黄土地区两种成孔工艺钻孔灌注长桩承载力性状对比研究Word文档下载推荐.docx
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承载力性状;
荷载传递规律
中图分类号:
TU473.1文献标识码:
A
Comparisionforbearingbehavioroflongholeboredpilebytwotypes
ofholingtechnologyinloessfoundation
XIExingl-一,WANGDong—h0,ZHAOFa-suo2,LIWei3,LITong—lu2
(1.SchoolofEarth&
amp;
andResourcesManagement,China'
anUniversity,Xi'
an710054;
2.InstituteofGeologyEngineering.Ghang'
dUniversity,'
3.TestCenter.InstituteofGeotechnicalInvestigationandE~ign,MMI,X/'
an710043,China)
Abstract:
Theboredpilebychurningdriveandboredpilewithslurrywallprotectionarewidely
adoptedinloessfoundationinrecentyears.Basedontheresultsofverticalstaticloadingtestand
stresstestforlongholeboredpileinloessfoundation,byanalysingthetransferringlawofaxialforce
andtheactionof1ateralfrictionresistanceandbottomresistance.thepaperdiscussestheinfluencesof
twoty1)eSofholingtechnologyonbearingcapacitybehavior.
Keywords:
loessfoundation;
longhole;
holingbychurningdriven;
holingwithslurrywall
protection;
behaviorofbearingcapacity;
loadtransfer
0引言
近年来,随着国家西部大开发战略的实施,西安等黄土地区的城市建设中高层建筑数量El益增多,加之黄土
所固有的自持性较强的特点,灌注桩在该地区的高层建筑地基基础设计方案中被广泛采用,其中以"
旋挖钻孔灌
注桩"
和"
泥浆护壁钻孔灌注桩"
最为普遍[~5j.
西安等地区所说的"
旋挖钻孔灌注桩"
一般指用锅锥(一种由户县,长安等地区的劳动人民发明的打井机具,
后被推广应用于灌注桩的成孔)成孔的灌注桩,成孔时钻杆带动旋挖钻头在孔底全断面切削土层,切削的泥土塞
?
收稿日期:
2004—04一ll
作者简介:
谢星(1972一),女,湖南邵阳人,博士,讲师,主要从事地质工程研究工作
第1期谢星等黄土地区两种成孔工艺钻孔灌注长桩承载力性状对比研究43
满钻头后将钻头提升至地面清空,再将其下至孔底进行钻进,如此反复完成钻孔J.它在成孔过程中一般不需
泥浆护壁,当黄土地层中出现较薄的砂层时,通过向钻孔中抛泥,用钻头减速搅拌,自造泥浆护壁.但在砂层较
厚的情况下难以实施,它适用于粉质粘土和粘土组成的黄土场地,钻孔深度一般在30余米以下.
泥浆护壁钻孔灌注桩用长螺旋钻钻孔,在钻进中六方内插式钻杆带动双腰带四翼刮刀,钻进的过程中采用
泵吸反(正)循环工艺将孔中泥土或砂石吸入泥浆池中,再将泥浆池中经过滤的泥浆注入孔底,如此反复完成钻
孔.它在成孔过程中泥浆护壁,孔内泥浆体始终高出地下水位2,0m,并靠此两米范围内的泥浆所产生的静水
压力维护孔壁不发生坍塌.多用在普通的旋挖钻孔灌注桩无法实施的场地地层条件下.
与反(正)循环法施工的泥浆护壁钻孔灌注桩相比,旋挖钻孔灌注桩孔壁较粗糙,孔壁没有泥皮或仅有较薄
的泥皮(即使需要自造泥浆时,其泥浆比反(正)循环法的泥浆比重也低得多)j.而循环法施工的泥浆护壁钻孔
灌注桩其孔壁则常残留有较厚(个别情况下甚至是很厚)的泥皮(尤以正循环法为甚),桩侧接触介质的变化必然
引起荷载传递机理为摩擦类型的上述两类黄土地区的灌注桩的承载力发生变化.
西安市某两工程场地相邻,地基基础方案均为灌注桩,施工中采用的成孔工艺分别为:
泵吸反循环泥浆护壁
成孔和旋挖钻孔,其地貌单元相同,均为渑河冲洪积平原一级阶地.本文根据这两种成孔工艺的钻孔灌注长桩
(长径比大于50)的承载力实际测试结果,来对比分析它们的荷载传递规律及单桩的承载力性状.
1工程及地质概况
拟建的甲工程23层,高度99rn,内筒外框钢筋混凝土结构,采用桩筏基础,基础埋深一11,0rn.该场地地下水
位深度9,60~9.80rn,高程396,45~396.58rn,属潜水.桩长范围内各土层主要物理力学性质指标如表1所示.
拟建的乙工程25层,高度99rn,筒中筒结构,采用桩筏基础,基础埋深为一12.25rn.该场地地下水位深度
9.85~12,30rn,高程394.77~395.75rn,属潜水.桩长范围内各土层主要物理力学性质指标如表2所示.
