版社，2008.
［文章编号］1619-2737（2014）05-18-816
［作者简介］ 麻世彬（1985.1-），女，籍贯：浙江温州，研究方向：市政工程施工管理。
沉桩 篇4
关键词：静压桩,沉桩阻力,成层土,静力触探
在静压桩的设计和应用过程中如何预测静压桩的沉桩阻力,选择合适的压桩机械,一直是工程师需要思考的问题。沉桩阻力估算的过小,选择的压桩设备可能会使基桩无法压到设计标高而中途改变施工方法,造成工期延误和浪费现象;沉桩阻力估算过大,所选的压桩设备可能由于自重过大会“陷机”,会对周围土体产生较大的压缩变形,从而造成桩位偏移较大,桩身垂直度难以控制等现象,为建筑物的安全埋下隐患。现阶段,确定沉桩阻力最有效的方法就是试桩法。试桩法的可靠性最高,但是这种方法也有一些缺点,如费用高,时间、人力消耗大,试桩数量有限等。为了克服这些不足,人们提出了多种估算沉桩阻力的方法,但由于不同的方法有各自的适用性和局限性,算出的结果有时差别很大,在使用时很难准确把握,有必要比较后选择较好的计算方法。
1 计算静压桩沉桩阻力的方法
1.1 经验公式法
韩选江(1996年)建议采用式(1)估算沉桩阻力[1]。
P=αRs+βUPfili (1)
其中,UP为桩截面周长,m;Rs为由静力触探结果计算的桩端阻力,kN;fi为桩周第i层土的侧摩阻力,kPa;li为第i层土的厚度,m。
1.2 调节系数法
对用双桥静力触探资料计算混凝土桩单桩竖向极限承载力的公式加以修改,调整其中的系数,计算沉桩阻力[2],即:
其中,P为沉桩阻力;Rs为桩侧摩阻力;RP为桩端阻力;U为桩的周长;li为第i层土的厚度;βi为第i层土的桩侧摩阻力修正系数;fsi为第i层土的静力探头侧摩阻力;αi为第i层土的桩端阻力修正系数;AP为桩端截面积;
1.3 球孔扩张理论及球孔扩张—滑动摩擦计算模式
运用球孔扩张理论和滑动摩擦计算稳态贯入条件下的沉桩阻力。假定材料符合 Mohr-Coulom屈服准则,根据Vesie的圆孔扩张理论的公式,计算极限扩孔压力和应力场[3]。
1.4 人工神经网络模拟静力压桩沉桩阻力
利用人工神经网络建模模拟静力压桩沉桩阻力[4],静压桩BP网络由三层构成:输入层,隐层和输出层。输入层取3个因素为输入单元,考虑影响沉桩阻力的主要相关因素,分别是:入土深度、静力触探端阻、静力触探侧阻。输出层由1个神经元组成,为沉桩阻力,隐层采用了10个单元,能够方便准确地模拟计算层状土地基静力压入桩的沉桩阻力,是模拟计算沉桩阻力的有效方法。
1.5 数值模拟
利用有限元法模拟静压桩连续贯入的整个过程,可以借助于有限元ANSYS分析软件,结合非线性大变形、弹塑性、接触面等计算技术,在不同深度上分段贯入,较好地模拟计算了静压桩的沉桩阻力[5]。
1.6 考虑侧阻退化计算静压桩沉桩阻力的方法
利用双桥静力触探资料,调整其中的系数及侧阻退化系数计算沉桩阻力[6,7,8]。
其中,f(i)为桩入土H深以R长划分n单元中第i单元的静力触探侧阻值;q(n)为桩端上下一定范围内的静力探头平均阻力;R为划分单元的长度;Q为沉桩阻力;βi为第i层土的桩端阻力修正系数;αi为第i层土的桩侧摩阻力修正系数。
2 计算方法评价
2.1 计算过程的简捷性比较
计算过程简捷是经验公式最大的优点。调解系数法和考虑侧阻退化计算沉桩阻力的方法,在计算步骤上比经验公式要繁琐一些。人工神经网络法计算时需要多个学习样本,计算结果的精确程度高度依赖于学习样本的准确程度,相对来说比较繁琐。球孔扩张理论及球孔扩张—滑动摩擦计算模式和有限元计算方法计算所需的参数较多,计算相对复杂,一些参数的准确值不易确定。
2.2 理论的合理性比较
经验公式是完全通过对部分实测数据进行分析和研究总结出来的,理论基础不够充分。调解系数法和考虑侧阻退化计算沉桩阻力的方法是基于土力学原理,做出若干假设和简化并结合现场试验而得出的计算方法,但它们仍然也是估算方法。人工神经网络法是基于对神经元传导过程的模拟,以人工智能软件为依据,具有一定的理论基础。球孔扩张理论及球孔扩张—滑动摩擦计算模式是利用圆孔扩张理论并以土的塑性力学原理及经典土力学原理为依据得到的计算公式,具有较好的理论基础。只是圆孔扩张理论是在做了多种假设的前提下得到的,所以球孔扩张—滑动摩擦计算模式仍然属于估算公式。
