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第七章小桩头能做大文章——
桩伴侣(桩头的箍带箍的桩)PK桩帽承台褥垫净空
图7.1桩头的构造形式
原来认为,与桩身、桩脚相比,针对桩头的研究要冷清得多,但罗列一下,其实还真不少,传统上涉及桩头受到的水平力(由于地震水平荷载、边坡基坑支护)、桩头与承台连结部位的受力和构造、桩头部位缺陷桩的处理、施工时对桩头的保护等方面。
本文的研究范围局限在竖向荷载下的地基处理(GroundImprovement)问题,所以对上述问题基本不考虑,而是围绕在桩头上做文章,设法提高地基处理的经济性、安全性和可靠性。
7.1现有的桩头构造形式(图7.1)
7.1.1从上凸形桩顶试验[3]谈起
图7.1.1上凸形桩顶试验
天津大学郑刚教授等人曾进行了两个将桩顶设置为向上凸的曲面、桩顶以上设置200mm厚的褥垫层的单桩复合地基载荷试验(见图7.1.1),同时对比进行了无褥垫层的单桩复合地基载荷试验。
试验桩体为直径420mm、桩长12m的沉管灌注桩,载荷板尺寸为2mX2m。
得到复合地基试验的p-s曲线见图7.1.2。
图7.1.2上凸形桩顶试验P-S曲线
试验结果表明,桩起的作用很小,以s/b:
0.01(即s=20mm)确定的复合地基承载力特征值分别仅为85kPa和95kPa,注意到单桩极限承载力在800-900kN,而现场天然地基承载力:
90kPa,说明桩的承载力几乎没有发挥。
为此,取消垫层,对该二根桩重新进行复合地基载荷试验,结果见图7.1.2。
按s/b:
0.01确定的复合地基承载力特征值均大于158.75kPa(158.75kPa为试验最大加载值,此时对应的沉降<10mm)。
与前者相比,显然二者差距极大。
针对这一试验结果,对该工程提出了全面检查桩头剔凿是否平整的建议。
(注:
图7.1.2带垫层与取消垫层对应的所标符号似乎反了)
阎明礼教授在讲座中,也曾多次提到对于CFG桩,要求平整桩头时桩顶与土面必须在同一个平面,否则会影响复合地基试验的结果。
大量的工程实践和试验仍表明:
采用静载荷试验确定的刚性桩复合地基的承载力具有极大的离散性,对于复合桩基、半刚性复合地基等采用复合地基静载荷承载力试验的地基处理工程,这一问题同样存在。
为此,郑刚多次呼吁复合地基载荷试验的标准化问题[5][6]。
毛前[4]采用解析方法,在研究桩体刺入垫层时,假定桩头呈理想球形的条件下,用Vesic的小孔扩张理论,分析垫层、桩体、土三者模量与刺入量的关系,并推导了桩土荷载比的表达式。
但上述试验的结果显然不支持桩头为理想球形的假定,而且也表明:
桩头细微的变化,对桩的承载特性都会产生很大的影响。
7.1.2郑刚教授的分类及桩顶预留净空的专利
文献[3]指出,就桩、土与承台(或基础)之间的构造及其荷载传递方式来说,大致可分为以下三类:
①桩顶嵌入承台,荷载由承台直接传递给桩和土;②桩顶与基础或嵌固、或接触但不嵌固,荷载由基础直接传递给桩和土;③桩顶与基础之间设置褥垫层,荷载经基础由褥垫层分配给桩与土,此种情形主要指包括CFC桩复合地基在内的刚性桩复合地基。
针对以上三种构造形式,又提出了在桩顶与基础之间预留净空以发挥土承载力的构造形式。
显然,桩、土与承台(或基础)之间的构造决定着其荷载传递方式,相应地,其承台(或基础)-桩-土的相互作用也不同。
