荷载平衡法

2024-10-09

荷载平衡法（精选3篇）

荷载平衡法篇1

1 工程概况

文章以重庆惠科8.5+代项目的桩基检测为例, 阐述自平衡箱施工及检测工艺。主厂最大桩径为2m。本场地工程地质分布层为人工填土层、第四系残坡积层、泥岩或砂岩。桩基承载力的检测均采用荷载箱自平衡法的工艺。

2 选择荷载箱自平衡法的原因

荷载箱自平衡法具有如下优点:1大吨位试验可靠性高;2测量数据准确;3试验桩处理后可用于工程桩;4操作简单、检测速度快、不影响施工进度、占用施工场地小、工地安全易保障;5荷载箱自重轻。没有“堆载”, 也不需沉重的反力支架。试验费用省, 检测成本易于控制。国内建筑行业热追的自平衡法桩基检测设备荷载箱主要应用于交通、房建、桥梁等桩基工程检测项目中。

3 荷载箱自平衡法施工方法

3.1 工艺原理

荷载箱自平衡法检测原理是将特制的加载装置——荷载箱, 在混凝土浇筑之前和钢筋笼一起埋入桩内相应的位置, 将加载箱的加压管以及所需的其他测试装置从桩体引到地面, 然后灌注成桩。加压泵在地面向荷载箱加压加载, 使桩体内部产生加载力。通过对加载力与参数之间关系的计算和分析, 不仅可以获得桩基承载力, 而且可以获得每层土层的侧阻系数、桩的侧阻、桩端承力等数据, 这种方法可以为设计提供数据依据, 也可用于工程桩承载力的检验。

3.2 安装流程

荷载箱组装→钢筋笼制作、灌注导管的安装→荷载箱固定→位移杆或位移丝和油压管等安装→导管安装→混凝土浇筑→液压站、传感器、基准梁和数据采集分析系统等安装→检测→检测完成后注浆。

3.3 现场施工

(1) 预浇混凝土。1将荷载箱锥体朝上, 倒置于平整地面上, 注意下口需用水泥纸铺住, 以防止灌注时水泥浆直接粘结在地面;2将混凝土料浇筑入锥体内后, 用振动棒充分捣实;混凝土强度不得低于C30标准;3浇注完毕后10小时内, 不得移动荷载箱体;4待一面荷载箱锥体凝固后, 用吊车翻转, 浇筑另一面锥体。

(2) 荷载箱与钢筋笼焊接。1将灌注好的荷载箱用吊车侧吊, 吊起后的荷载箱与钢筋笼进行焊接;焊接方法:钢筋笼的主筋与荷载箱上的方钢或加强筋进行焊接;焊接标准:钢筋笼与荷载箱必须保持垂直, 偏心度控制在5度之内;2将灌注导管的导向结构焊接在钢筋笼上;3在荷载箱上下各1m和荷载箱加载面的位置, 对钢筋笼横向箍筋进行加密处理, 使其间距缩减至10cm。

(3) 现场布管。1位移护管及位移丝:采用钢丝拉索, 根据孔深设计长度, 下笼无需对接, 只在下笼过程中顺着钢筋笼绑扎至地面。上下位移固定点具体位置为:荷载箱加压体上下各20~40cm左右的位置, 呈180度布置, 分别用于测量上位移和下位移。另在灌注完成, 或准备测试前, 在装顶安装两根90度交叉的钢筋, 从中心引出位移丝, 作为桩顶位移监控点;2根据现场情况决定采用加压软管, 预先盘好在荷载箱处, 待下钢筋笼时连续盘开即可;3三条声测管呈120度排列, 均匀布置 (根据桩径不同布置相应根数的声测管) ;4荷载箱周边管线处理:鉴于声测管和钢筋计缆线要通过荷载箱截面, 而荷载箱在加载后打开会产生位移, 故需要对荷载箱周边的管路进行处理。具体为:a.声测管:每条声测管需准备一套内伸缩节, 行程不小于18cm。端面O型圈密封, 要求密封面能承受200bar的油压;b.钢筋计缆线:在荷载箱侧壁放置一个PVC管, 把钢筋计缆线卷曲在管内, PVC管两头密封。