2.3 实用性比较
经验公式由于受到地质条件和区域的影响,在应用上具有局限性。调解系数法和考虑侧阻退化计算沉桩阻力的方法适用性较好,但是需要有足够的现场试验资料支持。人工神经网络法的应用需要有准确、充分的样本资料支持。球孔扩张—滑动摩擦计算模式适用于各种地质情况,适用范围广,但应用的前提是获得较准确的现场土工参数。有限元法广泛应用于桩基计算中,是十分有力的计算工具,其适用范围广泛。但就目前而言,采用有限元方法估算桩基的贯入阻力还存在以下两方面的问题:1)桩的贯入过程难以精确的模拟。2)有限元法计算的精度严重依赖于本构模型的选用及参数的确定。在现有土工试验水平条件下,仅有少数科研机构或者大学才可以模拟受桩基挤压后土的本构关系试验,本构模型参数的确定仍然比较复杂。
3 工程实例
某工程位于山东东营,属河流冲洪积平原,地形较平坦。主要土层由粉土和粉质黏土组成。试验用桩为400×400预制方桩,压桩力和静力触探曲线见图1。
本文从简捷性和实用性的角度考虑,仅用BP人工神经网络法,调节系数法和考虑侧阻退化预测沉桩阻力的方法估算静压桩沉桩阻力,将预测结果和实际压桩力进行对比。利用1号桩的沉桩资料预测2号桩沉桩阻力,结果如图2所示。
通过对3种方法模拟的结果进行比较发现,BP人工神经网络法预测沉桩阻力的精确程度更高,P—S曲线拟合程度更好。但BP神经网络计算结果的精确程度依赖于学习样本的质量和数量。
考虑侧阻退化计算沉桩阻力的方法基本上能模拟出静压桩贯入黏性土成层地基过程中沉桩阻力的变化趋势,预测的沉桩阻力与实际压桩阻力基本吻合,但这种方法计算参数仍较多,参数调节过程依赖于已有的试桩资料。通过对在东营进行的现场试验进行模拟,发现在不同的土层中侧阻退化系数可能是不同的,在相同的土层中侧阻退化系数也不是不变的,侧阻退化系数的变化可能与桩的贯入深度,层状地基各土层的性质有关。
采用调节系数法模拟静压桩贯入黏性土成层地基过程中总侧摩阻力的变化趋势是一直增大的,系数调节法无法模拟静压桩沉桩过程中侧阻退化这一现象。但是工程师需要的是通过估算最大沉桩阻力来选择合适的压桩机械。尽管系数调节法预测的静压桩贯入成层地基过程中总侧摩阻力变化趋势与实际情况不太吻合,但系数调节法仍然可以估算出最大沉桩阻力。计算结果略显保守,但可以作为适当的安全储备,并且系数调节法系数调节过程和计算过程相对简单,在实际工程中有较高的应用价值。
4 结语
对估算静压桩沉桩阻力的方法进行详细分析。结合工程实例,通过计算的简捷性、理论的合理性和方法的实用性三方面的分析,认为系数调节法是一个在工程中较为可行的方法。需要指出的是,对于系数调节法,现阶段仍没有能完全适应不同土层的综合系数经验值,综合系数的选取仍然依靠已有经验,如何科学合理地选取适应不同土层的综合系数经验值需要在今后的工作中进一步地积累、提高。
参考文献
[1]张明义.静力压入桩的研究与应用[M].北京:中国建材工业出版社,2004.
[2]张明义,刘俊伟,王静静,等.计算静压桩沉桩阻力的综合调节系数法[J].重庆建筑大学学报,2007(5):12.
[3]张明义.静压桩贯入地基的球孔扩张—滑动摩擦计算模式[J].岩土力学,2003,24(5):31-32.
[4]张明义,邓安福.用BP网络预测静力压桩的沉桩阻力[J].工程力学,2001(sup):3-4.
[5]张明义,邓安福.静力压桩数值模拟的位移贯入法[J].岩土力学,2003,24(1):113-117.
[6]White,D.J.,Lehane,B.N..Friction fatigue on displacement pilesin sand[J].Geotechnique,2004,54(10):12-13.
[7]董光辉.静压桩沉桩过程中的侧阻退化效应及成桩后侧阻的时效研究[D].青岛:青岛理工大学,2006.
[8]Andrew Jackson.The Setup of Jacked Piles.Fourth-year under-graduate project in Group D,2006/2007.