表1甲工程地基土物理力学性质指标平均值汇总表
Tab.1Physicalandmechanicalpropertiesofsoils
西安科技大学2005皇
2单桩竖向抗压静载荷试验
2.1试验方法
甲工程试桩桩长50.0m,桩径800rl-Lrrl,2组试桩桩端位于粉质粘土oj0层中,施工中采用泵吸反循环泥浆护
壁成孔工艺.采用瑞士Solexperts公司生产滑动测微计测试桩身轴力,各层土的侧摩阻力及桩端阻力.
乙工程试桩桩长46.0m,桩径800rl-Lrrl,2组试桩桩端位于粉质粘土(8)层中,施工工艺采用旋挖成孔工艺.
采用埋设在桩侧和桩端的JxG一1型钢筋应力计测试桩身轴力,各层土的侧摩阻力及桩端阻力.
甲乙两工程的静载荷试验均采用慢速维持荷载法,加载采用锚桩一反力架装置,用4台500型千斤顶并联
反力加载,自动加载与观测系统测读每级桩顶沉降,首级加载量为2400kN,加载增量为1200kN.甲工程中试
桩S1加载到16800kN后3.5h时,桩头与土接触部位混凝土被压裂,试验终止;
试桩加载到156o0kN时,
桩顶沉降增量已超过前一级的5倍,已达到极限状态,试验终止.乙工程中试桩S3和S4加荷至18000kN时,
桩顶总沉降量分别达到57.10rl-Lrrl和50.23rl-lrn,试验已达到极限状态,因此终止了试验.
2.2试验结果
图1为试桩S1,,S3,S4的桩顶荷载Q和桩顶沉降s的关系曲线.
由试验曲线可以得出以下结论:
1)试桩S1加载到13200kN以前,Q—s曲线呈缓变形态,无明显
转折特征点;
当S1加载到14400kN时,Q—s曲线出现明显的拐点,表
明试验已达到极限状态.试桩S1的极限承载力为13200kN[8J.
2)试桩加载到14400kN时,Q—s曲线无明显的转折特征点;
当荷载增加到15600kN时,桩顶沉降急骤增加,表明试验已达到极限
状态,因此终止了试验.试桩的极限承载力为14400kN[8J.
3)试桩S3和S4加载到16800kN以前,Q—s曲线呈缓变形态,无
明显转折特征点;
当荷载增加到18000kN时,桩顶沉降开始加大,Q—
s曲线出现了拐点,表明试验已达到极限状态.试桩S3和S4的极限承
载力均为168o0kNJ.
图1Q一5曲线
Fig.1CA.LVVI~,ofQ一5
00
4)由图1可明显看出,在地层条件相似的场地中,虽然旋挖钻孔灌注桩S3,S4比泥浆护壁钻孔灌注桩S1,
桩长短4m,但试桩S3,S4比试桩S1,承载力分别提高27%和17%左右.
3荷载传递特征
3.1桩身轴力传递特征
由测定的应变数据计算出各桩在各级荷载下的桩身轴力沿桩身的分布,其中试桩S1和S3的桩身轴力分布
如图2所示.
由图2的两组曲线可以看出:
1)在桩顶荷载作用下,各桩桩身轴力均随深度的增加而递减,到桩端时已较小,反映出摩擦型桩的特性.
2)两种桩的桩身轴力沿桩长的衰减速率略有区别:
旋挖钻孔灌注桩S3桩身轴力较泥浆护壁钻孔灌注桩S1
桩身轴力衰减快,试桩S3轴力传至桩底所需的桩顶荷载为12000kN,比试桩S1的10800kN要大一个荷载级
别.
3)各试桩桩身中部是承受桩顶荷载的主要部位.试桩S1在极限荷载13200kN下,桩顶下18--36m的桩
身中部承受了约46%的桩顶荷载;
试桩S3在极限荷载16800kN下,在距桩顶22.0--41.4m的桩身中部承受
了约48%的桩顶荷载.
3.2桩侧摩阻力发挥性状分析
利用桩身轴力变化曲线,可以计算出各试桩在不同荷载下桩身侧阻力的大小及其沿桩身的分布,图3为试
桩S1和S3侧阻力沿桩身随荷载的变化曲线.
分析侧阻力沿桩身随荷载变化曲线(图3).
