预应力混凝土管桩承载力计算与实验结果的对比分析.pdf

第8 期 2 o o 6 年8 月 广东 土木与 建筑 GUANGD0NG ARC HI I 1EC TU RE C I VI L ENGI NE ERI NG N O ．8 A U G 2 o 0 6 预应力混凝土管桩承载力计算与实验结果的对比分析 李 涛 ( 佛山市佛利建设工程有限公司 广东佛 山 5 2 8 0 0 0 ) 摘要： 通过对某引水泵站工程 ~ 5 0 0预应力高强度混凝土管桩承载力试桩成果的分析， 结合理论计算， 验证了 采用高强混凝 土管桩的可行性 ． 同时对本地 区其 它工程 管桩竖向承载力的确定具有一定的参考价值。 关 键词 ： 预应力混凝 土管桩 ；收锤标 准；锤击数 ；单桩 竖向承载 力特征值 ；高应变法 l 工 程概 况 佛山市禅城区沙 口引水泵站工程是在汾江河上 游引水补水项 目的构筑物 ， 其主要功能是引水 ， 并通 过 2个调蓄池的调蓄 ， 从而改善 汾江河水质 和提高 河水环境质量。本工程共设 3台 1 6 0 0 Z XB 1 0 — 2型斜 式轴流泵， 引水设计流量为2 7 ．9 6 m 3 ／ s ， 总装机容量 1 0 6 5 k W； 工程等别为三等 ， 主 、 次要建筑物等级分别 为 3 级和 4级 ， 地震设 防烈度为Ⅶ度。 本工程地基基础处理主要采用 5 0 0和 4 0 0 预制混凝土管桩 ， 本文根据地质情况对 ~ 5 0 0预制管 桩 ( 壁厚 1 2 5 m m， 强度为 C 8 0 ) 的施工过程进行分析， 通过计算和试验分别验算单桩竖向承载力特征值 ， 从而证明了本工程混凝土管桩的可行性 ， 并 为今后 本地区其它工程混凝土管桩设计与施工提供参考。 2 工 程地 质条 件 佛 山市禅城 区沙 口 引水泵 站工 程位于沙 口 引水闸左岸下游约 2 0 0 m 处， 地貌上属珠江三角洲 冲击平原腹地 ， 地形总体 较开阔平坦 。 站址处为鱼 塘及汾江河河床， 局部为 河堤 根据钻探资料 ， 场地 地 基 主 要 由 人 工 填 土 ( Q ) 、 第 四系三角洲海陆 交互相 冲、 淤泥层( Q ) 、 组成 ， 基地岩石下为第三 系( E) 砂岩 、 泥岩 、 粉砂质泥岩 、 火山岩等组成。根据 钻探资料和静力触探 资料 ， 得 出各岩土层物理力学 推荐值见表 1 。 3 桩基试验 根据设计要求 ， 桩基施工前应先试桩 ， 确定试桩 条件包括设计桩端持力层 、 桩长和收锤标准等 ， 本工 程 5 0 0预制 管桩设计 单桩竖 向承载力特 征值 为 1 9 5 0 k N， 试桩条件对试桩结果有较 大的影 响 ， 进而 影响单桩承载力 ， 故应严格控制。现分述如下 ： 3 ． 1 设计桩端持力层 本工程桩基础 以强风化或 中风化泥质岩作为桩 端持力层， 桩尖进入强风化泥岩 1 m以上。由于地质 条件复杂， 强风化泥岩层顶高程起伏较大， 故不能仅 以此确定桩基承载力 ， 而应考虑桩长等 因素。 表 1 各岩土力学参数推荐值 ( 按 D B J 1 5 — 3 1 - 2 0 0 3 ) 1 3 维普资讯 2 O o 6 年8 月 第8 期 李涛： 预应力 混凝 土管桩承 载力计 算与实 验结果 的对比 分析 A U G 2 0 0 6 N o ．8 3 ． 2 桩 长 设计桩长是根据地质资料估计的长度 ． 计算承载 力时可以作为依据 ．但施工中实际桩长并不完全与 设计桩长相符 ．实际桩长受地质情况 的影响和收锤 条件的控制 ． 本工程 2根试桩的设计桩长均约 1 4 m。 3 - 3 收锤标准 本项指标是确定实际桩长和桩基承载力的可靠 指标 ． 包括最后 3阵 ( 每阵 1 O击 ) 贯人度 、 最后 3 m 锤击数、 最后 l m锤击数、 总锤击数等 。 通过基桩高应变试验 ． 本工程设计 2根试桩 的 收锤标准均为 ： 以 D 5 0柴油锤最后 三阵平均每阵 l O 锤， 桩身贯人度< 4 0 mm控制． 实际施工情况见表 2 。 