(4) 下放钢筋笼。下笼过程中, 需要对位移管、油管和钢筋计缆线进行绑扎。下放钢筋笼时, 需割开两条焊接的钢筋, 以便于荷载箱打开。

3.4 检测阶段

检测前, 试桩两侧若有条件直接搭建基准梁, 则直接搭建;若无条件, 则打基准桩后搭建基准梁。基准梁长度应不小于试桩桩径的6倍, 可利用现场132A的工字钢搭建, 其检测用设备由检测单位安装。检测阶段, 数据采集系统用电瓶供电, 但同时现场也应保证不间断供电, 试桩周围15m内不得有较大的振动。为尽量减少试桩时外部因素的影响, 须搭设防风蓬架 (保护罩) , 确保测试仪表检测时不受外界环境的影响。随后使用荷载箱自平衡法进行桩基检测。

3.5 试验后注浆

试验后, 利用补浆导管 (也可以利用声测管) 对荷载箱加载后桩体间隙进行补浆处理后, 并保证补浆部分的桩体强度不低于桩体参数。

4 工序质量控制要点

4.1 荷载箱

(1) 荷载箱的所有参数应满足设计要求, 桩身隐蔽前并对声测管、油压管、位移丝、钢筋加强部位等安装质量重点控制。荷载箱的基桩底部应平整, 因为荷载箱底部不平整, 容易引起荷载箱上下桩身段的阻力不平衡而使检测数据失真。

(2) 选择适合的测桩时间和测桩条件一般在桩身混凝土强度不低于设计要求强度的85%, 方可开始作自平衡检测。检测前应先采用超声波法对桩身作完整性检测, 在检测符合要求后, 方可开始作自平衡检测。采用荷载箱自平衡法核心问题是平衡点的位置的确定。平衡点位置确定不当, 向下荷载或向上荷载就会过早达到极限, 检测数据不准确, 甚至严重失实不能成为检测结论

4.2 全程监控自平衡测桩过程

一般采用慢速维持荷载法, 即逐级加载法。每隔1h加一级荷载;加载的分级:可按预估的极限荷载的1/10~1/5进行加载, 第一级可按2倍分级荷载加载;桩顶的沉降观测:在每级荷载施加后维持1h, 按第5min、15min、30min、45min、60min测读桩顶的沉降量, 以后每隔15min测读一次。当测读时间累计1h时, 若最后15min时间间隔的桩顶沉降增量与前阶段的桩顶沉降量相比, 未明显收敛, 应延长维持荷载时间, 直至最后15min的沉降增量小于相邻15min的桩顶沉降增量为止。桩基检测合格后严格控制注浆施工质量。

5 结束语

重庆惠科8.5+代线项目主厂房的单桩竖向承载力特征值为5000k N, 单桩竖向极限承载力标准值为10000k N, 采用荷载箱自平衡法检测结果合格, 充分展现出荷载箱自平衡法的优点。荷载箱自平衡法将会以其独特的优势逐渐取代传统的检测方法。

摘要：随着建筑的体量和高度不断攀升, 受地质情况的影响, 大口径灌注桩基础越来越被普及采用。传统的堆载法静载试验在绝大多数项目的工程桩检测工作中已无法满足性价比和工艺要求。荷载箱自平衡法将被普遍用于大口径灌注桩基础的检测。

关键词：桩基检测:荷载箱:自平衡法:控制:要点

参考文献

[1]建筑桩基技术规范[S].JGJ94-2008.

[2]建筑桩基检测技术规范[S].JGJ106-2003.

[3]建筑地基基础检测技术规范[S].DBJ50/T-136-2012.