1)在总体形态上,s1试桩的侧阻力沿桩身的分布为"
单峰状"
即在桩顶荷载作用下,侧阻力在桩身某一位
第1期谢星等黄土地区两种成孔工艺钻孔灌注长桩承载力性状对比研究45
£
送
桩身轴力/kN
O
10
点
避2O
3O
4O
(a)
200
载
kN
0kN
OkN
2O
蠢
40
50
048009600l4400l9200
图2桩身轴力分布图
Fig.2Axialforcedistributionofpiles
(a)试桩S1(b)试桩s3
侧阻力/kPa
O5OlOOl5020025O
桩顶荷载
l一2400kN
2—4800kN
3—7200kN
4—9600kN
5一l2000kN
6一l3200kN
7.14400kN
8-l5600kN
(b)
O5OlOOl502OO25O
l一240OkN
2—480OkN
3.720OkN
4.9600kN
5.12000kN
6.13200kN
7一l4400kN
8一l661]lOkN
9一l8O00kN
图3不同荷载作用下桩侧阻力沿桩身的发挥曲线
Fig.3Theactioncurvesoflateralfrictionofpilesunderdifferentloads
置出现峰值,峰值出现的位置随着桩顶荷载的增加向桩的下部移动.当桩顶荷载从2400kN增大到15600kN
时,试桩S1侧摩阻力峰值位置从初始荷载下的18ITI移动到终止荷载下36ITI,峰值侧阻力则从42.5kPa增加到
150kPa.在极限荷载13200kN下,S1的峰值侧阻力为128kPa,在桩顶荷载15600kN下,S1的峰值侧阻力为
150kPa.
2)S3试桩的侧阻力沿桩身的分布也为"
在桩顶各级荷载作用下,侧阻力均在桩身埋深约为27ITI
的位置上出现峰值.在桩顶荷载为13200kN时,S3的峰值侧阻力为175kPa;
在极限荷载16800kN下,S3的
峰值侧阻力为226kPa;
当桩顶荷载加至18000kN时,S3的峰值侧阻力为246kPa.
在较大的桩顶荷载(&
gt;
13200kN)下,旋挖钻孔灌注桩S3比泥浆护壁钻孔灌注桩S1的各层土的侧摩阻力均
有不同程度的提高,尤其是在两场地高程为358m--368ITI的粉质粘土层(甲工程的⑦⑧两层粉质粘土和乙工程
的⑦层粉质粘土)中,在桩顶荷载13200kN下,试桩S3比试桩S1的侧阻力提高幅度达25%--43%左右.
3.3桩端阻力发挥性状分析
根据应变测试结果计算的桩身轴力,可以得到端阻力随桩顶荷载的变化(如表3),从表中可以看到:
1)各桩的桩端土层开始承受荷载作用所需桩顶荷载略有差别,S1桩和桩均为10800kN,S3桩和S4桩
均为12000kN,在这之前的桩顶荷载均由桩侧阻力承担.
2)桩端开始承受荷载以后,桩端阻力占桩顶荷载的比例随着桩顶荷载的增加有所增大.由表3可看出可
0加如如
山/
西安科技大学2005盘
以看出,在极限荷载下,试桩S1,端阻力分别占桩顶荷载的5.3%和7.4%,只有到最终荷载时,桩端阻力所占
比例分别达到11.3%和13%;
当试桩S3和S4桩顶荷载不大时,桩端阻力基本不发挥作用,当桩顶荷载逐级增
大时,桩端阻力的发挥值才逐渐增大.在极限荷载下,端阻力分别占总桩顶荷载的5.2%和6.0%,在最终荷载
时,端阻力所占桩顶荷载的比例分别为6.2%和8.5%.
由此可见两种桩的桩顶荷载主要由侧阻力承担,端阻力发挥作用不大,它们均为摩擦桩;
而且旋挖钻孔灌注
桩S3,S4比泥浆护壁钻孔灌注桩S1,的端承力占桩顶荷载的比例更小.
表3桩端阻力及其占桩顶荷载的比例
Tab.3BoSomres~tanceandtheprope~iesofloadsittakes
4结语
1)旋挖成孔与反循环钻进相比,能较好地反映出混凝土桩体与桩侧粉质粘土层之间的相互作用效应.因
而对于地层条件相似的甲乙两工程场地中,虽然试桩S3,S4比S1,短4m,但是采用旋挖成孔工艺的钻孔灌注
长桩S3,S4的承载力比泥浆护壁钻孔灌注长桩S1,承载力分别提高27%和17%左右.
2)旋挖钻孔灌注长桩和泥浆护壁钻孔灌注长桩在桩顶荷载作用下,桩身轴力均随桩的深度的增加而递减,
反映出摩擦桩的特性.各试桩桩身中部均是承受桩顶荷载的主要部位.
3)在甲乙两工程场地条件下,旋挖钻孔灌注长桩桩身上部轴力比泥浆护壁钻孔灌注长桩桩身上部轴力衰
减快.在较大的桩顶荷载(&
13200kN)下,旋挖钻孔灌注长桩S3比泥浆护壁钻孔灌注长桩S1的各层土的侧摩
阻力均有不同程度的提高.
4)两种桩的荷载传递性状均为侧阻先于端阻发挥,在工作荷载下主要依靠侧阻的发挥来提供承载力,桩端
承担的荷载比例很小,而且在甲乙两工程中,旋挖钻进成孔的钻孔灌注长桩S3,S4比泥浆护壁钻孔灌注长桩S1,
的端承力占桩顶荷载的比例更小.
参考文献:
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