预制桩竖向极限承载力的时间效应规律研究

预制桩竖向极限承载力的时间效应规律研究
赵福霞
【摘要】According to the measured results of high strain during different resting periods,the paper sums up the time effect law for the vertical ultimate bearing capacity of precast piles by combining with projects,and indicates the time effect mechanism of saturated clay bearing capacity.%根据不同休止期高应变的实测结果，结合实际工程总结了混凝土预制桩单桩竖向极限承载力的时间效应规律，论述了饱和软粘土承载力时间效应机理。

【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2016(042)009
【总页数】2页(P83-83,84)
【关键词】打入式混凝土预制桩;承载力;时间效应
【作者】赵福霞
【作者单位】天津市地质工程勘察院，天津 300000
【正文语种】中文
【中图分类】TU473.11
打入式混凝土预制桩在饱和软土中单桩竖向承载力随时间增长现象早在20世纪30年代就被国外学者发现。

我国软土地区，在60年代也积累了一些打入桩承载力时间效应资料。

据资料统计，在各种不同情况下单桩最终承载力比初打时增长约200%～400%，达到稳定值所需时间，由几十天至数百天不等。

若考虑承载力的
时间效应，不但可以节约工程造价，而且可以节省一定的工期，对国民经济建设不无益处。

高应变PDA技术现已日趋完善，在打入桩时间效应课题的研究中崭露头角，为保证评价结果精确可靠，在本工程之初，我们进行了动静对比，对比结果表明Ru动/Ru静= 0. 85，为以后的CAPWAP实测波形拟合分析奠定了可靠的基础。

某工程位于大港西部，拟建物为石油化学工业厂房及配套合成装置。

采用打入式预制方桩，截面面积（450×450）mm2，长为19. 0 m。

采用筒式柴油锤施打，以
标高贯入度双控法沉桩，经实测初打收锤时贯入度一般在200 mm/10锤～270 mm/10锤。

场地为第四系冲积海积平原，地层呈层状分布，水平近乎各向同性，垂向差异明显。

在20. 0 m～26. 0 m范围内分布有一层较均匀的密实粉土夹砂质粉土，强度突出，为本工程桩基持力层。

根据本场地工勘报告，设计提出该桩型单桩竖向极限承载力估算值为1 500 kN。

打入式预制桩在沉桩中挤压扰动桩周土，使高灵敏度饱和软土结构发生改变；超压孔隙水在桩土界面形成一“水膜”，类似起了润滑作用，使贯入阻力减小。

随着桩尖进入下部硬土层，锤击数增加，上部桩土界面上下贯通，在超孔隙水压力作用下，部分孔隙水向上运移，排出地表，同时在沉桩过程中地表出现隆起。

这两者结果使得桩周土体超孔隙水压力开始逐步消散，消散最快的也在重塑区。

在休止期内，土的触变时间效应作用使得重塑粘性土强度逐步恢复；更主要的是使“水膜”散失（土体内含水量减少），土体的有效强度和密实度逐步增加，随时间增长将超过原天然强度，原重塑区便形成一个致密的土壳层，紧紧地贴附在桩身表面，类似加大了桩径，提高了承载力。

我们从所完成的近200根检测桩中，选取了部分相同桩型的分析结果参与统计。

实测数据见表1。

根据已有研究成果，挤土桩时间效应模型应符合下列函数：
其中，Qt为任意龄期桩的承载力，kN；Q0为初打承载力，kN；αt为t时刻承载力的增长率，αt=（Qt- Q0）/Q0；a，b均为与桩型、土质条件有关的常数；t为自变量时间，d。

长期承载力被认为当t→∞时的Qt值，即：
其中，Qmax为长期承载力，kN；αmax为最大增长率，αmax= limt/ （at + b），当t→∞时，αmax=1/a。

根据本场地不同龄期承载力实测数据（见表2），绘制Q—t散点图（见图1）。

数据经数学回归分析，计算出回归方程如下，并绘制出平均单桩竖向极限承载力时间效应曲线（图1中黑实线）。

其中，Q0为平均初打极限承载力，Q0=586. 82 kN。

即，理论上当时间无限长时，单桩竖向极限承载力最大恢复系数为2. 38，在估算单桩竖向极限承载力1 500 kN的休止期为19 d。

不同龄期承载力及其增长率详
见表2。

1）上述归纳公式为平均规律，而实测点为带状分布，主要原因：a.地层的相变，
导致土阻力有差异，例如进入持力层多或少等，使端阻和侧阻不尽相同；b.沉桩时间的快慢导致桩周土重塑区厚薄不一，超孔隙水压大小不一；c.排水条件不同，水膜消散有快有慢，包裹在桩周的硬壳层薄厚不一，导致承载力有差异；d.检测方法本身的误差。

2）上述结果表明，承载力在初打后25 d内增长最快，25 d时承载力为初打时的2. 71倍。

之后增长变缓，在100 d时承载力为25 d的1. 17倍。

故在饱和软粘
土中打入桩休止期为25 d是合理的。

就本工程而言在龄期19 d时，单桩竖向极
限承载力已达到1 500 kN，可以节省一定工期。

3）对于打入式预制混凝土桩单桩竖向承载力时间效应的研究，有助于桩基础设计。

单桩在达到休止期后承载力仍有部分增长，可以提高承载力设计值。

【相关文献】
［1］刘金励.桩基工程手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，1997.
［2］刘金励，李雄.饱和软土中预制桩承载力时效的研究［J］.岩土工程学报，1992，14（4）：101-102.。