超長(zhǎng)鉆孔灌注樁群樁承載性能的研究

1、報(bào)告簡(jiǎn)本1引言項(xiàng)目組以我國(guó)公路橋梁跨江、跨河及跨海大橋?yàn)楣こ瘫尘伴_(kāi)展研究，研究?jī)?nèi)容涵蓋：超長(zhǎng)鉆孔灌注樁現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)、荷載傳遞機(jī)理、荷載傳遞性狀、有限元分析及數(shù)值分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及室內(nèi)模型試驗(yàn)、可靠度計(jì)算分析、成孔成樁檢測(cè)與缺陷處理技術(shù)等諸多方面。該項(xiàng)目研究的目的：提高超長(zhǎng)鉆孔灌注樁現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試水平，探究超長(zhǎng)鉆孔灌注樁界限值，提出超長(zhǎng)鉆孔灌注樁承載力計(jì)算方法、設(shè)計(jì)參數(shù)取值建議等，形成一套較完整的公路橋梁超長(zhǎng)鉆孔灌注樁試驗(yàn)、檢測(cè)、設(shè)計(jì)以及缺陷處治技術(shù)。項(xiàng)目研究成果應(yīng)用于大型橋梁樁基礎(chǔ)建設(shè)，將會(huì)大大節(jié)約基礎(chǔ)建設(shè)的資金，提高橋梁的安全性。2主要研究成果超長(zhǎng)鉆孔灌注樁單樁現(xiàn)場(chǎng)試技術(shù)及荷載試驗(yàn)研究2.1.1現(xiàn)場(chǎng)

2、測(cè)試技術(shù)研究(1)錨樁反力梁法常規(guī)的錨樁反力梁法采用普通混凝土反力系統(tǒng)，存在錨樁抗拔能力不足或反力系統(tǒng)抗彎能力不足，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的高試驗(yàn)加載噸位。課題組研發(fā)了“大噸位基樁靜載試驗(yàn)預(yù)應(yīng)力反力系統(tǒng)裝置”，使錨樁法試樁的加載噸位得以大大提高，解決了錨樁混凝土在高拔力下會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的難題，并能有效利用工程樁、承臺(tái)和墩身，從而節(jié)約了試驗(yàn)的土建投資，該系統(tǒng)已獲得國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利。圖2.1.1-1、2.1.1-2為反力系統(tǒng)有限元模型仿真示意圖有及限元計(jì)算模型中預(yù)應(yīng)力束布置圖。圖-1有限元模型仿真示意圖-2有限元計(jì)算模型中預(yù)應(yīng)力束布置圖(2)自錨樁法改進(jìn)的“自錨樁法荷載箱”能有效的消除荷載箱位移失真，提高測(cè)試的

3、精度，并獲得國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利。其核心內(nèi)容是補(bǔ)償荷載箱上下混凝土不密實(shí)引起的剛度降低。圖為該新型荷載箱圖片。圖-3自錨樁法荷載箱現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)研究項(xiàng)目組在浙江、廣東、山東等地結(jié)合多座大橋和特大橋梁依托推廣工程中進(jìn)行了13根錨樁反力梁法試樁和7根自錨樁法試樁試驗(yàn)。其中，錨樁法試樁加載噸位超過(guò)30000kN的共有9組試樁，最大加載噸位達(dá)40000kN，創(chuàng)下國(guó)內(nèi)外錨樁反力梁法試樁加載噸位之最。錨樁法及自錨樁法試驗(yàn)情況匯總于表2.1.2-1、表2.1.2-2。圖2.1.2-15為部分試樁現(xiàn)場(chǎng)照片及數(shù)據(jù)分析曲線。錨樁法靜荷載試驗(yàn)情況匯總表表2.1.2-1序號(hào)工程名稱(chēng)試樁數(shù)量(根)試樁樁長(zhǎng)(m)試樁樁徑(cm

4、)計(jì)算承載力(kN)最大加載力(kN)1杭州錢(qián)塘江四橋2120220003300025000350002杭州錢(qián)塘江五橋2120220003300015000205003杭州錢(qián)塘江六橋2120220003250024000360004汕頭市梅溪河金鳳大橋西港高架橋20100130002200007800120005湛江海灣大橋212020000220003000240006青島海灣大橋349.00120330003800052.00370004000003700040000自錨樁法靜荷載試驗(yàn)情況匯總表表2.1.2-2序號(hào)工程名稱(chēng)試樁數(shù)量(根)試樁樁長(zhǎng)(m)試樁樁徑(cm)預(yù)計(jì)加載力(kN)最大加

5、載力(kN)1湛江海灣大橋(雙荷載箱)1120上2*8500上2*9350下2*8500下2*76502東營(yíng)黃河公路大橋(單荷載箱)41211202*150002*150001211202*150002*16500781002*80002*8800781002*80002*66103杭州灣跨海大橋(一個(gè)單荷載箱，一個(gè)雙荷載箱)2852502*337502*36850125280上2*29000上2*29000下2*13000下2*130004陜西太棗溝特大橋1891202*80002*130002*50002*5000圖2.1.2-1 錢(qián)塘江四橋橋試樁工程圖2-2 湛江海灣橋試樁工程圖2.1.