沉桩 篇5
关键词:预应力管桩试桩压桩力质量控制
0 引言
近来年,预应力管桩在建筑工程基础工程中的应用越来越多,其自身的优点已得到了许多设计、施工、建设等单位的认可。预应力管桩具有规格化生产、成桩质量易于控制和检查,施工周期较短,沉桩质量比砼灌注桩有保证,经济性较实心方桩好,施工现场噪音小、对环境污染小、振动小、检测方便等特点。苏州、无锡地区已有很多工程的成功经验,但试桩和施工沉桩中经常出现异常情况(贯入困难、压桩力达不到设计值、桩身砼承受不住压应力而被压坏等情况),作者作为一名岩土工程勘察技术人员,通过许多工程的实践,从岩土工程勘察角度分析其原因,给施工沉桩提出一些处理措施,从而更好地提高桩基施工的质量,为工程建设服务。
1 沉桩机理
沉桩施工时,桩尖“刺入”土体中时原状土的初应力状态受到破坏,造成桩尖下土体的压缩变形,土体对桩尖产生相应阻力,随着桩贯入压力的增大,当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时,土体发生急剧变形而达到极限破坏,土体产生塑性流动(粘性土)或挤密侧移和下拖(砂土),在地表处,粘性土体会向上隆起,砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力,土体主要向桩周水平方向挤开,使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大扰动影响,此时,桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗,当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力,桩将继续“刺入”下沉。反之,则停止下沉。
2 工程实例
某高层4#、5#住宅楼22层,长32米、宽13.6米;6#住宅楼22层,长57米、宽13.6米,位于无锡市北塘区,为旧房拆迁场地,设计采用Ф500砼管桩,桩长32米和38米,持力层选用⑥-5粉砂夹粉土层及⑦-1粉质粘土层。
2.1 地基土分层如下(见表1):
2.2 试桩情况说明及原因分析
2.2.1 按程序计划先打试桩,试桩数量由设计单位、建设单位等各方确定,4#楼、5#楼、6#楼各二根。根据岩土工程勘察报告及设计要求,4#楼、5#楼的持力层为⑥-5粉砂夹粉土层,桩长32米;6#楼的桩尖持力层因⑥-5粉砂夹粉土层厚度往东逐渐变薄,不能满足设计要求,设计选取⑦-1层粉质粘土层作为桩尖持力层,桩长38米。
2.2.2 试桩情况介绍:C56#孔试桩压桩力为4092KN,进入持力层约2.2米;C67#孔试桩压桩力为4464KN,进入持力层约3.0米;C58#孔试桩压桩力为4836KN,进入持力层约3.5米;C67#孔试桩压桩力为4464KN,进入持力层约3.0米;C77#孔试桩压桩力为4650KN,进入持力层约5.0米,出现桩被压坏;C47#孔试桩压桩力为2952KN,进入持力层约5.0米。
2.2.3 情况说明及原因分析:按岩土工程勘察报告提供的桩周土摩阻力及桩端土的端阻力,根据《建筑桩基技术规范》(94-2008)计算的各试桩单桩极限承载力标准力,大部分桩的实际承载力均大于《规范》计算值,部分相差较大,少部分桩的实际承载力小于《规范》计算值,对桩的施工控制提出了难题,建设单位、设计单位、施工单位讨论多次,我从勘察的角度提出了如下的观点:由于本工程区下伏主要为粘性土且部分为软土,桩在施工过程中将不可避免地扰动桩周土,降低土体强度,超孔隙水压力上升引起桩的承载力下降,以高灵敏度饱和粘性土的摩擦桩最明显。随着休止时间的增加,土体重新固结,土体强度逐渐恢复提高,桩的承载力也逐渐增加。研究资料表明,时间效应可使桩的承载力比初始值增长40%-400%。其变化规律一般是初期增长速度较快,随后渐慢,待达到一定时间后趋于稳定,其增长的快慢和幅度与土性和类别有关。
3 结论与建议
3.1 选择合适的施工机械,施工前认真研究设计图纸和地质报告,选择压桩机时,要核算压桩力,并建议参考下表选用(见表2):
3.2 静力压桩工程在施工过程中尽可能缩短停止时间。施工过程中由于沉桩扰动桩周土,使土的结构破坏,使此时的压桩侧阻力减小为残余应力,若停顿时间太长,就会使桩周土重塑,压桩力常常会大幅度上升,造成压桩力过大甚至无法压入。
3.3 控制沉桩顺序和接桩位置,在饱和土中密集沉桩时,由于挤土效应明显,后打的桩沉桩越来越困难,故应遵命从内到外的原则排定沉桩顺序,最大限度地降低挤土效应。当遇有密实度较好的砂夹层时,应避免接桩时桩尖停在砂夹层中致使压桩困难,必要时应与设计人员协商调整桩的分节长度。当在较好的土层中沉桩时,如桩较密集,可根据桩长的不同采取先引孔后沉桩的办法以减少挤土效应和对周边建筑物等的影响。沉桩应采用压桩力和桩长双向控制。
3.4 由于目前高层建筑桩长一般较长,工期要求不允许用钻孔灌注桩,沉桩可能会困难,施工中常采用引孔压桩,根据成功经验,引孔孔径应比桩径小50-100mm,深度是桩长的(1/3-1/2)L,引孔应随引随压,中间间隔时间不宜过长。
參考文献:
[1]岩土工程勘察规范.(GB 50021-2001).