对于上述①和②两种情况,桩顶无论是嵌入承台或是直接与基础接触,当桩均受压而不出现抗拔时,其对竖向荷载的传递是相同的,因此,在确定试验内容时将其归为一类。
针对以上两种构造形式,郑刚又提出了在桩顶与基础之间预留净空以发挥土承载力的构造形式。
这样,郑刚教授归纳出桩、土与承台(或基础)之间的构造分为:
直接接触、设置垫层和预留净空三种形式。
并通过实验得到了不同构造形式下桩顶反力-荷载曲线[29](图7.1.3)等数据。
图7.1.3不同构造形式下桩顶反力-荷载曲线
2004年12月9日,天津大学申报了桩顶设置完全柔性桩垫的复合地基和复合桩基及其施工方法(200410093878.0),发明人:
郑刚;顾晓鲁;刘冬林;刘畅,发明公开了桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基及其施工方法,包括桩间土和设置在桩间土中的桩。
桩的上端设置有桩顶柔性桩垫,桩顶柔性桩垫上设置有素混凝土垫层,素混凝土垫层上端设置有建筑物基础。
桩顶柔性桩垫的材料为泡沫塑料等完全柔性材料。
施工方法包括以下步骤,通过成桩机具在天然地基中完成桩的桩体制作;清理桩头和桩间土,在桩顶留出桩顶柔性桩垫的空间;在桩顶放置完全柔性桩垫;施工100mm厚素混凝土垫层,素混凝土垫层施工完毕后要保证桩顶上桩顶柔性桩垫的完好;最后完成建筑物基础1的施工。
本发明的桩间土首先承担荷载,相当于荷载预压,实现了预固结,承载力高、沉降量小。
7.1.3宰金珉教授等人发明的位移调节专利
2005年,南京工业大学申报了四项有关桩端位移调节的专利,分别涉及位移调节的装置、用于不均匀花岗岩残积土的复合桩基施工工艺和桩基沉降可调式承载桩,其中三项获得授权,分别是:
(1)地基复合桩基施工工艺及其桩端位移调节装置(200510040317.9),发明人:
宰金珉;裴捷;廖河山,发明公开了一种适合于不均匀花岗岩残积土使用的地基复合桩基施工工艺:
根据上部结构荷载设计值确定桩应承担的荷载;按照墙、柱下布桩的原则进行布桩;在花岗岩残积土层设置端承摩擦桩,在孤石上设置端承桩且在端承桩上设置用于调节沉降差异的位移调节装置,调节装置由缸体、顶板和伸缩元件组成,顶板和伸缩元件设在缸体内,伸缩元件位于由缸体和顶板围成的腔体内;本发明与天然地基方法相比,解决了不均匀花岗岩残积土地基较难建造高层建筑物的难题,可使建筑物的沉降较小、安全可靠;较复合地基方法相比,充分利用了花岗岩残积土所具有的承载力,使用较少的桩数,成功解决不均匀花岗岩残积土地基较难建造高层建筑物的问题,降低了成本。
图7.1.3.1和图7.1.3.2所示分别为两种实施方式。
图7.1.3.1地基复合桩基施工工艺及其桩端位移调节装置(200510040317.9)
实施方式之一
(2)桩端位移调节装置(200510040316.4),发明人:
宰金珉;周峰;梅国雄;王旭东,发明公开了一种用于调节桩端位移的桩端位移调节装置,由缸体、顶板和伸缩元件组成,顶板和伸缩元件设在缸体内,伸缩元件位于由缸体和顶板围成的腔体内;其中,伸缩元件可采用立于缸体内端面和顶板之间位移调节钢板,该位移调节钢板呈筒形,并可由直径不等的呈筒形的钢板组成,筒形钢板按由小到大的直径顺序套设在一起;本发明具有消除复合桩基沉降差异所产生的影响,伸缩元件采用了筒形钢板后,使本发明受力和变形呈非线性关系,在完成预先给定的位移调节量后,所能承受的荷载趋于无穷大;方便调节建筑桩基桩顶位移的大小,整个装置中仅实用普通建筑材料,结构简单等优点。