表 2 实际施工最后 3阵贯入度、 入土桩长及 总锤击数 4 单桩竖向承载力特征值计算 根据广东省标准 D B J 1 5 — 3 1 — 2 0 0 3 《 建筑地基基 础设计规范》 ， 根据地基土的物理力学指标与承载力 参数等估算单桩竖向承载力特征值的公式为 ： R = ∑g 幽 + g A ( 1 ) 式中 ： R 为单桩竖向承载力 特征值 ； q 幽为第 土层 桩侧 摩阻力特征值 ； q 为桩端 持力层端阻力 特征 值 ； U为桩身截 面周长 ； 为第 i 土层的厚度 ； A 为 桩身截面面积。 表 3 单桩承载力计算表 根据地质报告中各岩土的力学参数 ， 利用式( 1 ) 计算得出单桩竖 向承载力特征 值 ， 见表 3 ， 可见 2 1 和 3 7 桩单 桩竖 向承载 力特 征 值分 别 为 2 0 2 1 k N和 2 0 0 5 k N．大 于设计 值 1 9 5 0 k N。 满足设计要求。 1 4 5 试验方法及试验结果 5 ． 1 基桩高应变法试验 该法属桩基检验中的动测法 ． 是检测桩基 承载 力及桩身质量的一项新技术 ． 可作为静载试验 的补 充， 具有仪器轻便灵活、 检验快速、 不破坏桩基 ， 检验 结果较准确 、 费用低等优点。 基桩高应变试验 由省工程勘察院新方法技术应 用研究所完成 ， 即用重锤冲击桩顶 ， 使桩与土产生足 够 的相对位移 ． 以充分激发桩周土阻力和桩端支撑 力 ， 通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传 感器接受桩的应力波信号 ． 应用理论分析处理 力和 速度时程曲线 ， 从而判定桩的承载力和桩身质量 。 5 ． 2 基桩高应变法试验结果 本工程根据高应变法测得的单桩竖向极限承载 力见表 4 ， 结果表明桩身完整 ， 根据 G B 5 0 0 0 7 — 2 0 0 2 《 建筑地基基础设计规范》 ， 将单桩竖向极限承载力 除以安全系数 2 ． 即为单桩竖 向承载力特征值 ． 经计 算试验测得 的 2 1 和 3 7 桩单桩竖 向承载力特征值 分别为 2 0 8 2 k N和 2 3 5 2 ． 5 k N。 均大于 1 9 5 0 k N． 故本工 程管桩的单桩竖向承载力特征值能满足设计要求 。 6结语 由于本工程设计要求桩尖进入强风化或中风化 泥质岩层 ， 地质条件复杂引起桩长相差较大 ， 故施工 过程中必须严格控制桩的收锤标准。同时在一般情 况下当桩较短时， 由于桩侧阻力较小 ， 主要靠桩端承 受力 ， 故应严格控制贯人度 。 反之若桩较长 ， 桩侧阻 力较大 。 则桩不易打人 ， 且桩侧 阻力较大情况下 。 才 可适 当放松贯人度的控制 ， 但应满足总锤击数尤其 是最后 l m锤击数的要求 。 ( 下转第 9页 ) 表 4 试验参数及 动测结果 试验参数 实测参数 曲线拟合法分析 桩 承载力 测点处测点处测点处 摩阻 拟 -h 三 特 征 值 最 大 最 大 最 大 承 载 ， 力 最 美 茬 移 冲 击 力 速 度 动 位 移 (k N ) (k N )(k N ) 。 。 。 、 ( k N) ( k N)( m／ s ~ ( m m ) L m m J 2 1 1 9 5 0 4 0 1 3 2 ． 5 5 7 ． 9 2 4 1 6 4 2 0 0 6 2 1 5 8 3 0 ． 1 8 完整 3 7 1 9 5 0 4 8 6 4 3 ． 0 9 1 0 ．5 6 4 7 0 5 2 4 5 1 2 2 5 4 1 9 ． 2 4 完整 维普资讯 2 伽 6 年8 月 第8 期 蔡铭 等： 幕 墙索网 结构荷 载分配系 数 和钢索位 移及张力 的计算 A U G 2 0 0 6 N o ． 8 4 幕墙工程计算实例及应用 北京凯晨广场C W一 5 3 B索网结构， 钢索为 ~ 3 0 ， 长度分别为 ／ v = 2 5 ．5 m， ／ z = 2 1 ． 8 8 6 m， E H ； E v = 1 ．3 x l O MP a ， 截面积 A H = A = 5 2 3 mm ， 钢索破断力 T B = 6 6 0 k N。 正交 索 网网点数 1 7 x l 1 ， 横 向索 i = 1 ， 2 ， ⋯， 1 7 ； 竖 向索 = 1 ， 2 ， ⋯ ， 1 1 。由风荷载及地震 作用的组合荷载经过 计算作用在网点标准值 P o = 3 2 8 4 ． 5 N， 用于挠度计算 ； 设计值 -- 4 5 6 2 ． 3 N，用 于强度计 算 。