自平衡试桩法和锚桩试桩法的对比分析

收稿日期: 2010- 07- 23 第一作者简介: 边建林 ( 1973) ) , 男, 2007年 毕业于西 南交通大 学岩土 工程专业, 工程师。
图 1 锚桩法加载示意 (单位: cm )
自平衡试桩法和锚桩试桩法的对比分析: 边建林 赵升峰
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度为 60m。用 5 @ 800 t油压千斤顶在桩顶对试桩分级 施加荷载, 通过预埋在桩身内的钢筋应力计测出每级荷 载作用下相应截面的应力。在桩身同一截面对称布置 4个钢筋计, 按土层分布共设 6个断面, 如图 2所示。
B ian J ianlin Zhao Shengfeng
摘 要 在钻孔灌注桩桩基工程中, 为确保工程安全, 需要进行静载试验。传统的静载荷试桩法费
力、费时、费钱。通过某黄河铁路特大桥施工的两根同直径的试桩, 分别采用锚桩法和自平衡试桩法进
行静载荷测试。测试结果表明: 自平衡试桩法与常用的锚桩试桩法相比, 具有节约工期、节省测试费用、
结构学报, 2002, 23( 1) : 82 - 88 [ 2] 黄生根, 张晓炜, 龚维明. 后压浆钻孔灌注桩的荷载传递 机理研究
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版社, 1995 [ 4 ] 谭洪亮, 赵鹏宇. 大直径桩桩顶加载自锚式测桩法 [ J] . 2008 ( 2) [ 5 ] 张铁富, 王靖涛. 钻孔灌注桩承载力自平衡测试法 [ J] . 土工基础,
图 2 S 1 试桩钢筋计布置示意 (单位: m )
212 自平衡试桩法
S2 桩采用自平衡测试法, 是利用预埋在桩身的荷 载箱进行钻孔桩静载试验的方法。试验时, 在地面通 过液压泵对荷载箱内腔施加压力, 将箱盖与箱底推开, 从而调动桩周土的摩阻力与端阻力, 直至破坏。其测 试原理见图 3。荷载箱距桩端距离 16127m, 沿桩身设 5层钢筋计, 每截面对称布置 4个, 见图 4。
图 10 Q -S 曲线对比
5 结论
( 1) 桩 S1, S2 的 Q - S 曲线均呈缓变形。由 于桩 长不同, 2 根桩的荷载 - 沉降变化规律有所区别。在 起前半段, 两条曲线非常接近; 在后半段, 随着荷载增 大, S1 桩的下降速率明显大于 S2 桩。若取 S = 30 mm 进行 对 比, S2 的 承 载 力 为 59 500 kN, S1 的 承 载 力 为 48 000 kN。
关键词 兰渝铁路 工程地质 滑坡 选线
中图分类号: U41213
文献标识码: B
1 概述
兰渝铁路自兰州枢纽引出, 经甘肃兰州市、定西 市、陇南市, 以 28 km 特长隧道穿越西秦岭山脉到达四 川省广元市, 全线长 493 km。兰州至渭源段沿线经兰 州东、夏官 营 镇、高崖 镇、杨 家 川至 渭源 县, 全 长 约
图 4 S 2 试桩钢筋计布置示意 ( 单位: cm )
36 000 kN, 每级加载值为最大荷载的 1 / 15。试验得到 的 Q - S 曲线见图 5。根据各级荷载作用下测得的桩 端应力, 可 计算 出 桩端 阻 力占 桩 顶荷 载 的 比例, 见 图 6。
图 5 桩 S 1 的 Q - S 曲线
图 9 平均摩阻 力对比
象。随着位移增大, 整个桩段的摩阻力逐渐发挥出来, 平均正摩阻力自然大于平均负摩阻力。取趋于稳定的 位移 12mm 进行比较, 在中密卵石层中平均负摩阻力 约为平均正摩阻力的 0184倍。
412 桩承载性能分析