图7.1.3.2地基复合桩基施工工艺及其桩端位移调节装置(200510040317.9)
实施方式之二
(3)桩基沉降可调式承载桩(200510041496.8),申请日:
2005.08.16,发明人:
宰金珉;王旭东;梅国雄;周峰,公开了一种用于建筑桩基工程的桩基沉降可调式承载桩,包括桩体,在桩体的端部设有桩基沉降自适应调整器,该桩基沉降自适应调整器由缸体、顶板和伸缩元件组成,顶板和伸缩元件设在缸体内,伸缩元件位于由缸体和顶板围成的腔体内。
本发明用于建筑物时,在受力初始阶段能承受一定的荷载,随着荷载的持续增大,开始屈服并产生变形,以此让地基土参与承担上部结构荷载,同时消除建筑物整体差异沉降所产生的对筏板的影响。
发明中的伸缩元件采用了筒形钢板后,使受力和变形呈非线性关系,如果持续增加荷载,在完成预先给定的位移调节量后,从而保证建筑物的整体安全。
本发明能够调节建筑桩基桩顶位移的大小和竖向刚度的大小,仅实用普通建筑材料,结构简单。
7.1.4桩底沉渣、缩经断桩与纵向预应变桩
纵向预应变桩(200520077687.5)是南京工业大学申报的实用新型专利,发明人:
梅国雄;周峰;宋林辉;赵建平,本实用新型公开了一种用于建筑物桩基的纵向预应变桩,包括混凝土桩体,在混凝土桩体内设有钢筋,在混凝土桩体的端部设有柔性桩体;本实用新型具有如下优点:
用于高层建筑时,竖向预应变桩基首先承担少量荷载,在桩体下端的柔性材料的作用下,桩体随着建筑物和土体一起下沉,在达到竖向预应变桩的预定位移后,桩基开始承担荷载,天然地基的承载力得到充分的发挥;本实用新型的使用就使得在有较好的地基土地区建造高层建筑,地基土承载力从以前的无法使用转变为可以充分使用,可以大量减少桩基础的使用,不仅环保,而且可以节约可观的建造成本。
见图7.1.3.2。
专利审查员将其IPC分类,归入E02D5/48沿长度结构改进的桩
图7.1.3.2纵向预应变桩(200520077687.5)
看到这项专利,恐怕那些想方设法致力于提高桩的端阻、侧摩阻的工程技术人员以及从事质量监督的监理工程师、监督员们生气得要吐血啦。
这和桩底沉渣、缩径断桩(见图7.1)有什么区别?
工程质量差一些不就是这个的结果吗?
回答当然是否定的。
因为对于地基处理工程,工程质量的监督重点应当突出强调均一性,一般情况下,只有均方差小才能最大程度地保证设计意图的实现,避免不均匀沉降引起上部结构较大的次应力。
每一个桩都是一模一样的缺陷要比每一个桩都达到质量标准更加难以控制。
纵向预应变桩(200520077687.5)与桩顶设置完全柔性桩垫的复合地基和复合桩基及其施工方法(200410093878.0)这两项专利在利用地基土承载力的承载力方面可以说是异曲同工,殊途同归。
但纵向预应变桩在施工难度要大很多。
7.1.6桩帽(桩头部扩大)的形式
目前报道的有扩顶CFG桩[7]在石油储罐工程和带帽[8][9][10][11]PTC预应力管桩在深厚软土地基处理中的应用。
这种带帽的桩型可理解为改变桩身纵断面的逐节变径桩的一种特殊状态,如果上面铺设褥垫层,则可以归为褥垫层的形式,如果直接接入基础底板,则相当于承台。
7.2新的桩头构造形式——桩伴侣(图7.1)
桩伴侣是目前正在申报发明专利的桩头的箍与带箍的桩(200710160966.1)由发明人所建议的俗称。