6、2-3 青島灣橋試樁工程圖2.1.2-4試樁實(shí)測(cè)P-S曲線圖2.1.2-5試樁實(shí)測(cè)樁身軸力圖2.2超長(zhǎng)鉆孔灌注樁單樁承載力的理論研究2.2.1超長(zhǎng)樁單樁荷載傳遞基本特點(diǎn)荷載傳遞是超長(zhǎng)樁工作特性的重要內(nèi)容。包括：荷載的分配，傳遞方式，地基土、樁身及樁端土共同承擔(dān)外荷載的相互關(guān)系，發(fā)揮過(guò)程和分布規(guī)律。具有以下特點(diǎn)： 超長(zhǎng)樁具有和普通樁前兩階段相似的特性，即荷載-沉降曲線為緩變型，沒(méi)有明顯的破壞特征； 樁頂限制沉降較小時(shí)樁側(cè)阻力發(fā)揮并不充分； 超長(zhǎng)鉆孔樁承載力由沉降控制。在杭州錢(qián)塘江四橋、五橋、六橋，湛江海灣大橋，東營(yíng)黃河大橋、青島海灣大橋、杭州灣跨海大橋等工程項(xiàng)目的超長(zhǎng)鉆孔灌注樁荷載試驗(yàn)均得到驗(yàn)證

7、。2.2.2樁身荷載傳遞的剛度法函數(shù)解課題研究以超長(zhǎng)樁荷載傳遞機(jī)理為核心，以我國(guó)正在新建的跨江、跨河及跨海公路特大橋?yàn)橐劳?，在大量的現(xiàn)場(chǎng)試樁資料統(tǒng)計(jì)、分析基礎(chǔ)上，通過(guò)樁土剛度與樁長(zhǎng)的關(guān)系分析和超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的受力特征分析，建立了基于樁土總剛度、樁土剪切剛度、樁端土抗壓剛度等參數(shù)的超長(zhǎng)鉆孔灌注樁單樁承載力剛度計(jì)算法，使超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的計(jì)算設(shè)計(jì)更加貼合實(shí)際。2.2.2.1樁土傳遞的函數(shù)模型建立(1) 超長(zhǎng)鉆孔灌注樁軸向荷載作用下的傳遞函數(shù)模型及解答樁側(cè)阻力樁土相對(duì)位移的函數(shù)模型圖2.2.2-1 樁土體系荷載傳遞在樁身任意深度處取一微分樁段圖2.2.2-1，由平衡條件可得樁土體系荷載傳遞的基本微分方

8、程：(2.2.2-1)其求解取決于樁側(cè)及樁端荷載傳遞函數(shù)的形式。樁側(cè)土荷載傳遞函數(shù)模型通過(guò)大量的室內(nèi)、室外試驗(yàn)可知，雙曲線型傳遞函數(shù)能較好的對(duì)樁土進(jìn)行擬合，且擬合方法簡(jiǎn)單、精度高，并可用相關(guān)系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)曲線的擬合效果，如圖2.2.2-2所示。圖2.2.2-2 雙曲線函數(shù)模型雙曲線型荷載傳遞函數(shù)表達(dá)式為：(2.2.2-2)樁端土的荷載傳遞函數(shù)模型超長(zhǎng)鉆孔灌注樁樁端土的力學(xué)模型即可采用雙曲線函數(shù)，也可簡(jiǎn)化為雙折線函數(shù)近似模擬其荷載傳遞性能。樁端土承載力雙曲線型表達(dá)式：(2.2.2-3)樁端承載力雙折線型表達(dá)式： (2.2.2-4)樁身荷載傳遞的剛度法函數(shù)解基于雙曲線函數(shù)模型的荷載傳遞剛度法函數(shù)解是本

