（地质工程专业论文）打入式混凝土预制桩工程特性分析.pdf

摘要 打入式预制桩的施工近几年在西北地区并不多见，但在个别地区，特别是在新建 发电厂等空旷地带，由于造价比静压桩低，遇见砂层容易穿过，能保证桩长及承载力， 无泥浆排放，确实是一种比较好的地基处理方案。 本文通过大唐户县二电厂的打入式预制桩的试桩、施工及检测等方面资料的分析， 对试桩中的通桩特性、孔隙水压力特性、单桩抗压、抗拔特性、桩身应力、应变特性、 桩的高、低应变及桩的承载力特性等工程特性进行比较和研究：利用前人成果，分析 了影响工程桩可打性的几个因素，即影响预制桩的可打性因素较多，可以归纳为三大 类：工程地质条件( 土的物理、力学特性、土层分布等) 、桩的设计参数( 包括桩型、 桩径、桩长、桩身材料等) 、打桩机械参数及工艺( 锤重、落高、能量、桩垫、施工流 程等) 等；在此基础上提出了可采取的相应措施。 针对打入式工程桩施工，在工程选址已确定，预制桩设计已经完成的情况下，考 虑如何要能经济有效地将预制桩打入，满足工程进度及质量需求，其中需验证考虑许 多实际施工问题。本文结合工程实际，分析了工程桩施工特点，提出了打入式预制桩 在该电厂的可行性及工程特性，同时讨论了二期工程的停锤标准、总锤击数限制、孔 隙水压力对本工程的影响及桩基规范应对桩身完整性进行全数检查等问题，提出了建 议。本文为二期电厂扩建工程桩基设计、施工进一步提供可行性建议和参考，也可为 同类型地质条件下大型电厂等区域的工程地基处理提供有益的借鉴。 关键词：打入式；预制桩；工程特性；可打性 a b s t r a c t t h ep i l ef o u n d a t i o ni so n eo ft h eo l d e s tf o u n d a t i o n s a c c 0 r d i n gt 0t h er e f e r e n c e s ，t h e p i l eh a sb e e nu s e df o rt h o u s 锄d so fy e a r s 伽t h o u 曲p r e c a s t - p i l e “v i n gi s r a r eu s e di i l c h i n e s en o n h w e s ti nr e c e n ty e a r s ，i ti se a s i e rt od r i l lt h r o u g ht h em e ts a n db e di no p e nl a n d 0 nw h j c ht h en e ws t e 锄p o w e rs t a t i o nc a nb eg e n e r a t e d w h a t 、sm o r e ，d r i v i n gp r e c a s tp i l e a l s oc a i le n s u r e6 o mi t 、sl e n 舀ha n dc 叩a c i t y ，锄dn om u dd r a i n i n g ，龃dt h ec o s ti sc h e a p e r t h a l lt h a to ft h ep r e s s i n gp i l e b a s e do nt h ed a t az i b o u tt h et e s t ，d r i v i n g ，t l l i sp a p e rp a y sm o r ea t t e n t i o nt 0t h ep i l e - d r i l l ， p r o p e r t yo ft h ep o r ew a t e rp r e s s u r c ，c o m p r e s s i v es t r e n 舀ho fs i n 酉ep i l e ，a n t i d r a w i n g ，s t r e s s 锄ds t r a i nt os t u d yo nt h ep i l ep r o p e n i e s t h ep a p e r 锄a l y z e sa l lk i i l l 【so ff a c t o r st h a tc 蛐 i n f l u e n c et h ep i l ed r i v i n gi nt e mo ft h ep r e d e c e s s o f s 、 w o r k a l lo ft h e s ef a c t o r sc 锄b e i n d u c e di n t ot h r e e ：e n g i n e e r i n gg e o l o g i c a lt e m s ，d e s i g np a r 