[2]建筑桩基技术规范.(94-2008).
[3]江苏省工程建设推荐技术规程.(苏JG/T011-2003).先张法预应力管桩混凝土基础技术规程.
[4]建筑基桩检测技术规范.(JGJ 106-2003).
浅谈静压法沉桩在桩基础中的应用 篇6
关键词：静压法沉桩,沉桩阻力,施工,静压力,挤土效应
0 引言
静压法沉桩是指混凝土预制桩成桩后,利用液压桩机的桩架自重及配重,施加竖向压力将预制桩分段压入,逐段接长的桩基施工方法。由于这种方法具有无噪声、无振动、无冲击力等优点,适应今后对绿色岩土工程的要求;同时压桩桩型一般选用预应力管桩,该桩作基础具有工艺简明,质量可靠,造价低,检测方便的特性。两者的结合便大大推动了静压管桩的应用,使之成为福建沿海地区今后桩基发展的主打产品。人们在对《静压桩基础技术规程》千呼万唤的同时,也希望对静压桩的沉桩在工程实践中的应用有进一步的了解,文中为此作一介绍。
1 静压法沉桩适用范围
静压法沉桩通常应用于高压缩性黏土层或砂性较轻的软黏土地基(W>Wp,ro<1.75Ф20°,a1-2>0.03,Ip>10,N<10)。当桩需贯穿有一厚度的砂性土中间夹层时,必须根据砂性土层的厚度、密实度,上下土层的力学指标,桩的结构、强度、形式和设备能力等综合考虑其适用性。
静压法沉桩按加力方式可分为压桩机(压桩架、压桩车、压桩船)施工法、吊载压入施工法、锚桩反压施工法、结构自重压力施工法等。锚桩反压施工法使用较早,一般用于少量补桩。吊载压入施工法因受吊载能力限制,用于小型短桩工程。结构自重压入施工法用于受场地和高度限制无法采用大型压桩机设备,以及对原有构筑物进行基础改造补强的特殊工程。压桩机施工法应用较为广泛,为提高压桩机静压力,常可在压桩机上增设附加配重。在小型桩基工程中尚可采用压桩车施工法。
我国原有静压法设备的静压力一般为800 kN～4 000 kN,适用于桩径为300 mm～400 mm,桩长为30 m～35 m之间的桩基工程。近年来,少量沉桩设备的静压力可高达6 000 kN～7 500 kN,应用于桩径为500 mm～600 mm,桩长为50 m左右的桩基工程。
2 静压法沉桩施工
2.1 沉桩阻力
判断沉桩阻力就是要认识在静压力作用下,桩侧和桩尖土体对桩的抵抗阻力及其相互关系,分布规律以及主要影响因素等,正确分析桩的工作特性,预估桩的入土阻力,以解决桩的可压入性。
静压法沉桩入土过程中,地基土体受到重塑扰动,桩贯入时所受到的土体阻力并不完全是静态阻力,但也不同于锤击法沉桩时的动态阻力。静压法沉桩的贯入沿桩身分布规律与锤击法沉桩相似(见图1)。
沉桩阻力的大小和分布规律的影响因素主要是土质、土层排列、硬土层厚度、埋入持力层深度、桩数和桩距、施工顺序及进度等。分析实测试验资料表明,沉桩阻力是由桩侧摩阻力和桩尖阻力组成的。
静压法沉桩时,桩尖上的土阻力反映桩尖处附近范围土体的综合强度特性,这一范围的大小决定于桩的尺寸和桩尖处土体的破坏机理,它与桩尖附近处土层的天然结构强度和密度、土层的分层厚度和排列情况、桩尖进入土层的深度等多种因素有关。试验资料表明,一般在匀质黏性土层中,影响桩尖阻力的桩尖附近土层范围约为桩尖以上2.5倍桩径和桩尖最大截面以下2.5倍桩径。当桩尖阻力影响范围内存在强度相差较大的不同土层时,就不能简单地按上述界限内土层强度的平均值来考虑桩尖阻力,否则将会造成桩尖阻力估算过高的不合理现象。
2.2 压桩程序和接桩方法
静压法沉桩都采取分段压入,逐渐接长的方法,直至沉桩至设计要求标高。
接桩有焊接法和浆锚法。
2.3 静压法沉桩施工注意事项
1)桩的制作质量应满足设计和施工规范要求,其单节长度应结合施工环境条件、沉桩设备的有效高度、地基土质分层情况合理确定。
2)沉桩施工前应掌握现场的土质情况,做好沉桩设备的检查和调试,保证使用可靠,以免发生施工中途间断,引起间歇后沉桩阻力增大,发生桩不能压入的滞桩事故。
3)沉桩施工过程中,应随时注意保持桩处于轴心受压状态。
4)沉桩过程中,当桩尖遇到硬土层或砂层而发生沉桩阻力突然增大,甚至超过压桩机最大静压能力而使桩机上抬时,这时可以最大静压力作用在桩上,采取忽停忽压的冲击施压法,可使桩缓慢下沉直至穿透硬夹砂层。
5)当桩下沉至接近设计标高时,不可过早停压。否则在补压时常会发生停止下沉或难以下沉至设计标高的现象。
2.4 常见质量事故分析及处理
1)桩身上抬。
