人工填筑黄土地基桩侧摩阻力特征研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:中铁二十一局集团有限公司科技研究开发计划课题()作者简介:裴有陆()男青海乐都人高级工程师主要从事土木工程施工管理及技术研究方面的工作:.引文格式:裴有陆.人工填筑黄土地基桩侧摩阻力特征研究.铁道建筑技术():.人工填筑黄土地基桩侧摩阻力特征研究裴有陆(中铁二十一局集团有限公司 甘肃兰州)摘 要:人工填筑黄土与大厚度黄土组成的成层土地层中桩基在竖向荷载下其轴力和侧摩阻力分布较为复杂 为揭示此类地层中桩基侧摩阻力分布规律基于现场试验和数值模拟方法研究人工填筑黄土与大厚度黄土组成的成层土地层中桩基侧摩阻力分布规律和合理取值 结果表明:两种地基中桩基侧摩阻力的发挥截然不同进行桩基设计和桩基受力分析时应区别对待同时由于人工填筑地基中的桩基侧摩阻力小于原状地基中的桩基侧摩阻力在进行填筑地基桩基础设计时不能直接采用原状地基中的桩基侧摩阻系数应予以折减关键词:人工填筑黄土 大厚度黄土 侧摩阻力 静载试验 数值模拟中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言随着人类建筑活动空间的延伸使得越来越多的包括桩基础在内的建、构筑物基础建造在人工填筑的地基范围内 由于人工填筑地基是由重塑土填筑而成其与桩基础的相互作用和原状地基与桩基础的相互作用必然有所不同导致填土地基与原状地基中桩侧摩阻力的发挥也有所不同我国现有规范 基于有效应力法给出了不同桩基类型和地基土的极限侧摩阻力标准值其主要划分依据是桩基类型和桩周土的物理力学指标 对于湿陷性黄土而言仅说明湿陷性黄土会造成桩周土沉降过大需要考虑负摩阻力对桩基的影响并未给出具体的考虑桩身负摩阻力影响的桩基沉降、轴力等计算方法艾小平等研究了降雨条件下黄土地层中桩基侧摩阻力分布状态发现桩基在浸水过程中桩侧摩阻力持续存在侧摩阻力峰值随着荷载增加而增大.在软黏土和砂土地层中进行长期试验研究了桩身侧摩阻力特征并给出考虑桩基负摩阻力的桩身承载力计算公式 罗冲研究不同填土层厚度中桩基铁道建筑技术 ()裴有陆:人工填筑黄土地基桩侧摩阻力特征研究的荷载传递规律发现桩基轴力和负摩阻力随桩周土固结时间的增长而增加 夏力农研究换填土层中振动沉管灌注桩荷载传递规律采用建筑用砂模拟换填层提出换填土层对桩身轴力、摩阻力以及中性点位置的影响规律 朱彦鹏等在黄土场地开展单桩、单桩 承台基础组合工况的原位载荷试验分析了短桩、长桩及长短桩组合形式在桩顶竖向荷载作用下的桩土差异沉降、桩周土附加应力、桩身轴力和侧摩阻力的分布特征 马学宁等在黄土地层中开展群桩模型试验分析了桩顶周边围载和单边受荷两种加载工况下群桩复合地基中不同位置桩身受力和基础承载力安全系数的变化情况 张忠苗等研究经强夯加固后的软弱土地基中的桩基础桩身轴力和侧摩阻力分布状态分析桩身弹性模量与桩身应变的相关关系以及不同荷载下的桩身荷载传递规律、桩 土差异沉降以及承载力发挥程度 张磊等基于天然、先加载后浸水和预浸水 种工况下的静载荷试验研究自重湿陷性黄土场地钻孔灌注桩的承载性状 黄雪峰等结合宁夏扬黄工程研究天然状态和浸水状态下厚层自重湿陷性黄土地层灌注桩竖向承载性状 薛振年等基于室内缩尺模型试验研究长径比对黄土地区钻孔灌注桩桩侧摩阻力的影响 在工程实际中发现随着桩基端承力、桩土接触面相互作用、桩土界面强度的不同、桩基与桩周土层的深度等具体工程条件不同侧摩阻力还会有很大变动 