双桥静力触探试验成果在估算预应力混凝土管桩单桩承载力的工程应用.pdf

理论研究 双桥静力触探试验成果在估算预应力混凝土管桩单桩承载力 的工程应用2 0 1 0年第 4期 双桥静 触探试验成果在估算预应力 混凝土管桩单桩承载力的工程应用 龚雨明 ( 南通市水利勘测设计研 究院有 限公 司，江苏南通2 2 6 0 0 6 ) 【 摘 要】 本文通过南通市几个工程实例，分别运用经验参数法与双桥静探原位测试法估算其预应力混凝土管 桩单桩竖向极限承载力，并将其结果与静载荷试验作了对 比及误差原因分析，在桩基规范的基础上 提出 了针对本地区的较为适用的修正，并建立南通的地方经验公式，以供参考。 【 关键词】 双桥静力触探试验 ；预应力混凝土管桩；单桩竖向极限承载力估算 ； 地方经验公式 【 D O I 编码】 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 1 3 0 5 2 0 1 0 0 4 0 1 2 【 中图分类号】T U 4 7 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 8 1 3 0 5( 2 0 1 0 )04 0 0 3 5 0 5 1 前言 随着中国经济的飞速发展，国内城市化进程 日新 月异，众多高层、超高层建筑犹如雨后春笋般的涌 现。桩基础作为高层和超高层建筑的主要基础型式， 有着承载力高、差异沉降小、施工方便等诸多优点， 特别是近年来较为流行的预应力混凝土管桩， 其卓越 性能得到了建筑业界的青睐，在国内外发展迅速 ，已 广泛应用于工业与民用建筑、港口桥梁、水利等诸多 行业。但不可否认 ，预应力混凝土管桩工程应用中也 发生了不少问题 ，有桩基本身的质量问题，也有单桩 承载力估算的问题。新的桩基规范虽提供了敞 口预应 力混凝土空心桩的计算公式 ，但这是建立在基于全国 的经验上，是大范围的，与本地实际还是有一点区别 的。正因为如此 ，如何做好对桩基竖向极限承载力的 估算及建立地方经验公式有着重要的实用意义。 2 双桥静力触探与预应力混凝土管桩简介 2 1 双桥静力触探 静力触探的基本原理就是用准静力 ( 相对动力触 探而言，没有或很少冲击荷载)将一个内部装有传感 器的触探头以匀速压人土中，由于地层中各种土质的 软硬程度不同，探头所受的阻力也不一样，传感器将 这种大小不同的贯人阻力通过电信号输入到记录仪表 中记录下来 ，再通过贯入阻力 ( 锥尖阻力和侧壁摩阻 力)与土的工程 眭质特征之间的定性关系和统计相关 关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择 桩端持力层和预估单桩承载力等工程勘察目 的。 静力触探是应用最广的一种原位测试技术 ，这 与它明显的优点有关：兼有勘探与测试双重作 用 测试数据精度高，再现性好，且测试快速、 连续、效率高、功能多；采用电子技术， 便于实 现测试过程 自动化。静力触探可直接在现场连续 、 快速、精确测得各土层的贯入指标，掌握各土层的 原始状态下有关物理力学的性质。在因地基竖向变 化较复杂 ，用一般常规勘探手段不可能大密度取土 或测试来查 明土质变化的情况下 ，以及在从饱和砂 土 、砂质粉土以及高灵敏度的软黏土层中钻探取样 难 以达到技术要求或是 无法取样 的情况下 ( 江苏 南通地区第 四纪地层正是 以松散 中密的砂土 、粉 土地层 间夹流塑 可塑黏性土地层为主) ，而静力 作者 简 介 ：龚 雨 明 ( 1 9 7 1年一)，男 ，江 苏 海 门人 ，工 程师。 3 5 理论研究 双桥静力触探试验成果在估算预应力混凝土管桩单桩承载力的工程应用 2 0 1 0年第4期 触探能连续压入测试来解决上述问题，特别是双桥 静力触探 ，通过本地 区已有 的大量与钻探的对比资 料 ，其技术应用主要有 以下几方面 ：划分土层 ； 确定土层名称；求取各土层工程性质指标； 确定地基承载力； 确定桩基参数。