由于静压法沉桩是挤土桩,在场地桩数量较多,桩距较密的情况下,时常有后压的桩会对已压的桩产生挤压上抬,特别是对于短桩,易形成所谓的吊脚桩。这种桩在做静载试验时,开始沉降较大,曲线较陡,但当桩尖达到持力层,承载力又有明显增加,沉降曲线又趋于平缓,这是桩身上抬的典型曲线。桩身上抬除了静载沉降偏大外,对桩而言可能会把接头拉断,桩尖脱空,同时大大增加对四周桩的水平挤压力,导致桩倾斜偏位。在处理上施工前合理安排压桩顺序,同一单体建筑物一般要求先压场地中央的桩,后压周边的桩,先压持力层较深的桩,后压较浅的桩。出现桩身上抬后一般采用复压的办法使桩基按正常使用,但对承受水平荷载的基础要慎重。
2)引孔压桩的问题。
为了防止桩间的挤土效应太大或土质太硬而使桩身较短,施工中往往采用引孔压桩的工艺,即先钻比管桩略小规格的直径钻孔,深度是桩长的(2/3～1)L,然后将管桩沿预钻孔压下去。引孔应随引随压,中间间隔时间不宜太长,否则孔内积水:a.会软化桩端土,待水消散后孔底会留有一定空隙;b.积水往桩外壁冒,削弱了桩的侧摩阻力。对于较硬土质中引孔压桩还会有桩尖达不到引孔孔底的现象,施工完成后孔底积水使土体软化,使承载力达不到设计要求。
3)桩顶(底)开裂。
由于目前压桩机越来越大,最重可达8 000 kN,对于较硬土质,管桩有可能仍然压不到设计标高,在反复复压情况下,管桩桩身横向产生强烈应力,如果桩还是按常规配箍筋,桩顶混凝土抗拉不足开裂,产生垂直裂缝,为处理带来很大困难。另一种情况就是管桩由软弱土层突然进入硬持力层,没有经过渡层,桩机油压迅速升高,桩身受到瞬间冲击力也容易引起桩顶开裂,如果硬持力层面不平整,桩靴卡不进土引起桩头折断破碎,桩机油压又下降,再压时压力不稳定,吊线测量桩长发现比入土部分短。处理上事前改进桩尖形式(圆锥形桩尖易滑),事后用压力灌浆把桩底破碎混凝土粘结住,适当折减承载力设计值。
静压法沉桩在施工中利用了在压桩施工时的直观性,解决了由于地质状况复杂的不可预见性,从而为建筑设计提供了桩基施工承载能力的可靠性,如在施工中多次遇到压桩时根据地质条件设计的桩长,施工时达不到预计深度或当达到设计深度时其反映的压载值相当小(即不可能达到设计的承载能力)的情况,这时即可采取措施,减短桩长或加长桩的长度,保证了桩基的承载能力,节约了工程造价。
近年来静压法沉桩在我国软土地基桩基施工中广泛应用,并且获得良好效果。
参考文献
沉桩 篇7
近年来随着静压管桩的进一步应用广泛,关于沉桩速度对关于室内模型静压桩贯入过程中对周围土压力、压桩力、桩端阻力、侧摩阻力等问题,国内外学者研究的不多。本文主要研究的内容是,在室内对静压管模型桩贯入砂土过程中施加不同沉桩速度,研究压桩力与桩端阻力的关系,待沉桩完成后,测得各个桩身点的土压力状态与沉桩速度的关系,为研究桩土作用提供了必要的条件。
1 模型箱试验装置及试验过程
1.1 模型箱
所用的模型箱内几何尺寸为1 000 mm×1 000 mm×1 350 mm。利用有限元软件分析模型箱在工作状态下的受力情况,确定了模型箱侧面板由3块10 mm厚的钢化玻璃及一块6 mm厚的钢板组成钢板和角钢贴合处采用防水橡胶密封,钢化玻璃和角钢的贴合处采用玻璃防水胶粘接。模型箱底部设有圆孔通道,一方面便于排砂,另一方面便于往砂箱内部注水,为饱和砂土中沉桩提供必要条件[6]。加载机构分为两部分:上部框架和传动装置,其主要起传力和导向作用,加载装置上加有5 t的力传感器可用来测量桩贯入砂土中的压桩力。压桩仪选用的伺服电机为三菱电机自动化公司生产的HF-KP13型电机。其允许的速度调节范围大,响应快,低频下运行稳定,有较高的过载能力等特点,能够稳定的控制速度的大小。基于本次试验开发一种用于控制伺服系统的PLC操作系统,可方便控制压桩的速度,并且通过试验验证本系统稳定准确。如图1所示。
1.2 缩尺模型桩说明
模型桩采用铝合金模型桩,弹性模量为E=6.5GPa,桩长为75 cm,模型桩的外径为5 cm,相似比大小为L/B=15,壁厚为5 mm,桩尖为锥头状,锥角为45°,桩尖长度为5 cm,桩尖可拆卸,桩尖上部安装竖向力传感器,用来测量桩贯入砂土中装端阻力的大小。桩身共分为7个截面,每个截面间距为10 cm,自下而上分别为1~7截面,每个截面上内置8个土压力盒编号顺时针转A—H,共56个土压力盒,保证数据收集的可靠性。此模型桩不仅可测得桩端阻力和桩身不同位置处的桩身侧向应力,相比传统测量方式而言对桩周应力场扰动很小,测得数据更为贴近实际,而且可进行竖向荷载试验、水平荷载试验及抗拔试验,减少了试验工作量并提高了试验便捷性。
此模型桩已申请实用新型专利(专利名称:一种多功能模型试验桩,专利号ZL201520140200.7)如图2~图4所示。
1.3 数据采集系统
