预应力砼管桩单桩承载力计算的探讨__墨水学术,论文发表,发表论文

所属栏目：成人教育论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:374

副标题#e#【摘要】本文依据实例数据进行几种单桩承载力几种计算公式的结果对比，提出了适合粉土和粉沙持力层的计算公式。
　　【关键词】管桩单桩承载力计算
　　
　　1、 竖向荷载下单桩的受力机理
　　当竖向荷载逐步施加于单桩桩顶时，管桩身上部受到压缩产生相对桩周土向下的位移，同时桩身侧表面受到向上摩阻力作用，桩身荷载和桩身压缩变形随深度递减。在加荷的初始阶段，摩阻力与位移近似地呈直线关系，随着荷载继续增加，桩身的压缩量和位移量增大，桩身下部的摩阻力随之逐步增大，从而将荷载也部分传递给桩端土层并使其发生压缩，产生桩端阻力。桩端土层的压缩导致桩土相对位移加大，桩身摩阻力增大，当桩侧摩阻力达到极限后，位移继续增大，桩侧摩阻力保持不变。桩的上半段侧摩阻力发挥远比桩的下半段为早，而桩侧摩阻力又总比桩端阻力更早得到发挥。桩侧摩阻力至极限后，如果继续增加荷载，其荷载增量将全部由桩端阻力承担。如果荷载增大至使桩端持力层大量压缩和塑性挤出，位移增长速度将显著加大，直至桩端阻力达到极限而破坏，此时管桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。
　　2、 预应力管桩的土塞效应
　　开口管桩在沉桩过程中，会因为土质、沉桩速率、管底端截面大小及贯入深度等因素而具有不确定的破坏模式。但不论开口管桩经历何种形态的初始破坏或地基承载力失效后，在继续维持极限荷载作用的情况下，最终都会在基底下形成楔体，并随着基础一起向下移动。基底的楔体形成后，桩端壁厚范围下的土体在楔体的顶点被分开向两侧挤压。因此，楔体的形成是开口管桩产生土塞的一个至关重要的原因，也是形成管内摩阻力的法向应力。
　　3、 预应力管桩的挤土效应
　　挤土桩在成桩过程中会产生挤土作用，使桩周土受扰动后重塑，侧向压应力增加。对于非饱和土，由于土受挤而增密，导致侧阻力提高，土越松散其增密幅度越大；对于饱和粘性土，由于瞬时排水固结效应不显著，体积压缩变形小，引起超孔隙水压力，土体产生横向位移和竖向隆起，随后出现孔压消散、再固结和触变恢复，导致侧阻力产生显著的时间效应。
　　4、 预应力管桩单桩竖向承载力的计算方法
　　在预应力空心管桩承载力计算时应考虑端阻力的土芯闭塞效应和侧阻力的挤土效应，而挤土效应又受土芯闭塞效应的制约。预应力空心管桩承载力的计算可分为以下三大类：
　　第一类，是分别计算管内土塞侧阻力、管外侧阻力、环底端阻力，三者之和为单桩承载力，此法中的难点是管内土塞侧阻力的计算；
　　第二类，分别计算管外侧阻力和端阻力，计算侧阻力时考虑挤土效应，计算端阻力时考虑桩端的闭塞效应。此法是在理论分析和经验的基础上而建立起来的计算公式。计算表达式为：
　　
　　式中：——桩周第i层土的极限侧阻和极限端阻；
　　——桩周第i层土的厚度；
　　——桩端投影面积；
　　——侧阻挤土效应系数，主要随桩径增大而减小，可以将桩径划分为小于等于600、700、800和900几种范围，其相对取值为1.00、0.93、0.87和0.82。
　　——端阻闭塞效应系数。
　　第三类，是国标《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）中规定，当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向承载力标准值时，宜按下式计算：
　　
　　第二类是钢管桩单桩竖向承载力标准值计算公式，其计算预应力混凝土管桩所得的结果小于第三类公式计算所得值，分析其原因，差异主要是由于钢管桩单桩竖向承载力标准值计算公式中所引入的系数造成的。对于侧阻挤土效应系数λs，当桩径小于600mm时取1，对于桩端闭塞效应系数λp，该值从其计算方法来看最大只能取至0.8。所以，采用此式计算单桩竖向极限承载力标准值，其端阻部分是比第三类式计算所得值要小。由此可见，用钢管桩的计算公式来计算混凝#p#副标题#e#土是过于保守的。
