超长大直径钻孔桩基础现场测试.pdf
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1、第49 卷第9 期2023年9 月摘要:对大直径超长桩基的抗压性能进行研究,制作了3个5 2、7 3、8 3 m长桩,直径分别为15 0 0、15 0 0、18 0 0 mm。考虑到需要大载荷,介绍了一种改进的压缩静载荷试验,并分析了载荷传递机理、桩侧摩阻的发展和分布。研究发现,在每次施加荷载的过程中,传递的荷载沿着桩体减小,但梯度不同。对于大多数层,当增加载荷时,摩擦阻力首先在上层产生,而来自下层的桩侧摩阻并不总是完全产生。此外,还发现了“相互补偿”现象,即当一个土层发生应变软化时,另一个土层同时发生应变硬化。考虑到这些桩周围的土层差异,建议在5 2、7 3、8 3 m桩应采用竖井灌浆桩。对
2、于这种桩端阻力很小的长桩设计,增加桩长是不合适的,因此,建议增加桩径以提高极限承载力。关键词:超长大直径;钻杆;桩基;现场测试中图分类号:U443.15文献标志码:B文章编号:16 7 2-40 11(2 0 2 3)0 9-0 0 8 7-0 3D0I:10.3969/j.issn.1672 4011.2023.09.0340引言钻孔桩是一种细长的构件,将荷载从上部结构转移到土层中。现在,由于需要大承载力的桩基,高层建筑和桥梁工程在考虑增加超长和大直径的桩基数量。通常在我国,长于50m、直径大于0.8 m的桩被认定为超长大直径桩基1。其中长径比为10 0 以上的桩,虽然长度可能小于5 0 m
3、,但在实践中也可以被视为超长桩 2 。现场测试是最准确的方法,可以提供有价值的信息,如桩的容量和载荷转移机制 3 。然而,最好是在长度小于40m的桩上进行这些试验。对于超长的桩,容量需要达到10000kN,这意味着需要超过10 0 0 t的反作用系统。因此,当使用配重平台时,平台是不安全的,容易倒塌。此外,当使用反作用力梁时,由于弯曲运动太大,梁很容易破坏。在这样的条件下,其他测试方法是首选,如动态负载测试。然而,这些测试有一些限制。一些类型的管桩或H型钢桩不接触岩石,在动态和静态负载条件下可能表现不同 4。基于此,本文以超长大直径桩为例,介绍了一种改进的静载试验方法。在本研究中,对3 个不同
4、长度和直径的钻孔灌注桩基础在一个建设项目中进行了测试。分析了其行为与载荷传递机制以及桩侧摩阻的发展和分布变化。1试验方案1.1测试桩流程本项目测试了3 根钻孔灌注桩,标号分别为P12、P 6 6 和P105。通过测试桩附近的钻孔记录确定土层,根据每层的标高,在每层安装应变仪,以确定桩侧摩阻。P12和P66的直径相同为15 0 0 mm,P105的直径为18 0 0 mm。桩长不同,最短的桩为5 2 m,中等长度的桩为7 3 m,最长的桩为8 3 m,所有的桩基都由混凝土制成,混凝土强度为3 0 MPa。P 12、P 6 6 和P105收稿日期:2 0 2 3-0 4-10作者简介:余能师(19
5、 9 3 一),男,江西萍乡人,本科,工程师,主要从事工程技术管理工作。5川建材SichuanBuildingMaterials超长大直径钻孔桩基础现场测试余能师,郭月召,徐玉年(中建二局第三建筑工程有限公司,北京的设计承载力分别为2 8 0 0 0、40 0 0 0、6 40 0 0 kN,反力架承载力设计为设计承载力的1.2 倍,分别为3 3 6 0 0、48 0 0 0、7 6 8 0 0kN。具体参数如表1所示。表1测试过程装载卸载第一次加增量/编号阶段P1214P6610P10516在每根桩中,来自上部的配筋率是下部的2 倍。辅助钢筋和主纵向钢筋的直径为2 8 mm,箍筋的直径为2
6、5 mm(上部间距为10 0 mm,其他部分为15 0 mm)。虽然这3 个测试桩的总配筋率不同,但在本研究中忽略了配筋效应。这是因为本文研究的是抗压荷载下的能力,所有这些施加的荷载都是由混凝土材料抵抗的,而钢筋的抗压贡献非常小 5 。1.2地质条件该桥梁工程在我国河南省建造,根据公路工程地质规范(JTG/TC21012005)和土工试验方法标准(GB/T501231999)进行了地下勘探 6 。根据钻孔记录数据确定了这3 个测试桩附近的土层。研究发现,主要地层为致密的砂和粉砂质砂。此外,还发现土层的厚度各不相同,并且土层在很高的区域是松散的。3 根桩均嵌人持力层中,深度为1m。P 12、P
