软岩嵌岩桩单桩模型试验及承载特性研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目()作者简介:梅灿()男湖北黄冈人高级工程师主要从事隧道与地下工程研究工作:.引文格式:梅灿.软岩嵌岩桩单桩模型试验及承载特性研究.铁道建筑技术():.软岩嵌岩桩单桩模型试验及承载特性研究梅 灿(中铁十一局集团有限公司 湖北武汉)摘 要:现场试验和室内模型试验是揭示软岩嵌岩桩承载机理的重要方法 由于软岩嵌岩桩桩径大承载力高现场试验成本随之增高且可重复性有待商榷 故本文基于室内模型开展不同嵌岩深度、不同桩径及上覆压力的多组模型试验对软岩嵌岩桩承载特性进行分析探讨 研究结果表明:采用水泥、石膏、砂、水和早强剂等材料模拟软岩方法可行且在模型试验中取得良好效果嵌岩深度增加、桩径增大上覆压力提高嵌岩桩其承载力明显提高上覆压力对于软岩嵌岩桩嵌岩段的极限侧摩阻力影响较小关键词:软岩嵌岩桩 模型试验 软岩模拟材料 承载特性中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言嵌岩桩广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁、大型渡槽以及海洋石油钻井平台等工程中具有承载力高、沉降小和抗震性能好等优点 软岩在世界范围内分布普遍工程中也大量采用了软岩嵌岩桩基础 例如南京地区 的高层建筑桩基础为软岩嵌岩桩南水北调中线渡槽的桩基础多数嵌入软岩中软岩是一种介于土和岩石间的材料相较于土而言软岩强度高、松散、剪胀现象明显对比其他岩石软岩强度低、压缩性高且稳定性差 嵌岩桩现场试验周期长成本高影响因素复杂因此软岩嵌岩桩承载机理研究中也常采用模型试验的方法 等通过模型试验研究了不同岩性(花岗岩、石灰岩与砂岩)、嵌岩深度以及岩体面倾斜角度等因素对嵌岩桩承载力的影响但是未涉及到桩侧摩阻力的分布及发展规律 等进行砂岩嵌岩桩模型试验得到了嵌岩段粗糙度、桩 岩界面特性、泥浆护壁等对侧摩阻力的影响规律王耀辉等在天然岩块上采用现场钻孔灌注桩的施工工序进行混凝土模型桩制作通过试验发现桩 岩界面的特性对嵌岩桩承载力特性影响很大 在以上学者模型试验研究中没有考虑上覆土层荷载对嵌岩桩嵌岩段承载机理的影响 而 和基于 强度准则对上覆荷载与嵌岩深度对嵌岩桩破坏模式和承载力发挥的影响进行了分析说明其研究成果对于嵌岩长桩的侧摩阻力计算比较合理而对嵌岩短桩的计算较偏于安全 从以上研究成果可以看出嵌岩深度、上覆荷载等因素对嵌岩桩的铁道建筑技术 ()梅灿:软岩嵌岩桩单桩模型试验及承载特性研究承载性状均有不同程度影响目前在软岩嵌岩桩承载特性方面研究还不够深入鉴于此本文采用水泥、石膏、河砂、水和早强剂作为软岩模拟材料开展不同嵌岩深度、不同桩径、不同上覆压力的软岩嵌岩桩模型试验并结合试验结果对软岩嵌岩桩承载特性进行分析以期为软岩嵌岩桩的研究提供参考价值 模型试验方案设计.软岩模拟材料嵌岩桩的模型试验中岩体材料的选取分为两种即现场原状岩样与模拟材料配比得到的岩石 现场原状岩石取样比较困难试样离散性大试验中可重复性有待商榷 模型试验中采用砂(土)、石膏、水泥等材料采用一定的配合比得到的混合料作为岩体模拟材料也能取得比较理想的效果 本次模型试验采用水泥、石膏、河砂、水和早强剂模拟软岩 其中水泥为普通硅酸盐 .