数据采集装置为DH3816采集系统,共60个采集通道,接口为插拔式,本次试验全部为全桥连接,接地端与大地相连,消除压桩仪工作时励磁的干扰,在连续采样模式下能够同步采集压桩力、土压力及桩端阻力。
1.4 砂样的制备
试验的砂样为烟台莱州石英砂,该砂样的物理指标如下:颗粒级配为直径大于0.3 mm的占16.8%,0.15~0.3 mm的占32.6%,0.15~0.075mm的占43.4%,小于0.075 mm的占7.2%。颗粒密度为1.384 g/cm3,最大与最小干密度分别为ρdmax=1.52 g/cm3,ρdmin=1.24 g/cm3;最大与最小空隙比为分别为emax=0.854,emin=0.526:粒径组成特性参数及力学参数如表1所示。
本试验用密度控制法分层压装石英砂。共分5次压填至砂箱,每次装填高度为25 cm,保证砂土足够的密实在透明玻璃上画上记号线。每装填350kg,均缓慢压实至记号线。即控制密度为1.384 g/cm3。分装完毕后静止7 d,用静力初探仪测定其密实度满足本次试验的要求。
1.5 试验加载过程
试验研究的内容是,在室内对静压管模型桩贯入砂土过程中施加不同沉桩速度,待沉桩完成后,统一静止24 h,此时桩周砂子自稳后,采集桩体周围土压力进行收集整理,与经典郎肯土压力进行对比,探究不同的贯入深度所处的土压力状态,分析不同桩身处砂土的土压力分布形式和砂土的挤密状态,研究桩-土之间的变化的变化规律,揭示桩身周围的土压力变化情况,研究压桩力与桩端阻力之间的关系,桩端残余力的存在规律,这无论对于静压桩施工还是设计都是是非常必要的。
先将土压力盒及桩端阻力传感器与采集系统连接,固定好模型桩,用经纬仪校核好桩体的垂直度后,压桩仪分别以V=0.05 mm/s、0.1 mm/s、0.15mm/s、0.2 mm/s和0.5 mm/s的速度压桩。压桩过程中收集桩侧土压力、压桩力及桩端阻力。压桩过程如图5所示。
本次试验压桩的最终深度为600 mm,共5个截面入土第6个截面刚好介于砂土表面。共测得5个截面的土压力,压桩力和桩端阻力可实时采集,压桩结束后统一静止24 h、48 h及72 h,收集各个时点的土压力情况,发现土压力大小在24 h后基本不发生变化,故以下试验结果只取24 h、后测得土压力为主要内容。试验结果分析如下:
如图6所示。本次试验沉桩速度分别为0.05mm/s、0.1 mm/s、0.15 mm/s、0.2 mm/s和0.5 mm/s。分别测得各个桩身土压力的大小。
2 试验结果分析
2.1 土压力分析
根据现有的资料计算出桩贯入土中的土压力原始值,最终桩的最下面一个截面入土深度为0.5 m,因此,根据以上砂子的力学指标及入土深度可计算三种土压力的大小[12],可分别求出静止土压力、主动土压力和被动土压力。贯入深度统一用桩径来表示其中桩径D=50 mm。从图6中可以分析出,桩在贯入砂土不同深度的位置土压力的大小,土压力状态是不一样的。
(1)首先,桩身处在到2D深度时,土压力很小,远小于主动土压力,这是经过大量试验实测的结果,出现该现象的原因分为两种情况,第一种情况,桩贯入到砂土中,桩身上端由于圆孔扩张的原因,产生如图7所示的形态,此处的砂土密实度发生了改变,砂子变得松散,密实度变小,桩周围的土压力也随之变小,因此测得的数据非常小;第二种情况,由于本试验的砂砾太细,作用在土压力盒的力引不起传感器的响应,本次试验的传感器量程为100 k Pa,为排除该原因,做了如下试验,在另外相同的桩上分别安装50 k Pa、25 k Pa的土压力盒,进行相同的试验得出同样如上的结论。因此导致土压力远小于主动土压力的原因是此处桩周砂土的密实度发生了改变。
(2)当桩身处在4D深度范围时,桩周的砂土密实度还是比正常的密实度小,测得的土压力比开始逼近主动土压力,通过比较主动土压力和静止土压力的大小得出如下结论:此时的土压力小于主动土压力,究其原因是因为还是桩贯入的过程当中对周围砂砾的扩孔作用,此时的土对桩是主动的受力形式。从图中可以看出,土压力系数开始达到0.46。在0~4D范围内的土压力系数几乎成线性增加,但扔处于砂土密实变松散的状态。
(3)4D~6D深度范围内,此处测得的土压力介于主动土压力和静止土压力之间,此范围土压力有突变的趋势,桩的贯入对砂子的影响,由最初的扰动松散开始压实紧密,使桩周砂土的密实度开始有增大的趋势,土压力也随之增大,超越主动土压力,向自然状态逼近。桩体贯入第四个截面处,范围桩周砂土压实作用进一步明显,密实度急剧增大,此时的土压力大于静止土压力,超过自然状态。
(4)桩体处在第五个截面,该处的土压力远大于静止土压力,有的位置接近被动土压力,说明该处的砂砾的密实度在压桩的过程当中有增大的趋势,越往下压作用越明显。