荷载平衡法篇2

关键词：井壁荷载,应力分析,临界深度,极限平衡,弱胶结软岩

0 引言

我国是产煤大国,也是煤炭消费的大国,井筒是矿井最重要的工程构筑物,是矿井生产的咽喉要道,因此保障井筒的正常运行对矿业生产的安全进行意义重大。确定井壁荷载是井壁结构设计的前提和基础,通过实践表明传统井壁荷载方法对井壁荷载确定不够准确,尤其是对西部深厚弱胶结软岩地区缺乏合理的设计依据。

主要表现为:

1)传统荷载设计值偏大,井壁荷载随着井筒深度线性增加并且不适用。现场实测数据表明,传统方法计算值明显大于现场实测值。

2)传统计算方法对巨厚软岩不适用性。实际计算过程中大多采用土层相关计算公式,所求荷载过于保守。

3)传统计算方法难以确定与荷载计算相关的工程地质参数。

因此本文基于波兰井壁荷载设计方法,通过煤矿监测数据对其进行修正,得出了适用于中西部地区弱胶结软岩的井壁荷载设计公式。

1 计算公式

现场实测数据表明,作用在井壁上的荷载并不是随深度不断增长的,当超过一定深度后,井壁荷载基本保持不变。因此,本文将井壁荷载分为三部分:零荷载段、荷载增长段、荷载稳定段,相应的有临界深度和极限深度。在临界深度以上荷载较小,可以忽略不计,为荷载零段;在临界深度以下至极限深度为荷载增长段;极限深度以下为荷载稳定段。

1.1 临界深度的确定(Zkr)

对致密岩层:

$Ζ_{k r} = \frac{Κ_{k} \cdot R_{c s}}{Κ_{p} \cdot γ_{s^{'} r}^{(n)}}$ (1)

对松散地层:

$Ζ_{k r} = \frac{2 Κ_{k} \cdot C^{'}^{(n)} \tan (45 ° + \frac{0.9 ϕ^{'}^{(n)}}{2})}{γ_{s^{'} r}^{(n)}} γ_{n}$ (2)

其中,Kk为岩石结构削弱系数,取决于地层厚度h。

$Κ_{k} = {\begin{cases} \begin{matrix} 0.3 & h \leq 2.0 m \\ 0.6 & 2.0 m \leq h \leq 4.0 m \\ 0.8 & 4.0 m \leq h \leq 6.0 m \\ 1.0 & h \geq 6.0 m \end{matrix} \end{cases}$

。

其中,Kp为应力集中系数,Kp=Kp1Kp2Kp3,Kp1为应力集中系数,用于非爆破法施工时取2.0,爆破法施工时取3.0;Kp2为应力集中系数,与计算截面距马头门距离有关。当计算截面距离马头门顶板距离小于3D1时取1.5,其他位置取1.0(D1为马头门等效直径);Kp3为应力集中系数,与掘砌支护时间有关,当在井壁围岩开挖后24 h内完成井壁支护时取1.0,72 h内取0.7,按线性差值取用;R $_{c s}^{(n)}$ 为岩石单轴抗压强度;C′(n)为岩土体有效内粘聚力;ϕ′(n)为岩石有效内摩擦角;γ $_{s^{'} r}^{(n)}$ 为计算截面上覆岩层容重加权平均值;ηγ为当岩土体泊松比γ≤1/3时ηγ取1.0,当γ>1/3时,ηγ=(1-γ)/2γ。

1.2 极限深度的确定(Zgr)

对于松散岩层,无极限深度,即认为井壁荷载处于增长段,无稳定段。

对于致密岩层:

$Ζ_{g r} = Ζ_{k r} + 100 \tan {45 ° + \frac{ϕ^{'} (r)}{2}}$ (3)

ϕ′(r)=γmϕ′(n) (4)

其中,γm为材料相关的安全系数,取0.7～0.9。

1.3 不含水地层井壁荷载计算

零荷载段:

p=0 (5)

荷载增长段:

$p = n \cdot γ_{s^{'} r}^{(n)} (Η - Η_{k r}) \tan^{2} (45 ° - \frac{ϕ^{'}^{(n)}}{2})$ (6)