水泥石膏为多邦高强石膏粉砂为粒径小于.的河砂 河砂有效粒径.中间粒径.限制粒径.不均匀系数 .曲率系数.在配比试验中加入早强剂以缩短养护时间选取水泥 石膏 砂 水 早强剂 .作为模型试验软岩模拟材料配合比控制其密度为./龄期为 其单轴抗压强度为.制作 个试样进行三轴压缩试验试样尺寸为 围压分别为、分析三轴试验结果可知随着围压的增大软岩试样的强度、变形模量及破坏应变均逐渐增大抗压强度为.变形模量为.破坏应变在.之间黏聚力为.内摩擦角为.分析配比软岩的应力 应变关系曲线发现配比软岩模拟材料力学行为与原状软岩特性十分相近可用此种模拟材料制作软岩试样开展模型试验.模型桩设计试验中模型桩材料均为合金铝桩径分别为、和 按照 混凝土的刚度等量近似换算后桩径为 的模型桩为实心铝棒桩径为、的模型桩为空心铝管经线切割对剖后管内壁对称贴有应变片应变片导线从桩顶的 型槽中引出试验前模型桩表面均采用机械滚花方式使得模型桩表面具有一定粗糙度保证试验过程与软岩材料接触良好.试验方案本次试验针对不同桩径(、)、不同嵌岩深度(、)、不同上覆压力(、)对软岩嵌岩桩承载特性的影响进行研究开展 组模型试验具体试验方案如表 所列 试验中软岩相似材料分层击实严格控制各层密实度表 软岩嵌岩单桩承载机理模型试验方案试验编号桩径/嵌岩深度 上覆荷载/试验结果及分析.嵌岩深度对承载力的影响嵌岩深度是影响嵌岩桩承载力发挥机理的重要因素 桩径为 上覆压力为 嵌岩深度分别为、的试验结果如图 所示图 不同嵌岩深度下桩顶 曲线()从图 可以看出嵌岩深度增大模型桩承载力明显提高 在试验加载开始荷载很小时会出现位移增大较快的情况这是由于试验装置自身间隙、受力后的微小变形、桩顶与加载系统的接触等因素所导致 随着荷载增大 曲线表现为直线此时桩侧岩层及桩端岩层处于弹性阶段荷载与沉降成正比关系当荷载逐渐增大 表现为曲线桩侧岩体逐渐进入塑性阶段桩端岩仍处于弹性阶段此时桩侧阻力充分发挥且基本保持不变桩端阻力亦发挥明显随荷载进一步增大 变为直线沉降随荷载增加急剧增大直至破坏铁道建筑技术 ()梅灿:软岩嵌岩桩单桩模型试验及承载特性研究.桩径对承载力的影响将嵌岩深度为 上覆压力为 桩径分别为、的试验结果绘制在/坐标系中结果如图 所示 三种桩径对应的曲线很相似可以反映出试验中桩径为、破坏形态基本一致 嵌岩深度相同增大桩径可以提高承载力 但从图 中可以看出桩侧摩阻力与端阻力均存在尺寸效应桩径增大会导致侧摩阻力与端阻力有一定程度下降图 不同桩径下桩顶 曲线归一化结果图 不同桩径下的桩顶应力 沉降曲线.上覆压力对承载力的影响软岩嵌岩桩嵌岩段的承载特性受岩体的应力水平和应力状态影响本次试验中不同上覆压力对 曲线的影响见图 图 上覆压力影响下的桩顶 曲线由图 可以看出上覆压力对于不同嵌岩深度、不同桩径下的 曲线加载起始段的直线部分影响较小可理解为上覆压力对于桩侧摩阻力的影响较小比较桩径 嵌岩深度为 上覆压力分别、桩顶荷载作用下的桩身平均侧摩阻力情况见图 可以看出随着桩顶沉降增大桩身侧摩阻力逐渐增大后基本趋于稳定图 上覆压力对桩身平均侧摩阻力影响曲线嵌岩桩的桩 岩界面的侧摩阻力t与桩侧压力符合线性规律即:t 式中:t为侧摩阻力 为桩 岩界面的“广义胶结力”(包含桩 岩界面之间的胶结力以及桩与岩体之间的机械咬合作用)为软岩水平侧压力系数 为竖向压力 为桩 岩接触面的摩擦角 经计算桩径为 嵌岩深度为 上覆压力为、的极限侧摩阻力分别为、不同上覆压力对于嵌岩段桩身平均摩阻力的影响较小软岩嵌岩模型桩的侧摩阻力组成中“广义胶结力”所占比例很大对桩侧摩阻力的大小起决定作用(下转第 页)铁道建筑技术 ()燕添羽:陡坡屋面草坪构造防滑技术研究.