在桩承载力自平衡测试中, 测定了荷载箱的荷载、 垂直方向向上和向下的变位量以及桩体在不同深度的 应变值。通过桩的应变和混凝土的应力 - 应变关系, 可以计算出桩身轴力分布, 进而求出不同深度的桩侧 摩阻力。利用荷载传递解析方法, 将桩侧摩阻力与变 位量的关系、荷载箱荷载与向下变位量的关系, 换算成 桩顶荷载 ) 沉降关系曲线, 经转换的桩 S2 的 Q - S 曲 线及其与桩 S1 的对 比见图 10。为便于比较, 采 用双 曲线模型对桩 S1 的 Q - S 曲线进行拟合 (见图 10), 桩 S1、S2 的 Q - S 曲线均呈缓变形, 在起前半段两条曲线 非常接近, 且 S1 在 S2 之上。但随着荷载增加, S1 的下 降速率明显快于 S2, 在 S = 12mm 时, S1 落在 S2 之下, 且随着荷载增大, 差距越来越大。若取 S = 30 mm 进 行对 比, S2 的 承 载 力 为 59 500 kN, S1 的 承 载 力 为 48 000 kN。 S2 比 S1 长 18 m, 桩顶沉降为 30 mm 时, S1 的桩侧摩阻力基本发挥出来, 端阻力也得到发挥, 端阻 力占总荷载的比例达到 22146% ( 见图 7), 呈摩 擦端 承桩特性。而 S2 的桩侧摩阻力还未充分发挥, 端阻力 占总荷载的比例只有 3159% ( 见图 9) , 桩顶沉降基本 由桩身压缩引起, 呈摩擦桩特性。
40 文章编号: 1672- 7479( 2010) 05- 0040- 03
铁道勘察
2010年第 5期
自平衡试桩法和锚桩试桩法的对比分析
边建林1 赵升峰 2
( 11 铁道第三勘察设计院集团有限公司, 天津 300142; 21 南京地质工程勘察院, 江苏南京 210009)
Comparison and Analysis on Self-balanced Pile M ethod and Anchored PileM ethod
摘 要 兰渝铁路沿线工程地质条件复杂, 滑坡、湿陷性黄土、膨胀岩土等不良地质和特殊岩土分
布较广, 线路方案的选择主要受滑坡和不稳定性斜坡的控制, 在详细分析沿线工程地质条件的基础上,
重点对张家庄至杨家川段 4个主要方案进行了分析比选: DK 方案以长隧道穿行于黄土梁峁底部, 工程
地质条件相对最好, 工程安全可靠性高, D2K、D3K 方案次之, D1K 方案最差。
( 3) 锚桩法 ( S1 桩 ) 的加载方式为由桩顶竖直 向 下, 桩侧摩阻力为正摩阻力, 自平衡法 ( S2 桩 ) 上段桩 的加载方式为由下往上, 桩侧摩阻力表现为负摩阻力; S1 桩摩阻力的发挥顺序为由上往下, S2 桩摩阻力的发 挥顺序为由下而上。二者变化规律基本相似, 取趋于 稳定的同一位移 S = 12 mm 进行比较, 在中密卵 石层 中平均负摩阻力约为平均正摩阻力的 0184倍。
( 4)在卵石层中摩阻力表现出明显的应力软化 特性。
参考文献
[ 1 ] 龚维明, 戴国亮. 蒋永生, 等. 桩自平 衡测试理 论与实践 [ J] . 建筑
130 km。
2 工程地质概况
211 地形地貌
本段线路通过区在地貌上属于黄土高原区。由河 谷阶地, 黄土台源, 黄土梁、峁以及基岩孤丘的中低山 组成, 高程在 1 500~ 2 600 m之间, 相对高差 200~ 360 m。总体地形北高南低, 北面起伏 小, 南面起伏大, 沟 壑交织。主要河流有黄河、宛川河、秦祁河、崔家河、锹
1 工程概况
某黄河铁路特大桥设计全长 4 011186 m, 主 桥下 部为实体花瓶形墙式墩身, 引桥桥墩为双柱式墩身, 均 采用钻孔灌注桩基础形式。全桥共设计混凝土钻孔灌 注桩 328根。在两处代表性区域, 各施工了一根试桩, 并分别采用锚桩法和自平衡试桩法进行静载荷测试。 通过试桩为桩基础设计提供依据, 并验证灌注桩施工
对施工影响小等优点。
关键词 自平衡试桩法 静载荷试验 锚桩法 承载力
中图分类号: U443115
文献标识码: B
传统的静载荷试桩法费力、费时、费钱, 美国西北 大学教授 Osterberg研究成功了一种新的静荷载 试桩 法, 近年来已在美国各州广泛应用。东南大学土木工 程学院以龚维明教授为主的研究团体结合中国工程实 际, 对此方法 进行了优 化, 并 总结出 了 / 自 平衡试 桩 法 0。由于其加压装置较为简单, 无需占用试验场地, 试验操作又较为方便, 费用较低, 且能直接测定桩的侧 阻与端阻, 获得了工程界的好评。自平衡试桩法已成 功应用于润扬长江大桥、杭州湾跨海大桥、苏通大桥、 南京长江第三大桥等重大工程的钻孔灌注桩承载力测 试中, 是一种可靠、经济、适用性强的桩基承载力测试 技术。