本文通过现场试验采用常规土层加固方式对桩基在人工填土和原状土中的侧摩阻力进行对比研究并对人工填土的桩侧摩阻力在实际应用中常规取值进行预测为大厚度填方的桩侧摩阻力性能研究提供一定的理论基础也为类似工程应用提供依据 工程概况某新建铁路综合性货场场地位于湿陷性黄土地区 场地主要以人工填方为主填筑厚度在 之间填土选取就近位置与原状黄土 填筑选用工作质量为 的自行式重型振动压路机按每层 厚度分层填筑压实度控制在 由于场地内设有龙门吊需在龙门吊位置设置桩基础 桩基础为钻孔灌注桩桩径为 桩长为 填筑场地桩长范围内土层自上而下依次为:厚度 的人工填筑黄土、厚度 的原状黄土、厚度 的粗圆砾土如图 所示 对场地黄土进行直剪试验和密度测试其黏聚力、内摩擦角和密度分别为.、.和 /图 场地土层分布及钢筋计布置 单桩竖向静载试验.试验方案静载试验采用慢速维持荷载法最大加载量为 分 级加载初次施加 级荷载 在进行静载试验的桩基内沿钢筋笼两侧主筋对称设置钢筋计间距为 共设 个钢筋计如图 所示 采用 台位移计对称安装于桩顶进行桩顶位移观测采用 桩基静载荷测试系统自动加载记录并采用钢筋应力计进行桩内主筋应力记录.试验结果及分析图 为试验过程荷载位移曲线 在加载初期桩基竖向位移发展较快当竖向荷载超过 后桩基竖向位移发展缓慢 这是由于加载初期荷载板与桩顶面接触不紧密所造成 总体来说位移与荷载之间基本符合线性关系且整个桩基的竖向位移较小说明桩基承载力还未完全发挥 根据钢筋计读数可计算出桩身轴力见图 轴力呈现随深度增加而衰减的特征说明部分竖向荷载由桩侧摩阻力所承担通过不同荷载下桩身的钢筋应力数据计算出不同位置的桩侧摩阻力如图 所示 桩侧摩阻力在桩顶以下 处、处和 处均存在突变现象 根据地质状况可知这些地方均为土层性质发生变化的位置铁道建筑技术 ()裴有陆:人工填筑黄土地基桩侧摩阻力特征研究图 现场试验位移及轴力分析为了研究填筑地基和原状地基与桩之间的摩阻力并剔除土层界面的影响计算各级荷载下桩身 和 处的侧摩阻力平均值绘制图 所示曲线桩侧摩阻力在原状黄土地基中呈现先增大后减小的特点在填筑黄土地基中呈现先增大后减小再增大的特点 加载过程中原状黄土地基中桩基侧摩阻力的增加值大于填筑黄土地基中的侧摩阻力增加值原状黄土地基中的侧摩阻力始终大于填筑黄土地基中的侧摩阻力且随着荷载的增大两者间的差距也有所增大图 现场试验侧摩阻力分析 桩基竖向静载试验数值模拟.单桩竖向静载模拟单桩模型轴力数值模拟结果与现场原位试验结果高度匹配均为随深度增加而减小见图 侧摩阻力数值计算结果变化规律与现场试验结果变化规律一致均在地层交界处侧摩阻力产生突变大小为现场原位试验的 倍见图这是由于数值模拟得到的侧摩阻力是整个桩周每延米的侧摩阻力值而现场试验测试值为该部位测点位置对应的侧摩阻力该值乘以桩周长为该部位总侧摩阻力 已知桩径为 其桩周长为.符合 倍同时验证了三维有限元模型的准确性图 单桩数值模拟结果铁道建筑技术 ()裴有陆:人工填筑黄土地基桩侧摩阻力特征研究.群桩竖向静载模拟群桩模拟采用正方形布桩按照桩间距、.、.分别设置群桩、群桩 共八组模型群桩 为四根桩且均在承台四角处只需取其中一根进行对比分析群桩 分为三部分即位于最中心的群桩 中、位于承台四周的群桩 边、位于承台四角的群桩 角由于同一模型在施加各级荷载时变化规律一致仅数值随着荷载增大而增大为了方便对比分析取各模型第十级加载工况分析结果如图 图 所示图 桩间距群桩数值模拟结果图 .