荷载稳定段:

1)当 $ϕ^{'}^{(n)} \geq a r t a n (\frac{R_{c s}^{(n)}}{10})$ 时,用式(6)计算;

2)当岩石抗拉强度和抗压强度满足 $γ \leq \frac{1}{3}$ 和 $\frac{R_{c s}^{(n)}}{R_{r s}^{(n)}} ＞ [\frac{1 - γ}{γ (1 + γ)}$ 2或 $γ ＞ \frac{1}{3}$ 和 $\frac{R_{c s}^{(n)}}{R_{r s}^{(n)}} ＞ [\frac{2}{1 + γ}$ 2时可按式(7)计算:

$p = n \cdot 100 γ_{s^{'} r}^{(n)} \tan (45 ° - \frac{ϕ^{'}^{(n)}}{2})$ (7)

若计算截面深度Z>800 m,采用式(7)计算出的井壁荷载需放大10%。

其中,R $_{r s}^{(n)}$ 为岩石抗拉强度;n为荷载系数,n=n1·n2·n3;n1为当地层倾角小于30°时,n1=1.0,当地层倾角大于30°时,n1=1.25;n2为当计算截面距离马头门距离小于3D1时,n2=1.5,否则取n2=1.0(D1为马头门截面等效直径);n3为与井筒直径相关的荷载修正系数,可表示为 $n_{3} = \sqrt[3]{D_{2} + 1} / 2 (D_{2}$ 为井筒等效直径)。

1.4 冻结法施工时外层井壁荷载计算

冻结法凿井外壁掘砌期间,有外层井壁单独承受所需的支撑压力和冻结压力,外层井壁荷载可按照式(8)计算:

$p^{'} = p \cdot \frac{r_{z} + d_{m}}{r_{z}} - 0.9 R_{o t}^{(n)} \cdot \frac{d_{m}}{r_{z}}$ (8)

其中,rz为井筒荒径;dm为冻结壁厚度;R $_{o t}^{(n)}$ 为冻土单轴抗压强度。

1.5 含水地层井壁荷载计算

含水地层井壁荷载可看作为由水压产生的荷载与岩土体对井壁荷载之和,即:

p*=pw+p (9)

井壁荷载p可按1.3节公式计算,但需将内摩擦角、内粘聚力替换成等效内摩擦角和等效内粘聚力。同时需要将岩土体重度替换为等效重度。

水压荷载pw可按照式(10)计算:

pw=nwγwhw (10)

其中,nw为水压荷载折减系数,对于冻结法施工外壁承载力计算时取1.0,对完全隔水地层取0.1,对与含水层以上相邻的地层,应视地层隔水情况取0.1～0.2,当隔水效果好时取小值。此外,当地层渗透系数小于井壁的渗透系数时,所取的折减系数不能大于0.2;γw为水重力密度,一般取1×104N/m3;hw为含水层水头高度。

2 实例分析

为了对比分析采用修正后的波兰井壁荷载计算公式的实用性,以胡家河矿区某井筒为例,结合现场实测数据,对该计算公式进行对比验证分析。井筒荒径为9.6 m,设计深度为620 m,穿越地层为:

侏罗系下统富县组(J1f)、中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)、安定组(J2a),白垩系下统宜君组(K1y)、洛河组(K1l)、华池组(K1h)及第四、三系地层(Q+N),主要穿越地层为典型的富含水弱胶结软岩地层。

井筒建造过程中,在160 m,260 m,410 m,570 m地层分别埋设土压力传感器、水压力传感器、钢筋应力传感器和温度传感器。平面布置图如图1,图2所示。

对比分析传统计算公式、改进后的井壁荷载计算方法、现场实测数据如表1所示。

通过对比发现,采用本文公式后,所求井壁荷载与井筒实测数据较为接近。而采用传统井壁荷载设计方法将弱胶结软岩采用巨厚表土层相关公式进行分析,求得的井壁荷载明显偏大。可见,新的公式对弱胶结软岩地层是可行的。