试用 N F A C S MO D E I计算网点未锁定时索网最大挠度和张力。 计算过程如下 ： ① 输入索网杨氏模量 、 ， 截面积A A ， 长 度 、 Z ； ② 建立索网网点无量纲坐标 ( 1 ， 2 ， ⋯ ，1 7 ／ = 1 ， 2 ， ⋯， 1 1 ) ； ③ N F A C S软件自动生成文件计算出荷载分配 系数 K o ： ④ 输入网点的标准值 = 3 2 8 4 ．5 N ，设计值 t o = 4 5 6 2 ． 3 N( i = 1 ， 2 ， ⋯ ， 1 7 = 1 ， 2 ， ⋯ ， 1 1 ) 。 N F A C S软件分别计算 出标准值和设计值 的竖 向及横 向钢索载荷列阵 ： { } ， { } ( i = 1 ， 2 ，⋯ ， 1 7 ； j = l ， 2 ， ⋯， 1 1 ) 。 N F AC S软件源程序快速计算． 输出网点变形后挠 度矩阵[ ] ( i = 1 ， 2 ， ⋯， 1 7 7 = 1 ， 2 ， ⋯， 1 1 ) ， 网点变形 后各段钢索张力 [ ] ( i = 1 ， 2 ， ⋯， 1 7 = 1 ， 2 ， ⋯， 1 1 ) 。 计算结果如下： ①中心点附近区域索网最大挠 图 5挠度计算 网索变形 图 度 一= 0 ． 5 8 m； ②中心点附近钢索段的索网最大张力 T ． ~ = 2 0 8 ．9 4 k N ； ③输出索网变形后曲面图形如图5 。 本文研究幕墙索 网结构的有限分析计算模型 ， 计算方法有所创新。在此基 础上开发 N F A C S幕墙 索 网结构计算专用 软件 ， 能快速进行索网结 构的内 力和变形分析 ．作 为强度校核及刚度计算 的依据 。 该软件已在北京凯晨广场幕墙 工程索网结构 、 陕西 信息大厦幕墙工程 、 成都南部副 中心科技创业大厦 幕墙工程、 北京 中石化科研 办公大楼幕墙工程等多 项索网结构工程 中得 到应用 ． 具有重要 的实用价值 。 参考文献 [ 1 ]王元清 ， 孙芬 ， 石永久 ， 罗忆．水平荷载作用下 点支式玻璃 建筑单层索 网体系的变形性能分析[ J ] ． 建筑科学 ， 2 0 0 6 ( 2 ) [ 2 ]冯国敏， 毛伙南 ， 郭金基 ， 张开成 ， 幕墙钢索强力和位移有 限分析计算及实验的研究[ J ] ． 广东土木与建筑， 2 0 0 5 ( 1 0 ) [ 3 ]蔡铭 ， 姜清海 ， 郭金基．幕墙 自平衡体 系结构有 限分析计 算软件的研究 [ J ] ．中山大学学报( 自然科学版) ， 2 0 0 4 ( 5 ) ( 上接第 1 4页) 根据高应变试验结果及理论公式 计算结果分 析．我们发现在类似工程地质条件 以及同样 的打桩 方法和收锤标准条件下 ， C 8 0高强 5 0 0 — 1 2 5预制 管桩单桩竖 向极 限承载力可达 4 1 6 0 k N， 考虑 2倍 的 安全系数 ． 单桩竖向承载力特征值取 2 0 8 0 k N． 考虑 到工程实际情况及本地区的普遍应用情况 ， 本设计 中取单桩竖 向承载力特征值为 1 9 5 0 k N， 其实根据 以 往静载试验资料． ~ 5 o o 管桩单桩竖向承载力特征值 可达 2 7 ook N． 但实际工程中由于施工情况复杂等多 种因素 的影响 ． 一般在设计 中仅取 2 0 ook N， 本工程 取 1 9 5 0 k N． 小于试验结果 ． 符合设计要求。 本工程结 合实验结果和理论计算结果 的对 比分析， 对本地 区 其它工程确定单桩竖 向承载力特征值具有一定的参 考价值 。 参考文献 [ 1 ]林 晓宇．预应力高 强混凝 土管桩 的应用 [ J ] ．国外建 材 科技 ， 2 0 o 5 ( 5 ) [ 2 ]许禄．预应力高强混凝 土管桩基础应用相关技术 问题 [ J ] ． 基建优化 ， 2 0 0 5 ( 4 ) [ 3 ]刘天波．预应力管桩基础设计 [ J ] ． 国外建材科技 ， 2 o o 6 ( 1 ) [ 4 ]徐 醒华 ， 徐情 根 ， 梁朝 晖等．P HC管桩 承载力 分析 与设 计应用 [ J ] ．广东土木与建筑 ， 2 0 0 5 ( 1 1 ) [ 5 ]D B J 1 5 — 3 1 — 2 O O 3 ( 广东省标准 ) 建筑地基基础设计规 范[ S ] 9 维普资讯