桩间距群桩数值模拟结果图 桩间距群桩数值模拟结果群桩 布置时桩间距的改变导致出现轴力变化规律与单桩轴力变化规律不同的现象是由于承台施工所导致 在承台上施加荷载时承台下部各桩会发生弯曲导致轴力变化与单桩有所不同随着桩间距逐渐减小承台下部各桩弯曲变形趋势变小 当桩间距减小至.时桩身弯曲变形可忽略其轴力变化规律与单铁道建筑技术 ()裴有陆:人工填筑黄土地基桩侧摩阻力特征研究桩情况一致 黄土段侧摩阻力大于填筑黄土段侧摩阻力且变化规律与单桩大体一致由于持力层附近桩身发生弯曲导致该层附近侧摩阻力微小变化图 .桩间距群桩数值模拟结果群桩 边桩的轴力变化规律与单桩轴力变化规律一致且随桩间距减小而减小角桩轴力变化与群桩 情况相同由于桩间距过大易发生弯曲导致轴力变化规律与单桩轴力变化规律不同而桩间距减小后轴力与单桩轴力变化规律一致中桩轴力变化与单桩轴力变化规律一致且随着桩间距减小中桩轴力减小 群桩 边桩侧摩阻力变化规律与单桩侧摩阻力变化规律一致侧摩阻力随桩间距的减小而减小角桩侧摩阻力由于发生弯曲导致其在持力层变化规律与单桩侧摩阻力变化规律不同且桩间距的变化对角桩侧摩阻力无明显影响中桩侧摩阻力变化规律与单桩侧摩阻力变化规律一致且随着桩间距的减小中桩侧摩阻力有所减小 结论由本文试验结果可知两种地基中桩基负摩阻力发挥程度截然不同因此在进行桩基设计和桩基受力分析中应区别对待 同时由于人工填筑地基中的桩侧摩阻力小于原状地基中的桩侧摩阻力在进行填筑地基桩基设计时不能直接采用原状地基中的桩基侧摩阻系数应予以折减由本文.节对群桩进行受力分析可知:()群桩 布置时由于 根桩在承台四个角附近会发生弯曲变形导致轴力、侧摩阻力发生变化当桩间距减小时 根桩由于位置靠近不易发生弯曲致使其轴力、侧摩阻力变化规律趋于单桩变化规律()群桩 布置时中桩及边桩轴力、侧摩阻力无明显变化角桩易发生弯曲导致轴力、侧摩阻力变化规律与单桩不同()群桩布置时相较于侧摩阻力而言桩间距对轴力影响更为明显参考文献 中国建筑科学研究院.建筑桩基技术规范:.北京:中国建筑工业出版社.中国建筑科学研究院.建筑地基基础设计规范:.北京:中国建筑工业出版社.艾小平吴亚平.降雨过程对兰州黄土中桩基负摩阻力的影响.土木建筑与环境工程():.():.罗冲王聪.填土厚度对桩基负摩阻力的影响试验研究.地基与基础.():.夏力农 杨秀竹.桩顶荷载影响负摩阻力的现场试验与数值模拟.铁道科学与工程学报 ():.朱彦鹏 杨校辉 马天忠 等.黄土塬地区大直径长桩承载性状与优化设计研究.岩石力学与工程学报 ():.马学宁 付江 王军 等.不同堆载形式对群桩负摩阻力的影响.岩土力学 ():.张忠苗张乾青.破坏和非破坏后注浆抗压桩受力性状现场试验研究.岩土工程学报():.张磊 罗少锋 鲁洁.湿陷性黄土场地竖向承载灌注桩浸水试验研究.西安建筑科技大学学报(自然科学版)():.黄雪峰 陈正汉 哈双等.大厚度自重湿陷性黄土中灌注桩承载性状与负摩阻力的试验研究.岩土工程学报():.薛振年 田叶青 董亚琴等.考虑长径比影响的黄土地区钻孔灌注桩桩侧摩阻力取值研究.公路交通科技():.姚正斐.分布式光纤传感技术在岩溶段桩基检测中的应用研究.铁道建筑技术():.顾培英王德平吕惠明.大直径灌注桩桩侧摩阻力试验研究.公路交通科技():.刘利民舒翔熊巨华.桩基工程的理论进展与工程实践.北京:中国建材工业出版社.铁道建筑技术 ()