3 结语

基于波兰井壁荷载设计方法,对其公式进行了修正,得出了适用于弱胶结软岩地层的井壁荷载设计方法。以胡家河矿区风井为例,结合现场实测数据验证了该计算公式是可行的。主要得出如下结论:

1)在弱胶结软岩地区,井壁荷载并不是随着深度而无限增长的,存在着一个极限深度,当井筒超过极限深度时基本保持不变。

2)采用传统巨厚表土层荷载计算公式进行弱胶结软岩地层井壁荷载求解,所求荷载明显偏大,是不适用的。

3)通过现场的测试数据分析表明,将作用在井壁上的荷载随深度划分为零荷载段、荷载增长段、荷载稳定段的设计方法,是可行的。

4)导出了求解弱胶结软岩地层的井壁荷载设计公式。通过胡家河矿区风井验证分析该设计公式是安全可靠的。

参考文献

[1]陈希哲.土力学地基基础[M].第3版.北京:清华大学出版社,2000.

[2]蔡子刚.波兰井壁荷载计算新方法[J].建井技术,1990(1):44-46.

[3]陈红蕾.深厚冲积层冻结壁与井壁相互作用研究[D].北京:煤科总院建井研究分院,2009.

[4]刘环宇.厚冲积层立井井筒破坏的发生机理及防治技术研究[D].南京:河海大学,2005.

铰接板法计算桥梁荷载篇3

由于施工的特点,构造设计的不同,钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥可能采用不同类型的横向结构。为使荷载横向分布的计算能更好适用各种类型的结构特性,则需要按不同的横向结构简化模型来计算。目前常采用的几种横向分布计算方法有:杠杆原理法、偏心压力法、横向铰接板法、横向刚接梁法和比拟正交异性板法。对于现浇混凝土纵向企口缝连接的装配式板桥及仅在翼缘板间用焊接钢板或伸出交叉钢筋连接的无中间横隔梁的装配式桥,因为块件间横向具有连接构造,但其连接刚性较薄弱。对于此类问题拟定了横向铰接板现浇理论来计算荷载横向分布系数。

1 计算原理

正文各层次标题一律用阿拉伯数字连续编码,并左顶格书写,序码之后空一个汉字间距接写标题,如下列格式所示。

1.1 基本思想

铰接板法是计算梁桥主梁荷载横向分布的方法之一。它属于梁系法的范畴,把桥跨结构从纵向沿主梁连接处切开,划分为各个主梁单元,而横梁的抗弯刚度则均摊在桥面上,主梁间用混凝土铰缝连在一起的桥面系。各主梁单元间只能传递剪力而不能传递弯矩。翼缘板的连接处切开以后,每个切口处有一个主要赘余力即剪力,从而取得基本结构,由力法求解。

1.2 基本假定

把桥梁跨中的实际车辆荷载用半波正弦荷载undefined代替。为方便研究荷载横向分布,设p0 =1直接采用单位正弦荷载并在跨中取单位长度来分析。各根板梁的挠曲线将是半波正弦曲线,它们所分配到的荷载也具有不同峰值的半波正弦荷载。

1.3 公式推导

对于具有n条板梁组成的桥梁,具有(n-1)条铰缝。荷载p=1作用在第i块板梁上,节点处只有剪力gk,将每一铰缝切开形成基本体系,利用两相邻板块在铰接缝处的竖向相对位移为零的变形协调条件求解。

对于图1的基本体系,可以列出(n-1)个正则方程,可由下式表达。

δk,k·gk+δk,k+1·gk+Δkp=0 k=1 (1)

δk,k-1·gk-1+δk,k·gk+δk,k+1·gk+1+Δkp=0

k=2,…,n-2 (2)

δk,k-1·gk-1+δk,k·gk+Δkp=0 k=n-1 (3)

式中 δk,k-1,δk,k,δk,k+1为柔度系数,即为铰接缝;

k为内力作用单位正弦铰接力,在铰接;

k为处引起的竖向相对位移;