笔者于2007年12月14日提交了专利申请,并同时申请了提前公开,已通过初审,估计大约在2008年6月份正式公开。
7.2.1背景技术
与本发明的方法比较接近的有以下四类技术:
一是仅在桩的施工过程中使用的防止桩头损坏的各种桩帽,桩帽最重要的是能够将能量由锤或大型液压机构均匀地传到桩身上,通常桩帽与桩头及桩锤与桩帽间设置防振硬木垫或粗麻绳组成的桩垫,以吸收较大的直接冲击力或压力,其中一些较为新颖独特的技术还申报了专利,如“大型预应力双向组合式碟形弹簧桩帽”(90208833.5)、“复合桩帽”(200520025045.0)等。
二是桩的承台,通常一柱一桩的承台,也称之为桩帽,路基工程中的CFG桩复合地基、PHC桩复合地基在桩顶一般都加有类似于小型承台的桩帽,这些承台或桩帽通常为现浇的钢筋混凝土,在构造上承台或桩帽与桩连成一体。
三是中国发明专利“建筑物构筑物软土地基箍土处理法”(88101349.8)和“软土层高层建筑圆柱形预应力地箍基础结构”(01126418.7)中分别提到的箍土圈和地箍基础结构。
“建筑物构筑物软土地基箍土处理法”是在地基的四周设置一环形箍土圈,箍土圈以内地基还可设置箍土内圈,箍土圈的高度可根据地质条件和地基荷载确定,箍土圈可以钢筋混凝土或钢板现场制做,也可以制做预制桩打入地下围制而成。
“软土层高层建筑圆柱形预应力地箍基础结构”是在高层建筑的四周,夯埋单层或多层用耐腐蚀高强度材料或钢筋混疑土制成的圆柱形预应力地箍,加固地下基础与地上建筑的交接处及地坪至地箍,使受高层建筑物重力影响的土地蠕动及变形主要被限定在其中。
这两种方法都是在建筑地基的周边设置箍土圈或圆柱形预应力地箍,相当于封闭的地下连续墙,而在箍土圈以内设置的箍土内圈则相当于一种能够发挥地基土承载力的异型桩。
四就是各种普通的不带箍的桩。
桩是各种竖向增强体的统称,承担竖向荷载是桩的长项,而桩的短处是承担水平荷载的能力弱。
水平荷载主要发生在桩的上部,而且桩头处在地基与上部结构的连接位置,其受力状态最复杂,有些类型的桩桩头受力最大,对桩头的施工质量要求也最高,因此,有必要加强对桩头的研究,特别是技术创新,通过新的措施来改善桩头的受力状态和受力条件。
7.2.2发明内容
本发明公开了桩头侧面上下一定高度范围设置闭合环形箍的一种箍与桩配合使用的地基处理方法,箍的内径大于桩头的外径,箍与桩是分开的,桩与桩头的箍通过桩间土和垫层的传力来协同工作,组合成带箍的桩,本发明中桩与箍密不可分,所以将发明的名称定为“桩头的箍与带箍的桩”,箍可以与桩基础和各种类型的竖向增强体复合地基配合使用。
箍为闭合环形,其截面形式根据工程需要可以是矩形、三角形、“T”字形或“L”字形、圆形等。
按照目前的技术,制作箍的材料首选混凝土,可以预制,也可以现浇,并根据受力和构造情况配置钢筋。
预制箍可以消纳一些粉煤灰等活性物质或垃圾等废弃物,与制作预制混凝土桩、垃圾砖的技术类似,只需更换模板便可大批量生产,成本很低。
箍的截面形状、外径、内径、高度、施工过程、嵌入桩间土的深度、周边设置垫层的状况等情况根据工程实际采取不同的处理方法,与桩的作用、类型、刚度、桩间距、桩间土性质相协调。
为保证箍与桩之间能够协同工作,需要使桩与箍之间有一个相对的位移变形,带箍的桩的桩顶设置压缩量小的褥垫层或压缩量大的柔性垫层或预留沉降空间,使桩相对于箍产生向上的位移,箍通过压缩桩间土和垫层将荷载传递到桩身。