由于双桥静 力触探机理与静压沉桩相似，所以运用双桥静探的 锥尖阻力与侧摩阻力数据确定桩端持力层及桩基参 数有着明显的优越性，在桩基勘察中应优先采用。 2 2 预应力混凝土管桩 预应力混凝土管桩是一种较新型的桩基 ，其应 用范围也较广 ，与传统 的钢筋混凝土预制桩型相 比，预应力混凝土管桩具有以下特点： 桩身强度 高，质量容易控制，单桩承载力强；桩体具有良 好的抗弯抗剪抗裂性能；具有良好的穿越土层的 能力；成桩质量可靠；施工方便快捷，施工周 期短 ；施工噪音小 ，场地 比较文明 ；基桩沉降 量小；单位承载力造价比普通桩低； 管桩基础 具有 良好的抗震性能。 3 静压预应力混凝土管桩受力机理 静压预应力混凝土管桩的受力机理是通过桩底 竖向压缩及桩侧侧 向挤压摩擦获得较高的承载力。 具体地说，就是在沉桩过程中，和桩体积相等的桩 边土向外挤出，从而形成 了一定厚度的重塑区或剪 应力区，产生超孔隙水压力，桩就位后， 超孑 L 隙水 压力开始消散，桩侧土开始重固结，其有效应力得 以增长，随着时间的推移，桩的承载力都会随时问 的增长而增大 ，尤其是黏性土地基的时效性 明显。 4 预应力混凝土管桩单桩竖 向承载力的估 算方法 根据现行的行业标准J G J 9 4 -2 0 0 8 建筑桩基 技术规范 ，敞口式预应力混凝土管桩单桩竖向承 载力的估算主要按公式 ( 5 3 81 )计算，这种 方法本质是经验参数法 ，即根据土的物理指标与承 载力之间的经验关系确定单桩竖向承载力 。而单桩 竖向极限承载力估算方法原则上以原位测试试验为 最可靠，在原位测试试验中最为可靠的当数静载荷 试验，但由于工程规模、重要性、工期等因素，在 桩基勘察时即进行桩基的静载荷试验在大多数情况 下不大切合实际，相 比其他原位测试方法 ，双桥静 探无论从采样精度、空间试验密度、 自动化数据处 理等方面都表现较大的优越性，而且其受力机理与 沉桩相似，能分别测得锥尖阻力和侧壁摩阻力 ，因 3 6 此 J G J 9 4 -2 0 0 8 建筑桩基技术规范根据全国 各地的工程试桩资料， 进行了数学模型计算并得出 了公式 ( 5 3 4)进 行估算单桩竖 向极 限承载力 。 笔者认为 ，若能将此估算结果与大量的静载荷试验 进行分析对比，加以适当的修正，建立起各地的地 方经验公式 ，对完善 J G J 9 4 -2 0 0 8 建筑桩基技术 规范及地方经济的建设有着重要的实用意义。 4 1 经验参数法 当采用经验参数法确定敞口预应力混凝土空心 管桩单桩竖向极限承载力标准值时 ，可按 J G J 9 4 2 0 0 8 建筑桩基技术规范中的公式 ( 5 3 8 1 ) 计算 ，即： Q =u Zq Z +g ( A f +A P A p 1 ) 式中Q 单桩竖向极限承载力标准值； 桩身周长 ； q m 桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值， 根据 J G J 9 4 2 0 0 8 建 筑桩基技术 规范5 3 5 1 查取； Z 桩穿越第 i 层土地厚度 ； A 桩端闭塞效应系数，若 h 为桩端进 入持力层深度 ，d为空 心管桩 的外 直径 ，d 为空心管桩的内直径 ，则 ： 当 6 d 1 2 MP a )按原公式计算结果 明显高。对于南通地 区这样 的河 口相冲积层而言 ， 地基土的沉积年代较短，应适当降低取值，建议： 饱和砂 土取 0 3 50 4 5 ；粉土取 0 4 50 5 5 ；黏 性土取 0 5 5 0 6 5 。一般情况下可取中间值，但 当进入持力层厚度较小或持力层土质不均匀或桩长 较短时取低值 。 ( 2 )对于粉 土，其性质介 于黏性 土与砂土之 间 ，进行估算 时应与 G B 5 0 0 2 1 -2 0 0 1 岩 土工程 勘察规范 ( 2 0 0 9版)一样，将其作为独立的一 类，单独提供其桩侧阻力综合修正系数，本地区的 粉土多为砂质粉土，性质近似砂土，其侧摩阻力应 高于砂土而小于黏性土，故其桩侧阻力综合修正系 数 = 5 3 0 ( ) - 0 4 5( 即相 当于在砂 土的基础 上 乘 以 1 0 5 ) 。 