防滑格安装防滑格采用 间距的小格栅摆放于挡土板分割单元内网格需在完全打开的状态下固定安放四边与镀锌挡土板、拉结带连接 为保证防滑格全面舒展不变形防滑格端部与挡土板、扁钢拉结带等应采用绑扎的方式进行连接 在形成的单元格内种覆土因为分割单元较小土体整体抗滑能力大大提高.浇水湿润沉降坡屋面回填土后采用浇水湿润浸透土体使之自然密实 在土体表面洒水水量不宜过急、过大 湿透之后等土体自然风干进行补土再进行浇水湿润如此反复直到不再沉降及时种植草坪进行固土 结束语通过徐州东站东广场上盖建筑屋顶绿化防滑移工程技术研究有效解决了 的陡坡屋面绿化施工难题确保了绿化施工质量与安全施工简便、效率高对类似工程具有很好的技术指导作用参考文献 郭聚富.绿色健康科技住宅集成技术及应用研究.铁道建筑技术():.邓雄彭晓春覃超梅.屋顶绿化的功能、特点及其在我国的现状和存在的问题.中山大学学报(自然科学版)():.席雁石丽丽侯万钧等.建筑屋面绿化的可实施技术措施.煤炭工程():.马秀英唐鸣放.坡屋顶绿化的设计与技术.西部人居环境学刊():.张斌胡永红秦俊等.轻型坡屋顶绿化技术的研究与实践.西北林学院学报():.中华人民共和国住房和城乡建设部.种植屋面工程技术规程:.北京:中国建筑工业出版社.李瑞兰李海英.浅析坡屋面绿化种植形式国际绿色建筑与建筑节能大会.北京:中国城市科学研究会.李海英杨洁.坡屋顶的绿化技术.工业建筑():.董楠楠吴静石鸿等.基于环境效能的屋顶绿化研究性设计:以同济大学屋顶花园为例.风景园林():.赖晓峰.屋面绿化关键技术与应用.广东建材():.邓石磊.大坡度种植屋面施工工法.智能城市():.冯建庄.草坪种植浅谈.草业科学():.(上接第 页)结论()利用水泥、石膏、砂、水以及早强剂等材料模拟软岩可以取得较好的效果将其应用于软岩嵌岩桩模型试验方便、有效()嵌岩深度增大模型桩承载力明显提高嵌岩深度相同增大桩径可以提高承载力侧摩阻力与端阻力有一定程度下降()软岩嵌岩桩上覆荷载增大桩基础极限承载力提高其中上覆荷载对嵌岩桩的极限侧摩阻力影响较小参考文献 刘松玉季鹏韦杰.大直径泥质软岩嵌岩灌注桩的荷载传递性状 岩土工程学报():.傅旭东.大型渡槽结构优化设计及动力分析专题研究报告.武汉:南水北调工程建设项目.何满潮宴玉书王同良等.软岩的概念及其分类.世纪之交软岩工程技术现状与展望.北京:煤炭工业出版社:.朱晓伟朱尔玉白正伟.大直径钻孔灌注桩作摩擦桩设计桩端阻力试验研究.铁道建筑技术():.():.():.王耀辉谭国焕李启光.模型嵌岩桩试验及数值分析.岩石力学与工程学报():.:.():.():.:.宋兵蔡健.桩 岩摩擦黏着特性的试验与分析.岩土力学():.邢皓枫 孟明辉何文勇等.基于结构面力学特性的嵌岩桩侧摩阻力分布分析.岩土工程学报():.铁道建筑技术 ()