7、6 6 和P105的持力层分别为致密砂、致密砂砾。此外,为了确定桩侧摩阻,在每个土层中对称安装了4个应变仪。1.3试验过程本文选择持续抗压载荷试验来进行,由表1可知,P12、P66和P105分别有14、10 和16 个加载阶段,首次加载为4000kN。卸载阶段的数量是加载阶段的一半,递减载荷是递增载荷的2 倍。在每个加载阶段,垂直沉降的记录时间间隔为5、10、15、3 0、45、6 0 min。对于卸载阶段,时间间隔为3 0min。在加载阶段的这些记录值中,如果差异沉降值小于0.1mm,可确认为稳定状态。如果0.1mm的差异值出现了两次,就可以被视为稳定,可以施加下一个负载。2测试结果和讨论2
8、.1沉降一时间曲线图1为测试桩的沉降时间曲线。从图1中可以看出,没有任何一个点显示出剧烈的转折趋势,在每次施加荷载期间,所有的沉降值都很接近,这表明这些桩基在每次施加荷载期间是稳定的。如图1(a)所示,在施加2 8 0 0 0 kN的最大荷载后,P12的最大垂直桩头沉降被确定为8 7.42 mm。与P66相比,如图1(b)所示,当施加2 8 0 0 0 kN的荷载时,P66的稳定沉降为2 2.9 2 mm,而当施加40 0 0 0 kN的最大荷载时,桩沉降很小(5 5.49 mm),这说明P66的能力大于P12。同时,这一现象说明,增加桩的长度,特别是在到达较硬的承压层时,可以有效地提高单桩的
9、极限承载力。87Vol.49,No.9September,2023京10 0 0 7 0)减量/阶段载/kN74 00054.00084.000kN2.0004.0004.000kN400080008000Vol.49,No.9September,2023时间/min15010号20304050S607018090个1004000kN14.000kN-022000kN6000KN+16000KN24000KN8.000KN.-18000KN20000KN-10000kN20000KN-28000KN12000KN(a)P122.2荷载传递沿着桩身长度传递到桩身截面的载荷参考规范来确定。测试桩的
10、载荷转移机制如图2 所示。可以看出,在每次施加荷载时,转移的荷载沿桩长减少,但梯度不同。这是因为桩轴面积和土层的不同。如图2(a)所示,P12从0 15 m的轴向力传递变化比其他部分要小。这是因为从0 15 m的土层大多是淤泥质黏土,土质状况为“非常软”。另外,可以发现在15 m以下,各层的梯度是相似的,这是因为现有的土层和条件相似。如图2(b)所示,P66从0 12 m的梯度比其他部分大,这是因为存在松散的沙子和软黏土。且从0 10 m的梯度很大,这说明轴向力的变化很小,这是因为在这个范围内存在着松散到中等密度的沙子。另外,从3 0 3 8 m的梯度最小,这是因为在这个范围内存在坚硬的土层,
11、该土层提供了更多的桩侧摩阻。荷载/kN0100002.00030000959010852030405060+4000kN-14000kN-22000kN6000KN-16000KN-24000KN-8:000KN.-18000N26000kN-10000kN-20000KN-28000kN-12000KN(a)P12图2 荷载传递机理对于P12和P66,其承载力包括端部承载,分别如图2(a)(b)所示。此外,可以发现,P12的端部支承百分比(9 5 2 3/2 8 0 0 0=3 4%)大于P66(8 117/40 0 0 0=2 0.2%),这表明桩长的增加可以促进桩侧摩阻的增加,从而减少传
12、递到支承层的荷载。然而,对于P66来说,其端部的承载力非常小。这表明P66是一个抗轴的桩。在这种情况下,想通过基底灌浆来提高P66的极限承载力是毫无意义的。同时P66周围的土层大多是沙质材料,因此,轴灌浆技术是提高极限承载力的首选。此外,由于没有荷载转移到桩端,增加桩长也不会增加桩的承载力,而且桩尖附近的桩侧摩阻也不会得到充分发展。2.3桩侧摩阻的发展和分布图3 为测试桩与各土层相关的载荷桩侧摩阻曲线。如图3 a)所示,对于P12大多数土层,当增加载荷时,桩侧摩阻从零发展到最大值,然后保持不变。此外,来自上层的桩侧摩阻首先发展(在施加8 0 0 0 kN的载荷之前,来自第7 层和第8层的桩侧摩
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