对于黏性土，运用双桥静探法估算其桩侧阻力 明显高于经验参数法 ，这是因为南通地区沉积层属 于长江下游河 口相沉积 ，土层沉积具有互层或夹层 之类的明显 的特点 ，并且沉积年代较短 ，故宜降低 取值，建议其桩侧阻力综合修正系数 = 5 5 5 x ( ) ( 即相当于在砂土的基础上乘以 1 1 ) 。 经上述修正，层 3 、层4 、层 6 1 粉砂土层的 侧摩阻力不变，而层 2粉土修正为 3 6 ，层 4一 T l 粉土夹粉质黏土修正为 4 0，层 5粉质 黏土与粉土 互层修正为 4 9 ，考虑 桩端进 入持 力层深 度较 短 ， 桩端阻力 由原来 的 4 1 0 0 k P a修正为 3 2 8 0 k P a 。然后 按 J G J 9 4 -2 0 0 8 建 筑桩 基 技 术 规 范 公 式 ( 5 3 4 )重新计算 ，结果见表 4 。 表4 单桩承载力估算值与静载试验实测值对照表 单桩竖 向极 限承载力标 准值 静载试验值 序 号 项 目名称 修正后双桥静探法 偏差百分率 ( k N) ( k N) ( ) 1 某商住楼 3 3 2 O 3 2 6 o 1 _ 8 2 某办公楼 3 1 6 o 3 0 8 O 2 5 3 某主厂房 2 O 5 O l 9 9 O 2 9 6 2 建议地方经验公式 根据 以上几个工程实例的计算及统计分析 ，在 J G J 9 4 -2 0 0 8 建 筑桩基技术 规范估算 公式 ( 5 3 4 )的基础上 ，经本地 区工程 实践修正 ，得 出适合本地方的公式如下： q = Z + q ( A f +A A 1 ) 式中 桩 端 阻力系 数 ，饱 和砂 土取 0 3 5 0 4 5 ；粉土取 0 4 50 5 5；黏性土取 0 5 50 6 5 。一般 情 况 下 可取 中 间 值。当桩长 长 时取 高 值 ，反之 取 低 值；进入持力层的厚度大、持力层土 质均匀时取高值，反之取低值； 第 i 层土桩侧阻力综合修正系数，砂土 =5 0 5 ( ) m蝤；粉 土 屈 =5 3 0 i) 。 n ；黏 f 生 土屈 = 5 5 5 ) 趣硝； 式中其他符号意义同上。 7 结语 根据上述工程实例及本地区大量工程资料 ，可 以看出，经验参数法得 出的单桩承载力结果偏于保 守 ，与静载试验误差相对较大 ，不能充分利用桩基 的承载能力 ；而采用 J G J 9 4 2 0 0 8 建筑桩基技术 规范中的双桥静探法估算预应力混凝土管桩单 桩竖向极限承载力标准值 时又偏大较多 ，不安全。 经本地区修正后，其值与静载荷试验实测值基本接 近 ，安全实用 ，能较充分地发挥桩基 的承载能力 ， 可作为南通地区的地方经验公式。 总之，预应力混凝土管桩作为一种较新的桩 型，其诸多优点值得肯定的，应大力加以推广使 用，但同时也应该不断完善其计算方法。预应力混 凝土管桩单桩竖向极限承载力估算时应以双桥静探 原位测试法为基准，在地方工程实践的基础上加以 适当的修正，建立起地方经验公式，既能确保工程 安全，又可尽可能的接近实际承载力值，具有很好 的工程实际意义，值得全行业推广。 参 考 文 献 中华人民共和国住房和城乡建设部J G J 9 4 2 0 o 8 建筑桩基技术规范 S 北京：中国建筑工业出版 社 ，2 0 0 8 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国 国家标准化管理委员会G B 1 3 4 6 7 -2 0 0 9先张法预 应力 混 凝 土 管 桩 s 北 京 ：中 国标 准 出版 社 ，2 0 1 0 陈强华 ，陈国铨静力触探估算打入桩 的单桩承载 力 J 同济大学学报，1 9 8 4( 4 ) 王伟 ，宰金珉，王旭东考虑时间效应的预制桩单 桩承载力解析 J 南京工业大学学报 ，2 0 0 3 ，2 5 ( 5 ) ：1 31 7 地基处理手册编写委员会地基处理手册 ( 第二 版) M 北京：中国建筑工业出版社 ，1 9 9 9 39 1J 1 JJJ J