通过比较v=0.1 mm/s、v=0.15 mm/s、v=0.2 mm/s、v=0.5 mm/s与v=0.05 mm/s可以看出,在0~4D深度范围的土压力变化基本一致,成线性增大,砂土中的扩孔效果依然明显。在4D~6D时土压力大小发生突变。6D~10D范围时土压力急剧增大,密实度受压桩挤密的作用,密实度显著增大。
从以上分析可以得出:本次所做的静压桩沉桩速度的大小对静止后测得土压力大小影响不大,通过以上5组不同试验可以认为沉桩速度会对贯入过程产生影响,而对于静止24 h后测得土压力大小作用增长不明显。
2.2 桩端阻力与压桩力之间的试验结果分析
(1)从图8中可分析出,不同沉桩速度下在最开始阶段的趋势是相同的,在桩刚贯入砂土中由于桩尖刺入砂土中对砂土产生剪切的作用,在0~2D深度范围内,压桩力基本上是由桩端阻力来承担,桩侧摩阻力还未发挥作用,并且桩端阻力在此范围内是呈线性增长的。随着沉桩速度的增加,在同一深度处,压桩力会出现增加的现象,这已经得到验证,在600 mm深度处速度0.05 mm/s时压桩力为9.5k N,0.5 mm/s时压桩力为10.5 k N。
(2)在0~7D范围内,压桩力增加呈线性趋势,也符合实际工程测得的情况,在4D深度以下桩侧摩阻力开始发挥作用,但是作用较小,主要还是由桩端阻力来承担。等到桩贯入到10D以后,桩侧摩阻力开始增大,最终能达到压桩力的0.2左右。另一方面通过从图8中看出,不同的沉桩速度,压桩力和桩端阻力的变化基本趋势是相同的,不同的地方就是在同一深度下,压桩力会有少许的差别,但是不明显。
(3)从图8中可以看出,本次试验测得桩端残余压力的出现,既压桩停止后,还会有残余压力的存在,桩端残余压力可以揭示桩周土与桩端土强度的差异发挥,桩身实际荷载分布以及桩基承载力的发挥情况问题。桩端残余压力如果在计算桩的极限承载力时被忽略,则会使桩端承载力被低估,出现一定的偏差。
3 结论
通过本次室内模型试验研究了在砂土中对静压桩施加不同的沉桩速度引起土压力变化过程,探究出不同桩深点的土压力所处的土压力状态,压桩力及桩端阻力的关系得出如下结论。
(1)静压桩沉桩速度大小对桩贯入后一段时间测得的土压力影响不大,而对于贯入过程中的桩周土压力是有影响的,并且对压桩力是有影响的;桩深点在4D深度范围内土压力小于主动土压力,不会超过主动土压力,这是因为静压桩贯入砂土中上部的扩孔效应作用的结果,对砂土的密实度产生扰动变小,砂土界面最上面甚至出现与桩身不接触,砂桩分离现象,测的土压力明显小于主动土压力;桩深点在4D~6D深度范围内介于主动土压力和静止土压力之间,此处的砂土的密实度受到压桩的扰动影响变小,开始有扰动向挤密发展,导致土压力的增大;6D~8D深度范围内,砂土的密实度受到的挤密影响明显增大,在7D桩深处,测得的土压力等压静止土压力,超过这个位置土压力大小静止土压力,桩的挤密作用进一步突出;8D以后,土压力的大小向被动土压力逼近,但不会超过被动土压力。
(2)在不同的沉桩速度下,压桩力和桩端阻力的变化基本趋势是相同的,初始阶段0~7D范围内,压桩力增加呈线性趋势,然后桩侧摩阻力开始发挥作用,桩端阻力和桩侧摩阻力共同承担压桩力的作用;桩端残余压力在桩端承载力计算时是不可忽略的一部分,否则会低估桩端的承载力。
摘要：在室内对静压管桩贯入过程中施加不同的沉桩速度,探究在不同沉桩速度完成后,测得的各个桩深处的土压力大小,以及桩端阻力与压桩力之间的关系。得出静压管桩沉桩速度大小对桩贯入一段时间后测得的土压力影响不大,而对于贯入过程中的桩周土压力是有影响的。桩端阻力在一定深度范围内呈线性增加的,沉桩速度不同造成相同深度处压桩力大小的不同,桩端残余压力也是计算桩承载力的一部分,不可忽略。
关键词：静压桩,土压力,沉桩速度,模型试验,桩端阻力
参考文献
[1] Jarding R J,Standing J R,Chow F C.Some observations of the effects of time on the capacity of piles driven in sand.Geotechnique,2006;56(4):227—244
[2] Zhu B T,Jarding R J,Foray P.The ues of miniature soil stress measuring cells in laboratory applications involving stress reversals.Soil Sand Foundations,2009;49(5):675—688
