CFG桩桩土应力比及褥垫层厚度研究_杨素春

—■— 单桩复合 1;—◆— 单桩复合 2 ;—·— 单桩复合 3 图 2 单桩复合地基静载试验曲线
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承载力特征值(460kPa), 该结果同样说明对于复合地 基静载试验 , s d =0.008 的取值不尽合理 。
4 桩土应力比计算与分析 4.1 桩间土应力测试结果
在进行三桩复合地基静载试验的前期 , 在褥垫层 与天然土的交界处埋设了 5 个土压力盒 , 其量程为 0.5MPa 或 1.0MPa ,在静载试验期间进行不同荷载下 桩间土的压力测试 , 每一级加载时均记录压力盒显示 值 , 桩间土压力随压板压力的增长曲线如图 3 。
—◎— 单桩 1;—■— 单桩 2 ;—·— 单桩 3 图 1 单桩静载试验曲线
按 s d =0.008 确定的单桩复合地基承载力特征 值比较离散 , 且差别很大 , 不宜采用 。 单桩复合地基 静载试验曲线见图 2 。对于三桩复合地基静载试验 , 按 s d =0.008 确定的复合地基承载力为 630kPa , 远 大于由“按 强度 控制 承 载力 特征 值” 确定 的复 合地 基
墙结 构 住 宅 楼 复 合 地 基 , 场 区 基 底 以 下 土 质 情 况为 :
1)人工堆积层 ;2)第四纪沉积的粘土 、重粉质粘 土 ②层 , 粘质 粉土 、砂质 粉土 ②1 层 , 粉质 粘土 ②2 层 , 砂质粉土 ②3 层 。
基底以下土质全部为第四纪沉积层 , 土层分布 大致如下 :
1 700 1 300 1 300 1 500 1 500 1 500
34.46 14.87 16.29 10.1 19.84 23.00
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750 650 650 400kPa 400kPa 400kPa
650 740 590 >600kPa 400kPa 400kPa
根据《建筑地基处理规范》(JGJ 79 -2002)复合 地基承载力计算公式推算 , 复合地基承载力特征值 为 436kPa ;三桩复合 地基静载试验 结果为 :复 合地 基承载力特征值为 460kPa , 大于由单桩承载力特征 值推算的复合地基承载力特征值 , 由此可以推断 , 桩 间土在工作状态下发挥更大的作用 。 3.3 承载力取值原则探讨
DO I :10.13204/j .gyjz2004.06.015
CFG 桩桩土应力比及褥垫层厚度研究
杨素春
(北京市勘察设计研究院 北京 100038)
摘 要 :通过 CFG 桩单桩及三桩复合地基 原位试 验 , 对 CFG 桩桩 土应力 比及褥垫 层厚度 进行研 究 。 三 桩试验的褥垫层厚度为 20cm, 试验加载为设计荷载的 2 倍 , 加载至设计荷 载时 , 桩间土压力 为 230kPa , 大 于原 状土承载力 160kPa , 桩土应力比为 14.3 , 远远小于设计值 , 说明 20cm 厚的褥垫层使桩间土的承载力发挥过大 。 CFG 桩的反向刺 入使天然土的承载力得以发挥 , 合理厚度的褥垫层应 使桩土应力比接近计算值 。 试验研究表 明 :褥垫层 5cm 厚时的变形明显小于 20cm 厚时 , 加载至 1.5 倍设计 荷载时桩 头均未 破坏 , 桩体的 反向刺入 均 大于 1.5cm, 说明 5cm 厚的褥垫层已足以使桩间土发 挥作用 , 且有利于控制沉降 。 关键词 :CFG 桩 桩土应力比 褥垫层厚度
CFG 桩复合地 基在北京地区 已得到了广泛应 用 , 取得了较好的技术 、经济效益 , 在设计 、施工方面 也取得了很多经验 。 但对于复合地基的理论研究目 前还相对滞后 , 作者试图通过现场试验研究 , 揭示桩 土应力比与褥垫层厚度的关系 。
1 试验场地的水文地质概况 试验研究对象为望京地区某 24 层全现浇剪力
RESEARCH ON THICKNESS OF CUSHION AND PILE-SOIL STRESS RATIO OF CFG PILE
Yang Suchun (Beijing Institute of Prospecting and Design Research Beijing 100038)
2 复合地基设计参数 2.1 CFG 桩设计参数
CFG 桩有效桩长为 16m , 桩身直径为 400 , 桩间 距为 1.58m ×1.52m , 矩 形 布 置 , 面 积 置 换 率 为 0.052 , 设计单桩承载力特征值为 650kN 。 2.2 桩身强度
混凝土养护时间达到 28d 后 , 对 521 号 、522 号 楼分别取试桩进行取芯 , 取芯直径 55 , 522 号楼试 桩取芯总 长 17.60m , 从桩顶 到桩底 并达到 桩底土 层 ;521 号楼取芯总长 9.95m , 因取芯钻机与桩体均 存在竖向偏差 , 使钻机在 9.95m 处偏出桩身 。 岩芯 连续性良好 , 取芯率达到 100 %, 外观光洁致密 , 无 孔洞 。
根据《建筑地基处理规范》(JGJ 79 -2002)规定 , 表中“ 按 沉降 控制 承载力 特征 值” 取各 试验 点沉 降值 为 0.008 倍桩径(或压板直径)所对应的荷载值(s d =0.008)。
单桩承载力特征值平均为 R a =660kN , 与“按强
度控 制承 载力 特征 值” 确 定 的 单 桩 承载 力 特 征 值 比 较接近 , 可以证明 , 两种确定方法均较为合理 。 单桩 静载试验曲线见图 1 。
