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        大噸位鋼筋混凝土灌注摩擦樁工程樁靜載試驗(yàn)分析

        2019-07-03 02:18:30
        智能城市 2019年10期
        關(guān)鍵詞:摩擦阻力噸位粉質(zhì)

        劉 彤

        (廣州市建筑科學(xué)研究院有限公司,廣東 廣州 510440)

        在工程實(shí)際中將噸位>1 000 t的單樁靜載試驗(yàn)稱為大噸位靜載試驗(yàn)。摩擦樁在土層較厚的地區(qū)較為常見(jiàn)。需要對(duì)加載過(guò)程中樁身內(nèi)力及摩擦力進(jìn)行研究。確定樁在加載過(guò)程中應(yīng)力變化,及摩擦力在土中擴(kuò)散情況,同時(shí)對(duì)樁身變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),說(shuō)明樁身位移隨時(shí)間變化規(guī)律,為大噸位摩擦樁設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

        1 工程地質(zhì)概況

        工程位于廣東省中山市古鎮(zhèn)某工程,建筑基礎(chǔ)選用混凝土灌注樁,樁身直徑為1 000 mm,樁長(zhǎng)21.2 m,場(chǎng)地位于河流沖擊平原,主要地層:

        (1) 素填土:灰褐色,可塑狀態(tài),粉質(zhì)黏土為主,夾雜建筑垃圾,厚度小于1 m;

        (2) 粉質(zhì)黏土:黃褐色~灰褐色,可塑狀態(tài),偶見(jiàn)貝殼、鐵錳結(jié)核13~18 m;

        (3) 粉砂:黃色~黃褐色,中密狀態(tài),飽和,可見(jiàn)粉質(zhì)黏土夾層。

        場(chǎng)地內(nèi)地下水屬于地下潛水類型,受大氣降水及西河河流補(bǔ)給,潛水埋深10.3~12.1 m。

        2 荷載傳遞及靜摩擦力擴(kuò)散機(jī)理

        樁頂受荷載P作用,樁身受到靜摩擦反力Pf,當(dāng)樁身摩擦力完全發(fā)揮效應(yīng)時(shí),樁底受到樁端阻力Pb作用,如圖1所示。

        圖1 荷載分布圖

        整條樁處于平衡狀態(tài)即:

        文章試驗(yàn)樁為混凝土旋挖樁,初始狀態(tài)樁端阻力Pb=0,隨著樁頂荷載P不斷增大,引起樁身應(yīng)變,產(chǎn)生樁與周圍土層的相對(duì)位移,側(cè)摩阻力Pf從樁頂至樁底逐漸增大,當(dāng)荷載傳遞至樁底時(shí),樁端阻力Pb逐漸增大,直至破壞[1]。樁身應(yīng)力變化示意圖如2圖所示。

        圖2 樁身應(yīng)力隨樁頂荷載變化示意圖

        3 單樁豎向承載力靜載荷試驗(yàn)

        3.1 試驗(yàn)樁安裝

        試驗(yàn)前在距樁頂5、10、15 m處的鋼筋籠安裝振弦式應(yīng)力計(jì),在樁底安裝土壓力盒,在加裝應(yīng)力計(jì)的過(guò)程中需要對(duì)鋼筋進(jìn)行切割,現(xiàn)場(chǎng)施工照片如圖3所示。

        3.2 施加荷載

        參考廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)范》 (DBJ 15-60—2008) ,最大荷載為設(shè)計(jì)值的二倍,共計(jì)19 000 kN[2]。

        通過(guò)上部堆在石塊提供反力,根據(jù)規(guī)范要求,上部石塊重量應(yīng)大于最大試驗(yàn)荷載的20%以上,并且堆載完成后開(kāi)始試驗(yàn)。單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)加載裝置如圖4所示。

        圖4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)照片

        裝置采用電動(dòng)高壓油泵給為油壓千斤頂提供荷載,由RS-JYC型樁基靜載測(cè)試分析系統(tǒng)的壓力傳感器測(cè)定油壓。千斤頂?shù)淖饔昧χ行木€通過(guò)試樁中心。

        3.3 試驗(yàn)方法與變形觀察

        共分十級(jí)進(jìn)行加載,第1、2級(jí)分別加載設(shè)計(jì)荷載的1/5,此后每級(jí)加載設(shè)計(jì)荷載的1/5試10,加載時(shí)每級(jí)荷載維持時(shí)間不少于1 h。

        在加荷后每隔5、10、15 min自動(dòng)記錄樁頂變形量測(cè)讀樁頂變形量。當(dāng)測(cè)讀1 h后,最后15 min沉降量小于相鄰15 min沉降量時(shí),進(jìn)行下一級(jí)加載。