9、研究課題提出的超長(zhǎng)鉆孔灌注樁單樁承載力新計(jì)算體系，它使超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)、計(jì)算更加精細(xì)化，計(jì)算更符合實(shí)際情況。圖2.2.2-3 樁土計(jì)算模型圖2.2.2-4 樁土簡(jiǎn)化計(jì)算模型圖2.2.2-3和2.2.2-4分別為樁土計(jì)算模型、簡(jiǎn)化計(jì)算模型，若采用矩陣剛度法進(jìn)行樁基結(jié)構(gòu)計(jì)算，其基本方程為：(2.2.2-5)超長(zhǎng)鉆孔灌注樁樁頂受到一個(gè)樁頂力，得到沉降量為：為樁土總剛度(2.2.2-6)在樁頂荷載作用下，第n段樁第i分段的樁側(cè)摩阻力可按雙曲線函數(shù)表示為： (2.2.2-7)樁端反力可表示為：(2.2.2-8)若為樁側(cè)的樁土位移，設(shè)為樁側(cè)的樁土剪切剛度，則樁側(cè)摩阻力及樁端反力可表示為：(2.2.2-

10、9)第i分段的彈性壓縮量：(2.2.2-10)各段樁樁身壓縮量與樁土間相對(duì)位移有如下關(guān)系：(2.2.2-11)經(jīng)推導(dǎo)可得： (2.2.2-12)或(2.2.2-13)P單樁樁頂軸向受力（kN）第段樁對(duì)應(yīng)的樁側(cè)摩阻力（kPa）；樁端土承載力（kPa）；u樁的周長(zhǎng)（m）；A樁底截面面積（m2）；n鉆孔樁總段數(shù)；各土層的厚度（m）；樁土總剛度（kN/mm）；第段樁樁與土的剪切剛度（kN/mm）；第段樁樁身豎向彈性剛度（kN/mm）；K0樁端處土的彈性抗壓剛度系數(shù)（kPa/mm）。通過(guò)引入的樁土剛度各參數(shù)及樁身荷載傳遞的剛度法函數(shù)解可對(duì)超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的界定長(zhǎng)度及有效樁長(zhǎng)進(jìn)行判定、分析。2.2.2.2樁

11、土傳遞的函數(shù)模型擬合分析通過(guò)對(duì)大量樁土位移室外現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)及室內(nèi)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，表明雙曲線函數(shù)能夠較好的擬合側(cè)摩阻力與樁土位移之間的關(guān)系，且擬合方法簡(jiǎn)單，參數(shù)少，擬合精度高（見(jiàn)圖-5）。室內(nèi)各類(lèi)土試驗(yàn)及模型樁試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合相關(guān)系數(shù)均在以上，試樁實(shí)測(cè)各土層的擬合相關(guān)系數(shù)大于0.8 的為98%以上。圖.2-5室內(nèi)試驗(yàn)各類(lèi)土與土擬合曲線圖圖.2-6模型樁樁土擬合曲線圖2.2.2-7原型試樁樁側(cè)摩阻力與樁土相對(duì)位移擬合曲線圖圖2.2.2-8原型試樁樁端土曲線圖 樁基的PS曲線擬合利用各原型試樁得到的樁側(cè)樁端荷載傳遞函數(shù)后，對(duì)樁頂實(shí)測(cè)PS曲線進(jìn)行擬合，圖2.2.2-9和圖2.2.2-10為部分原位超

12、長(zhǎng)樁試樁擬合結(jié)果，從圖中可以看出用雙曲線傳遞函數(shù)能較好的對(duì)樁頂PS曲線進(jìn)行擬合，誤差較小。2號(hào)試樁3號(hào)試樁圖2.2.2-9錢(qián)江四橋?qū)崪y(cè)與計(jì)算曲線1號(hào)試樁2號(hào)試樁圖2.2.2-10錢(qián)江五橋?qū)崪y(cè)與計(jì)算曲線2.2.2.3不同參數(shù)對(duì)超長(zhǎng)樁承載性能的影響項(xiàng)目組主要分析樁側(cè)土剪切模量、樁身混凝土模量、長(zhǎng)徑比、樁長(zhǎng)和樁徑等對(duì)超長(zhǎng)鉆孔灌注樁荷載傳遞性狀影響因素。圖-115為部分不同參數(shù)下計(jì)算曲線。各參數(shù)對(duì)樁基承載性狀有不同程度的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合適的長(zhǎng)徑比，在盡量減少工程量的同時(shí)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的承載能力和樁頂容許位移的要求。圖2.2.2-11樁側(cè)土不同剪切模量下曲線圖2.2.2-12不同長(zhǎng)徑比單樁荷載PS曲