如果极端不需要箍向桩顶传递水平荷载,还可在箍与桩头侧面一定高度范围放置压缩量大的缓冲材料预留箍和桩间土与桩头之间的相对水平位移空间,但此时也同时需要在桩顶设置足够高度的柔性垫层或预留空间减小桩顶直接承担的垂直荷载。
对于带有承台的桩基础,箍伸入承台内部,承台的钢筋与箍的钢筋相互连接,水平荷载主要由箍来承担。
箍的主要作用可以归纳如下:
(1)箍的设置使桩头附近增加了一个受力体,分担一部分荷载,减小了桩头的应力集中,改善受力条件,弥补施工质量缺陷。
(2)箍与桩、桩间土共同分担水平荷载,特别是分担大部分原来需要由桩头承担的水平荷载,克服了竖向增强体承担水平荷载的能力弱的缺点。
对于桩基础来说,箍的侧向刚度比桩大很多,可以承担大部分的水平荷载,桩处于带箍的桩的中性点处,混凝土桩可以减小配筋量,甚至可以采用不配钢筋的素混凝土桩。
(3)箍承担部分垂直荷载,并将垂直荷载通过对桩间土和垫层的约束作用以负摩阻力的形式逐渐传递到桩的侧面,同时在一定深度范围内增大对桩侧面的约束。
这样,对桩头来说,减小了垂直方向的主应力,增大了另外两个方向的应力,相应提高了材料极限破坏的强度;对桩头以下一定区域的桩身来说,不仅增大了侧面的约束,而且由于箍的分担和传力作用,减小了正、负摩阻力中性点处桩身轴力最大值的峰值。
此外,箍约束柔性桩在桩顶范围内发生的侧向膨胀,可以大幅度减小地基的沉降变形,提高柔性桩复合地基的承载能力。
(4)箍加大了桩顶面积,减少了桩顶对基础地板的冲切力,可以减小基础地板的厚度,带箍的桩可以应用更大的桩间距和更薄的垫层,这些因素都可以降低工程造价。
7.2.3附图说明和具体实施方式
图7.2.1横断面示意图
图7.2.2典型的刚性桩复合地基
图7.2.3典型的桩基础
本发明的附图说明如下:
图7.2.1为地基的横断面示意图,仅标出了桩
(1)和箍
(2)。
图7.2.2和图7.2.3分别为典型的刚性桩复合地基和桩基础的剖面构造示意图。
示例中箍
(2)的截面形式为矩形。
附图编号说明如下:
1、桩2、箍3、上部结构4、垫层5、预留净空6、桩承台
实施例1(刚性桩复合地基):
箍与底板接触但不连接。
参见附图7.2.2。
实施例2(桩基础):
箍的钢筋深入到基础底板或桩乘台中,参见附图7.2.3。
7.2.4权力要求书
(1)一种箍与桩配合使用的地基处理方法,其特征在于在桩头侧面上下一定高度范围设置闭合环形箍,箍的内径大于桩头的外径,箍与桩是分开的,桩与桩头的箍通过桩间土和垫层的传力来协同工作,组合成带箍的桩。
(2)按照权力要求1所述的箍与桩配合使用的地基处理方法,其特征在于桩箍的截面是矩形、三角形、“T”字形或“L”字形、圆形等多种截面形式中的一种。
(3)按照权力要求1所述的箍与桩配合使用的地基处理方法,其特征在于箍的截面形状、外径、内径、高度、施工过程、嵌入桩间土的深度、周边设置垫层的状况与桩的作用、类型、刚度、桩间距、桩间土性质相协调。
(4)按照权力要求1所述的箍与桩配合使用的地基处理方法,其特征在于带箍的桩的桩顶设置压缩量小的褥垫层或压缩量大的柔性垫层或预留沉降空间。
(5)按照权力要求1所述的箍与桩配合使用的地基处理方法,其特征在于对于带有承台的桩基础,箍伸入承台内部,承台的钢筋与箍的钢筋相互连接。
(6)按照权力要求1所述的箍与桩配合使用的地基处理方法,其特征在于在箍与桩头侧面一定高度范围放置压缩量大的缓冲材料预留箍和桩间土与桩头之间的相对水平位移空间。