锄e t e ro fp i l e s ，t h ed r i v i n g m a c h i n e锄dp r o c e d u r et e c l l i l i c s t i l l e r ea r cm a i i ya c t u a lp r o b l e m sf o rd i v e r sh o wt o e c o n o m i ce 伍c i e n t l yd i v et h ep i l e sw h e nt h es i t ei sc h o o s e d 卸dt h ed e s i 印sh a v eb e e n c o m p l e t e d o nt h er e s e a r c ho fa b o v em e n t i o n e d ，i no r d e ft o锄a l y z ep r o p e n i e so ft h ep i l e e n 舀n e e r i n 舀t h ep a p e rg i v eab r e i fd e s c r i p t i o no ft h ep i l ee n 百n e e r i n g c o m b i n e dw i t ht h e p i l ee n 舀n e e r i n go ft h es e c o n dd a t a n gs t e 锄p o w e rs t a t i o nc o n s t n l c t e di nc o u n t r ) ，h u ， f u n h e 姗o r e ，t h ep a p e fr e s e a r c h e so nt h ei n n u e n c e0 fl h et o t a ld r i v i n gn u m b e r t h ep o f ew a t e r p r e s s u r e ，t h ei n t e 伊a l i t yo fp i l e t 1 l ep a p e rp r o p o s e s 锄a d v i c et ot e s ta l lo ft h ee n 酉n e e r i n g p i l e sa 1 1 dp r o v i d er e f e r e n c et ot h en e x tp i l ee n 舀n e e r i n g k e yw o r d s ： d r i v i n g - p i l ep r e c a s t - p i l ep i l ep r o p e n i e sp i l e - d r i l l 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 做作者签名：芡 一 加7 年6 月夕日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 叫年6 月7 日 撕晖毛其歹日 长安大学工程硕上学位论文 o 序言 一般地基基础型式可分为三大类：浅基础、复合地基和桩基础【1 1 。大多数工业与民 用建筑物都尽量采用天然地基；当天然地基不能满足上部荷载对地基的要求时，就需要 对地基进行加固处理。经过处理的地基，其综合性能得到改善，一种情况是地基土体形 成均质地基，如强夯、预压、换填等地基，将其划归浅基础：另一种情况是地基形成基 体和增强体两部分组成的复合地基，如碎石桩、c f g 桩等，称为复合地基。而由于各种 原因不能采用复合地基时，就要采用深基础方案，桩基础是最常用的一种，打入式预制 桩基础是其中的一种形式。 0 1 研究的目的和意义 桩基是国内外广泛采用于多种结构体系的基础类型，实践表明，它具有承载力可靠、 沉降小、能承受垂直荷载、水平荷载、上拔力及振动或动力作用等特点，在软弱地基、 可液化地基( 或天然地基沉降量过大) 、精密设备基础及动力设备基础等地基上的条件 下，采用桩基是适宜的f 2 】。由于桩基承载能力大，沉降量小，施工技术发展很快，因而还是 被广泛应用于高层建筑和软弱地基加固上。地基加固处理常用的一种方法就是混凝土预 制桩。 预制桩与钻孔灌注桩相比，虽然单方造价剐3 1 ，但性价比较高，可在工厂或施工现 场按照需要制成不同尺寸的截面和长度，能承受较大的竖向荷载和施工锤击应力；并且 它具有制作方便、拼接容易、打桩前可对混凝土质量进行检查，不受地下水条件和潮湿 变化的影响等优点，能适应各种不同的土层，尤其是软土地区成桩效果较好，成桩质量 比较容易得到保证，无泥浆排放，因而越来越广泛地被应用于工业厂房、高层建筑以 及大型桥梁的地基处理工程中。 