[3] Jardine R J,Zhu B T,Foray P,et al.Dalton experimental arrangements for investigation of soil stresses developed around a displacement pile.Soil Sand Foundations,2009;49(5):661—673
[4] Lehane B M,White D J.Lateral stress changes and shaft friction for model displacement piles in sand.Can Geotech J,2005;42:1039—1052
[5] Zhang Z,Wang Y H.Examining setup mechanisms of driven piles in sand using laboratory model pile tests.J Geotech Geoenviron,2015;14 (1):1—12
[6] 肖昭然,刘轶.静力沉桩的室内模型试验装置研发.岩土工程学报,2012;34(9):1695—1698Xiao Zhaoran,Liu Yi.Development of laboratory model test equipments for jacked piles.Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2012;34(9):1695—1698
[7] 周健,邓益兵,叶建忠,等.砂土中静压桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟.岩土工程学报,2009;31(4):501—507Zhou Jian,Deng Yibing,Ye Jianzhong,et al.Experimental and numerical analysis of jacked piles during installation in sand.Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2009;31(4):501—507
[8] 赵明华,候运秋,曹喜仁.倾斜荷载下基桩的受力研究.湖南大学学报,1997;24(2):98—102Zhao Minghua,Hou Yunqiu,Cao Xiren.Study on the behavior of inclined loading piles.Journal of Hunan University,1997;24(2):98—102
[9]刘春波,李晓红,王成.黏土中超长单桩的模型试验研究.地下空间与工程学报,2005;1(7):1118—1121Liu Chunbo,Li Xiaohong,Wang Cheng.Model-test study of superlong single pile in clay.Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2005;1(7):1118—1121
[10] 朱小军,杨敏,杨桦,等.长短桩组合桩基础模型试验及承载性能分析.岩土工程学报,2007;29(4):580—586Zhu Xiaojun,Yang Min,Yang Hua.Study on bearing behaviors and model tests of composite pile foundation with long and short piles.Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2007;29(4):580 —586
[11] 鲁嘉,喻军,陈金祥,等.砂土中成桩工艺对桩基承载性能影响的室内模型试验研究.岩石力学与工程学报,2012;31(5):1055—1063Lu Jia,Yu Jun,Chen Jinxiang,et al.Laboratory model test research on influence of piling techniques on bearing performance of pile foundations in sand.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2012;31(5):1055—1063
【沉桩】推荐阅读：