7.2.5应用及专利转化情况
目前,本发明还没有工程应用的实例和试验数据,正在进行转化和推广工作。
所需研究经费已部分落实,从泰安科大洛塞尔传感技术有限公司购买GSJ-2A型振弦式传感器智能检测仪一台和1MP-10MP振弦式土压力盒一批、专用电线电缆等设备,生产混凝土预制箍的生产厂家已经联系好,根据设计图纸已报价,订货后1个星期内就可生产出一定批量。
目前已经得到了某市甲级建筑设计研究院设计四所主任工程师郭工和某省甲级建筑设计院有限公司李经理教授及高级工程师的明确支持,计划用于其所设计的地基处理的工程中。
这项技术已经基本确定将在某市住宅保障中心龙康苑小区住宅工程中得到试用。
该工程共有28层的住宅三座,采用高强混凝土预应力管桩,上面铺设褥垫层做成复合地基的形式。
由于预应力管桩的单桩承载力比CFG桩大很多,桩距相应较大,桩顶向基础底板的冲切力比较大,即使不考虑箍对提高使用阶段承载力和减小沉降的作用,作为一种构造措施,箍对于减小桩对地板的冲切力、增大底板刚度(相当于把底板由平底鞋变成了带有凹凸的运动鞋)减小不均匀沉降也是有利的,而且造价增加很小。
另外一个易于被接受、可能首先会得到应用的方面是通过额外放置的箍对小应变检测中的缺陷桩进行补救。
对于检测出来的三、四类桩,一般情况是不被选择参加静载荷试验的,如果在一些缺陷桩的桩头放置箍进行静载荷试验,与其它完整桩的静载荷数据进行对比,可能会得到更有益的结论。
7.3人为创造时间-沉降量曲线
前文已经讨论过,以沉降量为控制指标的地基处理理论虽然有很大的优越性,但由于场地地质条件的复杂、勘察的局限、地基土质本身的不均匀、施工质量的离散性、施工和使用阶段增加荷载的偶然性等等不确定因素,难以得到理论计算所需要的准确参数,于是,理论上计算的精确就没有相对粗糙的宏观上的概念设计和经验的把握更可靠、可信。
如果能够人为地采取一些措施,将桩土这一共同受力体的某些环节削弱或增强,使实际情况向设计人员所预定的方向发展,从而为以沉降量为控制指标的地基处理方法创造出符合理论计算的实现条件。
利用预留沉降、位移调节装置以及“桩伴侣”技术可以提出一些解决方案。
7.3.1带有褥垫层的刚性桩复合地基静载荷试验局限性的启发
图7.3.1不同厚度褥垫层P-S曲线示意图
刚性桩复合地基褥垫层的作用本文就不再赘述。
根据地基处理规范,静载试验褥垫厚度应取150mm。
研究表明,褥垫厚度与桩、土荷载分担密切相关,褥垫越厚,土承担的荷载越多,桩承担的荷载越少,反之亦然。
当褥垫太薄,会导致桩顶应力集中,桩间土承载能力不能充分发挥,应该由桩间土承担的荷载转移至桩上,容易发生桩头压碎或桩过早首先达到单桩极限承载力,复合地基承载力偏低。
阎明礼[12]曾介绍过这样一个案例:
某工程为使复合地基竣工验收承载力得以通过,静载试验时人为选用很小的褥垫厚度,目的是减少给定压力下复合地基P—S曲线的变形。
这样做首先是不规范,同时也不一定获得较高的承载力。
如图7.3.1所示。
曲线a为褥垫厚度150mm时试验结果,曲线b为褥垫厚度20mm试验结果。
对正常设计的复合地基(桩体强度等级和单桩承载力不是过分保守),S/B=0.01对应的荷载在曲线a和曲线b分别为Pa和Pb,显然Pb大于Pa。
但由于曲线b褥垫太薄,桩间土承载能力不能充分发挥,和曲线a相比,由于桩过早达到单桩极限承载力,则有曲线b对应的承载力由极限荷载的一半Pc(Pc=