13、線圖2.2.2-13不同樁長(zhǎng)單樁荷載PS曲線圖2.2.2-14不同樁徑單樁荷載PS曲線圖2.2.2-15不同樁身彈模單樁PS曲線2.2.2.4超長(zhǎng)樁有限元分析計(jì)算本研究借助大型通用有限元軟件ANSYS對(duì)鉆孔灌注樁進(jìn)行三維空間仿真分析，通過(guò)計(jì)算實(shí)例分別分析了樁長(zhǎng)、樁徑、土體粘聚力值、樁側(cè)土體剛度、樁端土體剛度對(duì)樁基承載性能的影響程度。圖2.2.2-16計(jì)算模型示例圖片圖2.2.2-17不同樁長(zhǎng)樁基Q-S曲線圖2.2.2-18不同樁徑樁基Q-S曲線圖2.2.2-19不同C值樁基Q-S曲線圖2.2.2-20樁側(cè)土不同剪切剛度樁基Q-S曲線L=60mL=20m圖2.2.2-21不同樁端土剛度樁基Q-S

14、曲線2.2.2.5超長(zhǎng)樁的界定及定義超長(zhǎng)鉆孔樁是由普通樁通過(guò)逐漸增加樁長(zhǎng)而形成。在已定的樁徑下，普通樁在樁頂荷載作用下，樁側(cè)及樁端抗力將達(dá)到極限狀態(tài)。增加樁長(zhǎng)度，樁頂可承受荷載逐漸增大，樁土剛度呈直線增加；當(dāng)樁長(zhǎng)增加到一定數(shù)值時(shí)，樁頂可承受荷載增大速率逐漸減小，樁土剛度的增幅逐漸平緩形成拐點(diǎn)。此時(shí)，如繼續(xù)增加樁長(zhǎng)，則樁土剛度不再增大，基本保持在一個(gè)定值。a）樁頂沉降10mm時(shí)b）樁頂沉降20mmc）樁頂沉降30mm圖2.2.2-22樁長(zhǎng)樁土剛度曲線圖從圖2.2.2-22可以看出，在相同樁頂沉降的情況下，隨土層樁土剪切剛度減小而拐點(diǎn)下移，在土層不變的情況下隨著樁頂沉降增加拐點(diǎn)下移。按現(xiàn)有規(guī)范計(jì)算

15、方法計(jì)算樁長(zhǎng)時(shí)，設(shè)計(jì)承載力取樁側(cè)摩阻力極限值和樁端阻力極限值的1/2。在樁頂容許大沉降的前提下，中小橋梁的中短樁計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合。對(duì)特大橋及重要橋梁，樁頂容許沉降均較小的長(zhǎng)樁或超長(zhǎng)樁才能滿足上部結(jié)構(gòu)的正常使用功能。從超長(zhǎng)樁受力機(jī)理得知，因樁土位移的限制，下段樁側(cè)摩阻力和樁端阻力不可能充分發(fā)揮，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力不可能出現(xiàn)整體達(dá)到極限的狀態(tài)。超長(zhǎng)樁定義為：特大橋及重要橋梁在極限荷載作用下，為滿足橋梁對(duì)樁頂沉降的限制條件，鉆孔樁逐漸增長(zhǎng)，但增加到一定長(zhǎng)度后部分樁側(cè)摩阻力并不能完全發(fā)揮，我們把有此特征值的樁基稱(chēng)為超長(zhǎng)樁。樁側(cè)各土層摩阻力恰好達(dá)到極限值時(shí)的臨界樁長(zhǎng)為超長(zhǎng)樁界定值。超長(zhǎng)樁的長(zhǎng)

16、度界定因樁頂位移、荷載及樁土參數(shù)的變化而不同。從單層土的計(jì)算分析可以看出，在荷載作用下，同等樁頂沉降時(shí)，超長(zhǎng)樁界定值在軟土中較大，硬土中較小。統(tǒng)計(jì)分析可以看出實(shí)際工程樁在不同的荷載作用或不同的樁頂位移時(shí)，96的超長(zhǎng)樁界定值分布在40m80m的范圍內(nèi)。2.2.3超長(zhǎng)鉆孔灌注樁單樁室內(nèi)模型試驗(yàn)課題組完成了三期77組單樁室內(nèi)模型試驗(yàn)，包括有機(jī)玻璃單樁模型試驗(yàn)、混凝土單樁模型試驗(yàn)、土土剪切試驗(yàn)、土混凝土剪切試驗(yàn)、單元樁室內(nèi)模型試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果較好的反映了單樁的受力特性及不同土質(zhì)不同埋深對(duì)樁基承載性能的影響。圖2.-1有機(jī)玻璃模型樁樁身節(jié)段照片圖2.2.3-2混凝土模型樁加載照片圖2.2.3-3混凝土單樁