(中铁第一 勘察设计院集团有限公司, 陕西西安 710043)
M ain Issues on Engineering Geological Conditions at Lanzhou- W eiyuan Section of Lanzhou- Chongqing Railway
Zhen B ingguo
图 3 自平衡法测试原理
3 测试结果 311 锚桩法试验结果
该试桩采用慢 速维持加载法最大加载 值
图 6 桩端阻力占桩 顶荷载比例
312 自平衡法试验结果
自平衡法静载试验得到的荷载箱上部和荷载箱下 部的荷载 - 位移关系曲线见图 7。根据各级荷载作用 下测得的桩端应力, 可计算出桩端阻力占桩顶荷载的 比例, 见图 8。
收稿日期: 2010- 08- 17 作者简介: 甄 秉国 ( 1976) ) , 男, 2001 年 毕业 于长 安大 学建筑 工 程专 业, 工学学士, 工程师。
例达 22146% , 为摩擦端承桩; 桩 S2 的桩侧摩阻力还未 充分发挥, 端阻力占总荷载 的比例只有 3159% , 桩顶 沉降基本由桩身压缩引起为摩擦桩。
( 2)桩 S2 比 S1 长 18 m, 当桩顶沉降为 30 mm 时, S1的桩侧摩阻力基本发挥出来, 端阻力占总荷载的比
兰渝线兰州至渭源段主要工程地质问题及选线: 甄秉国
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文章编号: 1672- 7479( 2010) 05- 0043- 03
兰渝线兰州至渭源段主要工程地质问题及选线
甄秉国
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铁道勘察
2010年第 5期
图 7 自平衡法测试曲线
图 8 桩端 阻力占桩顶荷载比例
4 两种测试方法的比较及桩承载性能分析 411 摩阻力对比及分析
试桩 S1、S2 所处场地地层分布及力学性能基本相 近, S1 桩 长 32 m, S2 上 段 桩 长 33173 m, 下 段 桩 长 16127m, 取 S2 上段桩与 S1 桩 的平均摩 阻力进行 对 比。S1 桩的加载方式为由桩顶竖直向下, 桩侧摩阻力 为正摩阻力, S2 桩的加载方式为由下往上 (见图 3)。 桩侧摩阻力表现为负摩阻力, S1 桩摩阻力的发挥顺序 为由上往下, S2 桩摩阻力的发挥顺序为由下而上。受 力机理的区别最终体现为平均摩阻力 - 位移曲线的区 别, 为便于比较, 采用双曲线模型对二者进行拟合, 见 图 9。当桩顶 (荷载箱 ) 位移小于约 5 mm 时, 桩 S2 的 平均摩阻力 大于桩 S1 的平均 摩阻力; 当位移超 过 5 mm 时, 桩 S1 的平均摩阻 力才超过桩 S2 的平均摩 阻 力。这主要是由土层分布的差异和受力机理的差别所 造成的, 同一 土层中负摩阻力应小于正 摩阻力, 但 桩 S2 最先发挥的是强度较高的下部土层的负摩阻力, 而 桩 S1 最先发挥的是强度较低的上部土层的正摩阻力, 因而出现初期平均负 摩阻力大于平均正摩阻力的 现
2008, 22 [ 6] 吴 鹏, 龚维明, 薛国亚, 等. 桩基承载 力测试 O-C ell法与 自平衡
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工艺的可行性。试桩有关参数见表 1。
表 1 试桩参数
试桩编号 桩径 /m 桩长 /m 成桩形式 桩端持力层
S1
11 5 321 0 钻孔灌注桩 卵石
S2
11 5 501 0 钻孔灌注桩 卵石
试验方式 锚桩法
自平衡试桩法
2 试桩方法及原理
211 锚桩法
S1 试桩加载试验采用 / 二锚一 0锚桩 - 混凝土反 力梁法进行, 见图 1。每根锚桩设计直径为 210 m, 长
石力学与工程学报, 2004, 23( 5 ) : 809- 813 [ 9 ] JG J94) 2008 建筑桩基技术规范 [ S] [ 10] 5基坑工程手册 6编委会. 基坑工程手册 [ M ]. 北京: 中国 建筑工