)来控制。
除了褥垫层厚度以外,载荷板宽度、边载、约束条件等等,都会使静载荷试验所反映出的刚性桩复合地基的P-S曲线和按照S/B确定的承载力发生较大的离散性。
郑刚[6]还指出的,试图以单桩复合地基载荷试验结果(不设褥垫层,或比实际工程薄得多的褥垫层)反映实际基础下设置较厚的褥垫层、且为群桩复合地基工作状态的桩土分担荷载情况,无论如何是难以解释的。
而且粘性土中观测结果也表明,实际基础(承台)下桩、土分担荷载长期是处于一种动态调整变化过程。
在复合地基设计阶段,地基规范规定:
复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定,或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定;地基处理规范规定:
复合地基承载力特征值,应通过现场复合地基载荷试验确定。
初步设计时,也可按下式估算刚性桩复合地基承载力特征值:
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk
(1)
式中:
fspk—复合地基承载力特征值(kpa);
m—面积置换率;
Ra—单桩竖向承载力特征值(kN);
Ap—桩的截面积(m2);
β—桩间土承载力折减系数,宜按地区经验取值,如无经验时可取0.75~0.95,天然地基承载力较高时取大值;
fsk—桩间土承载力特征值(kPa),宜按当地经验取值,如无经验时,可取天然地基承载力特征值。
从承载力极限状态来说,刚性桩复合地基的承载力由桩和土构成,忽略其相互作用及打桩挤土效应对桩土承载力的影响,复合地基极限承载力fsp,u应满足下式:
fsp,u≤nRu+(A-Ap)fu
(2)
式中n——桩数;
Ru——单桩极限承载力;
A、Ap——基础底面积、桩总截面积;
fu——天然地基极限承载力。
(2)式即为复合地基极限承载力至多等于桩、土极限承载力总和。
如果取安全系数2,在
(2)式两端除以2,则可得到
(1)式(此时β取1)。
由此可以认为[6],按
(1)式确定的复合地基承载力从承载能力极限状态的角度来说似乎更为明确,即
(1)式适用于反映承载能力极限状态,工作荷载下“桩土分担荷载”、“变形不协调”、“实际建筑物基础下桩土的工作状态”与极限状态下桩、土承载力的发挥情况,即与总极限承载力没有必然联系。
静载荷试验是目前规范规定的可信度最高的设计依据。
基于上述理解,笔者认为,尽管其P-S曲线所反映沉降的过程并不准确,但反映的结果即极限承载力是可信的。
也就是说,尽管由于褥垫层厚度、加载历程等因素造成了初始阶段桩土分担荷载比例、沉降差异不同,但如果继续加载下去,桩与土都会达到承载能力的极限,静载荷试验所得到的P-S曲线会逐渐逼近或趋同。
由此也得到一种启发:
既然静载荷试验时桩头状态的改变(相对于桩长来说,是很微小的改变)会非常大地影响到沉降曲线,那也就为人为地创造一种预定的、更加合理的沉降曲线提供了依据。
7.3.2反映建设项目全寿命期的时间-沉降量(T-S)曲线
参见图7.3.2,横坐标时间同时包含了荷载的参数,近似于一条缓慢加载的P-S曲线,同时包含了地基土蠕变的影响因素。
典型的桩基础的T-S曲线如靠上的一条曲线
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