17、Q-S曲線圖2.2.3-4混凝土單樁樁身軸力圖土土剪切試驗(yàn)成果：各種土體剪切試驗(yàn)最大水平推力隨深度的增加而增加，即土體的剪切強(qiáng)度隨深度的增加而增加，基本呈正比例關(guān)系，見(jiàn)圖）。土混凝土剪切試驗(yàn)成果：土混凝土剪切試驗(yàn)最大水平推力隨深度的增加而增加，即土體與混凝土的極限摩阻力隨深度的增加而增加，基本呈正比例關(guān)系，見(jiàn)圖2.23-5 b）。a）土-土剪切試驗(yàn) b）土-混凝土剪切試驗(yàn)圖2.2.3-5 各土樣極限摩阻力與深度關(guān)系曲線單元樁試驗(yàn)成果：在不同深度下，混凝土樁的極限摩阻力隨模擬深度的增加而增加。圖2.2.3-6不同深度單元樁試驗(yàn)P-S曲線圖2.2.3-7極限承載力與深度關(guān)系曲線2.2.4單樁承載力

18、參數(shù)取值及計(jì)算方法2.2.4.1超長(zhǎng)鉆孔灌注樁單樁承載力參數(shù)取值分析(1) 單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值的確定鉆孔樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度因樁頂位移、荷載及樁土剛度變化而不同。對(duì)于大橋和特大橋，一方面應(yīng)盡量使樁基充分發(fā)揮樁側(cè)摩阻力和樁端反力，另一方面，為了橋梁的安全使用功能，要控制樁基位移。因此，應(yīng)按以下原則確定設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。安全等級(jí)一級(jí)：即特大橋、重要橋梁樁基樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)本課題推薦承載力公式計(jì)算，其設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)應(yīng)大于超長(zhǎng)鉆孔灌注樁長(zhǎng)度界定值，建議大于倍超長(zhǎng)樁界定值。安全等級(jí)二級(jí)：即大橋、中橋、重要小橋樁基樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)本課題推薦承載力公式計(jì)算，其設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)應(yīng)不大于倍超長(zhǎng)樁界定值。安全等級(jí)三級(jí)：即小橋樁基，其設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)應(yīng)不大于超長(zhǎng)樁界

19、定值，可根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范承載力公式進(jìn)行計(jì)算。安全等級(jí)一級(jí)、二級(jí)，超長(zhǎng)鉆孔灌注樁樁基豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的取值，在樁基試驗(yàn)與靜力觸探、標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試結(jié)果差值不大于50時(shí)，超長(zhǎng)鉆孔灌注樁樁基豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的取值應(yīng)參考本課題統(tǒng)計(jì)推薦極限承載力，宜取試樁極限承載力倍。測(cè)試結(jié)果差值大于50時(shí)，建議應(yīng)取小于倍試樁極限承載力。安全等級(jí)三級(jí)，超長(zhǎng)鉆孔灌注樁樁基豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值參考表如下：超長(zhǎng)鉆孔灌注樁極限樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值取值參考(kPa) 表2.2.4-1土類(lèi)規(guī)范中值規(guī)范取值推薦中值)推薦取值流塑亞粘土、亞砂土25 2030302040硬塑粘土65 50808550120軟塑亞粘土、亞砂土45 355548

20、3560硬塑亞粘土、亞砂土7055859560130粉砂、細(xì)砂45 3555584075中砂50 4060684590風(fēng)化巖石*250120380超長(zhǎng)鉆孔灌注樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值取值參考(kPa) 表2.2.4-2土名稱(chēng)土的狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值土名稱(chēng)土的狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)值亞粘土、粘土軟塑200240卵石密實(shí)600800亞粘土、粘土硬塑260280角礫巖強(qiáng)風(fēng)化450500粉砂、細(xì)砂松散70100角礫巖弱風(fēng)化600800中砂中密260300角礫巖微風(fēng)化8001000粗砂中密270350泥質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖強(qiáng)風(fēng)化400450粗砂密實(shí)450500泥質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖弱風(fēng)化500600礫砂密實(shí)400500泥質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)泥

21、巖微風(fēng)化650750注：表中無(wú)取值土類(lèi)，建議采用原公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ024-85取值。(2) 單樁樁土剪切剛度和樁端土抗壓剛度的確定超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的樁側(cè)摩阻力值及樁端土抗力按樁土剪切剛度和樁端土的抗壓剛度進(jìn)行分配，其、的取值原則應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果得出的各土層雙曲線擬合函數(shù)計(jì)算確定。沒(méi)有試樁資料時(shí)，超長(zhǎng)鉆孔灌注樁樁基剪切剛度和樁端土的抗壓剛度取值建議參考表如下：超長(zhǎng)鉆孔灌注樁樁土剪切剛度標(biāo)準(zhǔn)值取值建議參考表(kPa/mm) 表2.2.4-3土類(lèi)推薦取值范圍流塑亞粘土、亞砂土13硬塑粘土1530軟塑亞粘土、亞砂土36硬塑亞粘土、亞砂土1222粉砂、細(xì)砂38中砂515風(fēng)化巖石*257