　　第三类方法对粉质粘土持力层来讲，计算结果和实际试桩结果相近。但是对于粉土或粉砂持力层，其计算的单桩竖向极限承载力标准值明显低于试桩结果。由于当桩径小于等于0.6m时，挤土效应对管桩侧阻力影响不大，因此管桩单桩竖向承载力的提高主要是由于端阻效应的影响，按照规范查表所得的预应力管桩极限端阻力标准值取值偏低，这说明在没有考虑“土塞效应”和“挤土效应”的情况下，《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）提供的预制桩以粉土、砂土为持力层的极限端阻力标准值对预应力管桩适用性存在不足，因此我们有必要对此做出适当的调整。
　　笔者通过对大量数据的收集归纳并结合相关理论，针对以粉土、砂土为持力层条件下，在《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)中公式(5.2.8)的基础上做出适当调整得出如下的公式：
　　
　　式中：其它参数同《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)中公式（5.2.8）中相关参数，a、b为侧阻和端阻的修正系数。a对于粉土、粉砂和砂土（粉沙除外）取值可以都为1～1.05，b则分别为：1.25～1.35、1.20～1.30和1.20～1.25。
　　5、 算例
　　桩长为18.00m，桩径为0.30m，桩端持力层土性为粉土，桩端进入持力层深度为1.20m，桩端以下持力层厚度为0.50m。土层分布及主要的物理力学性质指标、桩基参数见下表。
　　层
　　号 土层
　　名称 土层
　　厚度
　　（m） 含水
　　量W
　　（%） 空隙
　　比
　　e 塑形
　　指数
　　Ip 液性
　　指数
　　Ii 压缩
　　模量
　　Mpa 标贯
　　击数
　　（N/击） 94-94规范
　　         侧阻 端阻
　　1 素填土 2.5 31.5 0.93 15.9 0.80 4.7  20 
　　2 粘土 0.9 33.9 0.97 15.9 0.93 5.1 2.8 25 
　　3 粉质粘土 1.8 29.3 0.84 11.6 0.98 6.4 4.4 29 
　　4 粉质粘土 8.3 30.8 0.88 12.1 1.06 5.9  32 
　　5 粉质粘土 1.0 26.0 0.73 12.0 0.69 5.3  55 
　　6 粉质粘土 5.3 22.8 0.64 12.3 0.44 6.3  65 
　　7 粉土 1.2 19.9 0.57 10.9 0.48 12.3 30 73 2080
　　  0.5        
　　第二类计算结果为885.6kN，第三类计算结果为Quk=915.0kN，修正公式计算结果为997.5kN，通过静载荷试验所得试桩值为Quk=1100.0KN。
　　从表中可以看出，修正后公式计算所得的单桩竖向极限承载力标准值虽然仍旧小于静载试桩值，但较之第二、三类更接近静载试桩值，这在实际应用当中有一定的经济意义，而且从安全角度来看，还有着足够的安全储备。因此，可以说这种计算方法比较令人满意的。
　　6、 结束语
　　管桩单桩竖向极限承载力标准值的计算公式是在对大量数据的归纳分析之后提出的，有着比较好的适用性，但毕竟笔者的数据有限，这个公式还需要对其他各种土况条件，不同桩长、桩径以及不同的桩端持力层等条件继续进行比对，以求得对相关系数的进一步完善，使得管桩的计算方法能够更进一步的与实际情况相接近。
　　
　　参考文献：
　　中国建筑科学研究院，中华人民共和国行业标准《建筑桩基技术规范》，中国建筑工业出版社年版1995