        加載至10級(jí)后進(jìn)行卸載,每級(jí)卸載設(shè)計(jì)值的1/5,分別在第5、15 min記錄樁頂沉降量。卸載至0級(jí)時(shí),分別在5、15、30 min記錄樁頂沉降量,此后每30 min記錄1次,0級(jí)荷載總共維持120 min。

        根據(jù)規(guī)范,在樁頂安裝4個(gè)RS-JYC型兩層為50 mm,精度為0.01 mm的位移傳感器,并通過(guò)RS-JYC型測(cè)樁儀記錄分析數(shù)據(jù)。

        逐級(jí)加載,加載至第八級(jí)時(shí),各級(jí)樁頂位移均能達(dá)到穩(wěn)定,并且最大沉降量為33.69 mm,未超過(guò)40 mm,可以達(dá)到穩(wěn)定,當(dāng)加載至第九級(jí),即17 100 kN時(shí),樁頂沉降量增大,增大至62.48 mm,依據(jù)規(guī)范已經(jīng)達(dá)到破壞。樁身變形為各級(jí)均為超過(guò)上一級(jí)沉降量的5倍,為緩變形破壞,最終承載判定為15 200 kN,如圖5所示。

        圖5 p-s曲線圖

        在加載過(guò)程中樁身各處應(yīng)力變化振弦應(yīng)力計(jì)反應(yīng),在加載各級(jí)中變化如圖6所示,從圖中樁身應(yīng)力從上至下逐漸發(fā)揮作用,圖中紅線表示不同荷載傳遞至樁時(shí)的深度。當(dāng)樁頂荷載達(dá)到11 400 kN時(shí),樁身側(cè)摩擦阻力完全發(fā)揮作用,樁端阻力不斷增大,當(dāng)樁頂阻力繼續(xù)增大時(shí),即達(dá)到。15 200 kN時(shí),樁破發(fā)生壞[3-4]。

        圖6 不同荷載作用下樁身應(yīng)力分布圖

        3.4 樁身側(cè)摩擦阻力分析

        由于樁身并沒(méi)有破壞,將樁視為完全彈性體,樁身彈性變形公式:

        結(jié)合樁身平衡公式 (1) ,解得:

        樁底壓力由兩部分組成:樁底側(cè)摩阻力與樁端阻力,土壓力直接反應(yīng)樁端阻力。當(dāng)x=0時(shí),樁底側(cè)摩擦力結(jié)合公式 (2) 、 (4) 為:

        經(jīng)計(jì)算可以得到樁在不同荷載作用下樁身側(cè)摩擦阻力,如圖7所示。

        圖7 不同荷載作用下樁身側(cè)摩擦阻力

        通過(guò)計(jì)算可以看出隨著荷載不斷增大,樁身摩擦阻力不斷增大,樁身摩擦阻力自樁頂而下逐漸發(fā)揮作用,當(dāng)樁身摩阻力達(dá)到3 000 kN左右時(shí)不再增大,并且隨著深度的增加,側(cè)摩擦阻力也隨著增加,由于土壓力增大,最大側(cè)摩阻力也隨之增大。持力層對(duì)側(cè)摩阻力有明顯影響,該試樁在砂層中側(cè)摩阻力有明顯增大。

        4 結(jié)語(yǔ)

        (1) 隨著樁頂荷載的增大,樁身軸力逐漸增大,但軸力始終小于所加荷載,該試樁當(dāng)達(dá)到15 200 kN時(shí),樁身發(fā)生破壞。破壞時(shí)樁身并未發(fā)生破壞,位移沒(méi)有陡降,整體呈換邊性破壞,說(shuō)明側(cè)摩阻力逐漸發(fā)揮最大能力,打穿樁底持力層發(fā)生破壞。

        (2) 隨著樁頂荷載增加,樁身側(cè)摩阻力不斷增大,并且自樁頂而下逐漸發(fā)揮作用。持力層對(duì)樁身側(cè)摩擦阻力影響較大,在粉質(zhì)黏土最大可達(dá)2 972.34 kN,在砂土中最大可達(dá)3 116.32 kN,在砂土中側(cè)莫阻力明顯增大。

        (3) 樁身摩擦阻力可以看成裝承擔(dān)荷載的儲(chǔ)備能力,大荷載作用下種能力主要由樁身長(zhǎng)度、樁徑及持力層決定,樁身在加載過(guò)程中不會(huì)破壞,符合彈性形變規(guī)律。

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