22、5(4)樁土相對(duì)位移樁側(cè)土極限位移樁土側(cè)摩阻力和樁土位移可近似用雙曲線來(lái)模擬，在沒(méi)有試樁實(shí)測(cè)資料或簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，人們往往習(xí)慣于用樁側(cè)土極限側(cè)摩阻力和樁土達(dá)到極限摩側(cè)阻力時(shí)的位移來(lái)表示樁土荷載傳遞函數(shù)。本課題結(jié)合我國(guó)公路橋梁的現(xiàn)狀，按前述的我國(guó)公路橋梁通常取樁頂沉降：S=2040mm所對(duì)應(yīng)的樁頂荷載為樁的極限承載力，取S520mm所對(duì)應(yīng)的樁頂荷載為設(shè)計(jì)荷載的依據(jù)。試樁實(shí)測(cè)各土層摩阻力達(dá)到極限承力時(shí)樁土的相對(duì)位移研究成果匯總?cè)绫?.2.4-4。樁土的相對(duì)位移的研究成果匯總（mm）表2.2.4-4土類(lèi)推薦中值推薦取值范圍流塑亞粘土、亞砂土301540硬塑粘土7410軟塑亞粘土、亞砂土201030硬塑亞

23、粘土、亞砂土8610粉砂、細(xì)砂201030中砂16725風(fēng)化巖石*10515樁端土極限位移表2.2.4-5為各試樁在試驗(yàn)荷載作用下樁端土極限位移統(tǒng)計(jì)表，從表中可以看出樁端土極限位移離散性很大。大部分試樁在試驗(yàn)荷載作用下樁端土仍然處于彈性狀態(tài)并未達(dá)到極限。建議樁端極限位移取值為210mm或。實(shí)測(cè)試樁樁端極限位移統(tǒng)計(jì)表表2.2.4-5序號(hào)土層名稱(chēng)極限位移值（mm）試樁名稱(chēng)1微風(fēng)化安山玢巖5.25 錢(qián)江4橋2號(hào)試樁2微風(fēng)化含礫砂巖14.76 錢(qián)江4橋3號(hào)試樁3弱風(fēng)化凝灰質(zhì)粉砂巖21.13 錢(qián)江5橋1號(hào)試樁4卵石42.22 錢(qián)江5橋2號(hào)試樁5強(qiáng)風(fēng)化礫凝灰質(zhì)中砂117.14 錢(qián)江6橋3號(hào)試樁6強(qiáng)風(fēng)化礫凝

24、灰質(zhì)中砂122.62 錢(qián)江6橋4號(hào)試樁7強(qiáng)風(fēng)化花崗巖92.92 金鳳橋1號(hào)試樁8強(qiáng)風(fēng)化花崗巖48.42 金鳳橋2號(hào)試樁9亞粘土4.30 東營(yíng)1號(hào)10亞砂土10.09 東營(yíng)2號(hào)11中細(xì)砂4.84 東營(yíng)3號(hào)12中細(xì)砂7.80 東營(yíng)4號(hào)13弱風(fēng)化粉砂巖20.23 杭徽1號(hào)試樁14強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)砂質(zhì)頁(yè)巖3.90 廣惠1號(hào)試樁15強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)、泥質(zhì)頁(yè)巖4.42 廣惠2號(hào)試樁2.2.4.2 超長(zhǎng)鉆孔灌注樁單樁承載力計(jì)算方法提出剛度變形協(xié)調(diào)原則計(jì)算樁基垂直承載力的方法，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)資料及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)值，通過(guò)分析程序控制，依據(jù)樁基剛度及剪切剛度等參數(shù)值分配，自動(dòng)生成最優(yōu)樁長(zhǎng)、樁徑。(1) 單樁承載力設(shè)計(jì)計(jì)算表

25、達(dá)式單樁豎向極限設(shè)計(jì)計(jì)算的表達(dá)式為：（法）（2.2.4-1）其中：，按剛度變形協(xié)調(diào)原則計(jì)算樁基垂直承載力：（K法）（2.2.4-2）式中：P單樁豎向荷載（kN）；公路橋梁樁基重要性系數(shù)，對(duì)安全等級(jí)一、二、三級(jí)公路橋梁分別取、；單樁豎向承載力（kN）；、單樁抗力分項(xiàng)系數(shù)、樁側(cè)阻抗力分項(xiàng)系數(shù)和端阻力抗力分項(xiàng)系數(shù)，根據(jù)不同成樁工藝取值，一般；、分別為樁周第i層土極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值和樁端持力層極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值。第段樁對(duì)應(yīng)的樁側(cè)摩阻力折減系數(shù)；樁端土承載力折減系數(shù)；其余參數(shù)同式(2.2.2-13)達(dá)式中引入了、四個(gè)參數(shù)，目的在于建立的概念，并積累有關(guān)數(shù)據(jù)，以利于修訂規(guī)范時(shí)明確提出不同樁基的、值。樁側(cè)阻力