Abstract :The relative between stress ratio of pile-soil and the thickness of cushion is researched by experimental and theoretical analyses .7 experiments were conducted , including tests on 3 piles and single-pile composite-foundations .The distribution of stress and deformation in the composite-foundation were measured .The thickness of the cushion for test of 3 piles was 20cm and the test loading was 2 times of the designed one .When loading toe the designed load the pressure between the piles was 230kPa which is 160kPa higher than the bearing capacity of the original soil .The stress ratio of pilesoil was 14.3, much less than the assumed stress ratio .When the thickness of cushion was suitable , the stress ratio is near to the assumed ratio .According to these measurements , when the thickness of cushion was 5cm , the deformation was less than the one of 20cm .Which was favorable for controlling settlement . Keywords :CFG pile pile-soil stress ratio thickness of cushion
作 者 :杨素春 女 1966 年 3 月出生 硕士 高级工程 师 副 总工程师 收稿日期 :2003 -10 -10
工业建筑 2004 年第 34 卷第 6 期
地基承载力的不足 , 同时控制建筑物的变形 。 正式施工前 , 在该场区进行了一系列的前期试
验 , 除单桩静载试验 、单桩复合地基静载试验 、取芯 、 低应变动载试验外 , 重点进行了一组大尺寸载荷板 、 三桩复合地基静载试验 , 压板下 CFG 桩布置与设计 参数相同 , 按设 计 置 换率 计 算 , 确 定 压板 面 积为 7.06m2 。压板下埋设压力盒 5 个 , 随静载试验全程 量测桩间土的实际压力 , 以确定采用 20cm 的褥垫层 后 , 复合地基实际的桩土应力比 ;对单桩复合地基静 载试验 , 分别采用了不同的褥垫层厚度 , 通过对其变 形特性的研究 , 确定最合理的褥垫层厚度 。
1)局部为粘土 、重粉质粘土 ②层 , 大部分为灰色 的粉质粘土 、重粉质粘土 ③1 层 , 粉质粘土 、粘质粉
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土 ③层 ;2)标高 27.50m 以下为褐黄色的粉质粘土 、 粘质粉 土 ④层 , 粘 土 、重 粉质 粘土 ④1 层 ;3)标 高 26.00m 以下为灰色的粘质粉土 、粉质粘土 ⑤层 ;4) 标高 22.00m 以下为褐黄色的粉质粘土 、粘质粉土 ⑥ 层和粘质粉土 、砂质粉土 ⑥1 层 ;5)标高 19.00m 以 下为褐黄色的粉质粘土 、粘质粉土 ⑦层和粘土 、重粉 质粘 土 ⑦1 层 , 砂质 粉 土 ⑦2 层 ;6)标 高 11.54 ～ 14.10m 以下为细砂 、粉砂 ⑧层和圆砾 ⑧1 层 。
CFG 桩桩土应力比及褥垫层厚度研究 ——— 杨素春
表 2 静载试验结果
最大荷载 最大沉降 按强度控制承 按沉降控制承
试验点号 kN
量 mm 载力特征值 kN 载力特征值 kN
三桩复合
6 500 (919kPa)
46.52
3 250 (460kPa)
4 450 (630kPa)
单桩 1 号 单桩 2 号 单桩 3 号 单桩复合 1 单桩复合 2 单桩复合 3
2000 年 6 ～ 9 月勘探时实测地下水水位有两层 : 1)台地潜水 、静止水位埋深 0.70 ～ 3.40m , 标高 34.89 ～ 37.70m 。2)承压水 , 静止水位埋深 24.00 ～ 26.80m , 标高 11.78 ～ 14.48m 。 设计要求地基承载力为 400kPa , 建筑物最终沉 降 6cm , 采用 CFG 桩复合地基进行处理 , 以弥补天然
400kPa 时 , 桩间土 应力平均值为 200kPa ;压板 应力 920kPa 时 , 桩间土应力平均值为 400kPa 。
桩顶应力 :由压板压力及压力盒测试的桩间土 压力换算得出 :
压板应力为 400kPa 时 , f pk =3 415kPa 压板应力为 920kPa 时 , f pk =1 0143kPa 桩土应力比 : 压板应力为 400kPa 时 , n1 =f pk f sk =14.8 压板应力为 920kPa 时 , n2 =f pk f sk =25.3 4.3 桩土应力比变化规律 按上述相同的计算方法 , 计算出加载全过程不 同时期的桩土应力比 , 桩土应力比随荷载的变化曲 线见图 6 , 随变形增长的变化曲线见图 7 。
为检验混凝土强度 , 在不同深度内截取试样进 行抗压强度试验 , 试件直径 55mm , 高 55mm , 521 号 楼内试桩取 芯位置 在桩顶 以下 0.5 、5.7 、8.6m 处 ; 522 号楼试桩在桩顶以下 0.5 、5.5 、10.5 、16m 处 。
7 组岩样抗压强度平均值为 22.07MPa , 表明强 度是满足设计要求的 。
3 试验结果分析 3.1 桩身质量检测结果
首先采用低应变动测技术 , 对各试验桩的桩身 质量完整性进行检验 , 另对其中的两根桩进行了取 芯检验 , 证明桩身质量完好 , 混凝土强度满足设计要 求。 3.2 承载力检测结果
各试验点主要 测试成果及分析结果如表 2 所 示。
表 2 中“按强度控制承载力特征值”取各试验点 最大试验荷载或 极限荷载(4 号试验桩)的 0.5 倍 , 单桩承载力特征值平均为 Ra =683kN , 略大于单桩 承载力设计值 , 说明原设计取值比较合理 。