26、分項(xiàng)系數(shù)、端阻力分項(xiàng)系數(shù)表征同類(lèi)樁側(cè)阻和端阻的變異性。根據(jù)超長(zhǎng)鉆孔灌注樁的受力特征，側(cè)摩阻力折減系數(shù)、樁端土的承載力折減系數(shù)是當(dāng)下半段未能達(dá)到極限值時(shí)，樁側(cè)摩阻力按樁土剛度分配的折減。（2）單樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的確定原則鉆孔樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度因樁頂位移、荷載及樁土剛度變化而不同。對(duì)于大橋和特大橋，一方面應(yīng)盡量使樁基充分發(fā)揮樁側(cè)摩阻力和樁端反力，另一方面，為了橋梁的安全使用功能，要控制樁基位移。因此，應(yīng)按以下原則確定設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。安全等級(jí)一級(jí)：即特大橋、重要橋梁樁基樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)本課題推薦承載力公式計(jì)算，其設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)應(yīng)大于超長(zhǎng)鉆孔灌注樁長(zhǎng)度界定值，但應(yīng)小于有效樁長(zhǎng)。安全等級(jí)二級(jí)：即大橋、中橋、重要小橋樁基樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)本課

27、題推薦承載力公式計(jì)算，其設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)應(yīng)不大于。安全等級(jí)三級(jí)：即小橋樁基，樁基樁長(zhǎng)其設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)應(yīng)不大于，因此，可根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范承載力公式進(jìn)行計(jì)算。課題組以青島海灣大橋等大橋?yàn)槔?，按課題方法計(jì)算設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)表明，在極限荷載作用下，滿足樁頂容許沉降時(shí)，與原設(shè)計(jì)相比，課題計(jì)算方法部分工程樁樁長(zhǎng)減短，說(shuō)明原設(shè)計(jì)偏于保守，造成工程上的浪費(fèi)。同時(shí)，部分樁基樁長(zhǎng)增大，說(shuō)明在原設(shè)計(jì)的樁長(zhǎng)、樁徑狀況下，樁頂沉降不能滿足使用功能要求。對(duì)于特大橋梁設(shè)計(jì)，在樁頂容許沉降有嚴(yán)格要求時(shí)，采用現(xiàn)有規(guī)范設(shè)計(jì)方法，盡管極限側(cè)摩阻力取值保守，由于設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有對(duì)樁頂容許沉降進(jìn)行充分考慮，所設(shè)計(jì)的樁基仍然存在安全隱患，可能影響橋梁正常使用。采用課題

28、提出的方法，按樁基實(shí)際受力情況進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)，參數(shù)取值充分參考勘察報(bào)告和試樁實(shí)測(cè)值，使樁徑、樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)得到最好的優(yōu)化。2.2.5超長(zhǎng)鉆孔灌注樁承載能力可靠度研究利用JC法計(jì)算各類(lèi)土的可靠度指標(biāo)，當(dāng)抗力按對(duì)數(shù)正態(tài)分布計(jì)算時(shí)可靠度平均值在之間，當(dāng)抗力按正態(tài)分計(jì)算時(shí)，可靠度平均值在之間，汽車(chē)荷載分布概型對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大，抗力按對(duì)數(shù)正態(tài)分布計(jì)算時(shí)，計(jì)算結(jié)果高于按正態(tài)分布計(jì)算的結(jié)果。一般運(yùn)行狀態(tài)和密集運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算結(jié)果相差不大。利用最小二乘法確定超長(zhǎng)鉆孔灌注樁目標(biāo)可靠度指標(biāo)在之間。2.2.6超長(zhǎng)鉆孔灌注樁擴(kuò)孔值的統(tǒng)計(jì)及成孔檢測(cè)規(guī)程通過(guò)對(duì)多個(gè)工程共計(jì)2630根鉆孔灌注樁的成孔直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，給出了實(shí)際成孔直

29、徑擴(kuò)孔值標(biāo)準(zhǔn)值的建議取值，如表2.2.6-1所示。擴(kuò)孔值建議取值表2.2.6-1樁徑(m)中值（cm）取值范圍(cm)建議取值范圍(cm)1141851210416510415510510根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)和公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ02485)對(duì)鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，結(jié)合多個(gè)工程的成孔質(zhì)量檢測(cè)實(shí)踐，編寫(xiě)了超長(zhǎng)鉆孔灌注樁成孔質(zhì)量檢測(cè)規(guī)程。該規(guī)程對(duì)超聲法成孔檢測(cè)的設(shè)備要求、檢測(cè)方法、數(shù)據(jù)分析、報(bào)告編寫(xiě)方法等做了詳細(xì)規(guī)定，對(duì)今后超聲成孔檢測(cè)方法的推廣和應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。2.3超長(zhǎng)鉆孔灌注樁群樁承載性能的研究2.3.1超長(zhǎng)鉆孔灌注樁群樁承載力的理論研究

30、課題對(duì)3D、和6D三組不同樁間距超長(zhǎng)鉆孔灌注樁進(jìn)行了理論計(jì)算分析，總結(jié)了樁端應(yīng)力與樁端位移與樁間距的關(guān)系，圖-1圖為計(jì)算分析圖。(a)單樁樁端最大應(yīng)力50.361kPa (b)3D樁間距群樁樁端最大應(yīng)力62.434 kPa樁間距群樁樁端最大應(yīng)力62.048 kPa （d）6D樁間距群樁樁端最大應(yīng)力61.525 kPa圖2.-1不同樁間距下樁端應(yīng)力云圖圖2.3. 1-2樁端應(yīng)力與樁間距關(guān)系圖2.3.2-3樁端位移與樁間距關(guān)系2.3.2超長(zhǎng)鉆孔灌注樁群樁室內(nèi)模型試驗(yàn)課題組通過(guò)試驗(yàn)對(duì)三組不同樁間距的群樁承載性能進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗(yàn)分析，圖-1為樁間距分別為3D、和6D的群樁的荷載沉降曲的實(shí)測(cè)曲線，并得

31、到群樁中各樁的樁身軸力、側(cè)摩阻力、樁側(cè)阻力與樁土相對(duì)位移分布，如圖-2圖所示。圖2.-1不同樁間距的三組群樁的Q-S曲線圖-23D、6D群樁中各級(jí)荷載下的軸力分布圖圖-3 3D、6D群樁中各級(jí)荷載下的側(cè)阻力分布圖圖-4 3D群樁中樁身側(cè)阻力與樁土相對(duì)位移關(guān)系曲線2.3.3超長(zhǎng)鉆孔灌注樁群樁承載力計(jì)算方法、參數(shù)取值和合理樁距分析課題組通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)的比較，認(rèn)為港口樁基規(guī)范（JTJ254-98）提出的群樁效率系數(shù)公式克服了Conrerse-Labrre公式的缺點(diǎn)，因此可以推薦用于群樁效率系數(shù)計(jì)算。課題組對(duì)砂土、軟土、粘性土合理樁距進(jìn)行分析，并通過(guò)試驗(yàn)和空間分析得到的樁距x與群樁效率系數(shù)y的

32、關(guān)系曲線：2。2.4超長(zhǎng)鉆孔灌注樁質(zhì)量檢測(cè)與缺陷處理基樁質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)為解決小應(yīng)變錘擊能量不足，達(dá)到提高錘擊能量的目的，課題組對(duì)三源均振叉裝置的結(jié)構(gòu)原理和測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并進(jìn)行了有限元分析程序ANSYS/LS-DYNA的樁土振動(dòng)體系參數(shù)變化的數(shù)據(jù)模擬分析。圖2.-1為模擬的三源均振叉激振下速度-時(shí)間波形，圖2.-2為橡膠錘三源均振叉激發(fā)實(shí)測(cè)速度-時(shí)間波形。圖2.-1計(jì)算三源均振叉激振下速度-時(shí)間波形圖2.-2橡膠錘三源均振叉激發(fā)實(shí)測(cè)速度-時(shí)間波形2.4.2質(zhì)量缺陷嚴(yán)重程度判定與現(xiàn)場(chǎng)處治為解決現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于超聲波法樁身質(zhì)量單一判據(jù)的不足，本研究將檢測(cè)到的混凝土聲學(xué)參數(shù)，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算得到梯形隸屬函數(shù)的分類(lèi)，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論，將樁基混凝土質(zhì)量設(shè)定為優(yōu)、合格和不合格三類(lèi),綜合考慮各個(gè)參數(shù)對(duì)基樁質(zhì)量評(píng)價(jià)的影響，確定各個(gè)參數(shù)對(duì)總體影響的模糊權(quán)向量，建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型，得到樁基質(zhì)量判斷的綜合判斷結(jié)果。課題組對(duì)超長(zhǎng)樁樁基灌注質(zhì)量事故的預(yù)防與處理措施、不同缺陷處理方案、后注漿的施工工藝及參數(shù)進(jìn)行了研究，形成一套完備的超長(zhǎng)樁，該技術(shù)在工程中得到成功應(yīng)用。表-1為該缺陷處理技術(shù)應(yīng)用情況表。缺陷處