0 1 1 打入桩工作机理 预制桩的施工方法有：锤击法、振动法、水冲法、静压法及钻孔锤击法等多种方法， 锤击法是最古老却常用的基本方法。 锤击法沉桩工作机理，是利用桩锤自由下落时瞬时冲击力锤击桩头所产生的冲击机 械能，克服土体对桩的阻力，其静力平衡状态遭到破坏，导致桩体下沉，达到新的静力 平衡状态，如此反复地锤击桩头，桩身也就不断地下沉。 打桩时，桩头刺入土体中必然会破坏原状土的初始应力状态，造成桩尖下土体的压 缩及侧移，土体对桩尖相应产生阻力，随着桩顶压力的增大，桩尖下士体的变形相应增 0 序言 大，并达到极限状态形成塑性流动状态，塑性流动时，桩尖处土体形成连续滑动面。土 体从桩尖的表面被向下和侧向压缩挤开，桩尖连续刺入并进入下层土体中，随着桩体的 刺入，桩周表面受到由土体的强大法向拉力所引起的桩侧摩阻力的抵抗，当施加于桩头 的压力和桩身自重之和大于上述这两部分阻力的总和时，桩就继续贯入土体中，直至设 计标高，完成全部沉桩过程1 4 1 。 0 1 2 研究的目的和意义 打入式预制桩的工程特性是指在一定的场地土层条件下，采用相应的施工设备和工 艺能否顺利地将桩体打入地基岩土层并沉桩到设计标高，而不出现桩身质量问题以及拒 锤现象，满足施工及设计要求，如桩身完整性、承载力、可打性等指标等要求。 ( 1 ) 打入式预制桩在南方沿江、沿海施工较多，北方较少；西安地区早期施工较多， 由于噪音扰民原因，近期很少，在城区现已全部被静压桩代替。但在如新建电厂等空旷 地带，由于造价比静压桩低，遇见砂层容易穿过，能保证桩长及承载力，却是一种很好 的地基处理方案。 ( 2 ) 虽然打入式预制桩在前几年较流行，但因是首次在大型电厂工程中的应用，近 年来也是首次在陕西黄土地区的应用。本次施工也是西安地区的打入式预制桩工程施工 一次较好的实践机会。 ( 3 ) 本次施工也是为二期电厂扩建工程桩基设计、施工进一步提供可行性建议和参 考，也可为同类型地质条件下大型电厂的工程地基处理提供有益的借鉴。研究打入桩在 黄土地区的工程特性、可打性和合理的施工方法。 o 2 研究现状、发展趋势及存在的问题 国内外对桩基的研究主要集中在以下诸方面：单桩的荷载传递问题，桩土相互 作用问题，桩基沉降变形问题，单桩极限承载力确定问题，临界桩长问题，群 桩效应问题。但许多方面还远未达到实际应用的程度，锤击法沉桩目前存在的主要问题 是： ( 1 ) 对动力打桩的分析经历了两个阶段：早期主要是在能量守恒定律的基础上，利 用牛顿刚体碰撞原理建立各种动力打桩公式分析桩的承载力，打桩其实是应力波在桩中 的传播，并非是桩锤和桩的刚体碰撞，因此在实际应用中动力打桩公式存在许多问题， 史密斯对锤一桩体系进行了离散，求得了应力波在桩中传播的数值解，对打桩中的贯入 2 长安大学工程硕士学位论文 度进行了分析；随着桩基应用的增多，对桩的承载力和桩身质量检测日益成为工程中一 个突出问题，在g o b l e 教授的领导下，对以应力波理论为基础的桩的动力量测和分析方 法进行了系统研究，形成了目前高应变测试的凯斯法和实测曲线拟合法，王仕方等在一 维应力波传播理论的基础上，建立了锤一桩一土三者之间相互作用模型，获得了桩端的动 位移和速度的解析解，研究了施工工艺参数、桩的设计参数以及地质条件等对冲击力、 桩顶贯入度和桩项回弹等的影响，分析表明，桩垫刚度、桩锤质量对桩的贯入度影响非 常大【5 川。 ( 2 ) 1 9 8 5 年1 2 月一1 9 8 6 年1 月，距离二电厂2 公里的国营8 4 5 厂( 户县惠安化工厂) ， 进行过3 0 0m m 3 0 0m m 型长度为8 4 8 7 米的预制桩施工，用1 8 k n 柴油锤打入，但单 桩竖向承载力相差悬殊，从3 5 0 l 7 0 0 k n 不等【6 】，试桩结果不理想。 ( 3 ) 此电厂区地基土层由第四系全新统( q 4 ) 和晚更新统( q 3 ) 松散沉积物组成， 为洪积相沉积，岩相在垂直、水平方向上有较大变化，常以交互层和过渡相、透镜体形 式出现，岩性以粉质黏土为主，有砂层夹层，地下水位高，如何在工程选址已定，预制 桩设计已经定的情况下，作为施工方，考虑如何要能经济有效地将预制桩打入，满足工 程进度及质量需求，其中需验证考虑许多实际施工问题。 0 3 研究内容及技术路线 本文的研究内容： ( 1 ) 对试桩中的通桩性、孔隙水压力特性、单桩抗压、抗拔特性、桩身应力应变特 性、桩的高低应变及桩的承载力等工程特性进行分析及研究； ( 2 ) 利用前人成果，分析了影响本工程桩的可打性方面的几个因素及采取相对应措 施。 ( 3 ) 结合工程实际，介绍了工程桩施工情况，并在二期工程的停锤标准、总锤击数 限制、孔隙水压力对本工程的影响及桩基规范应对桩身完整性进行全数检查的建议等进 行了探讨。 本文的研究技术路线是： ( 1 ) 收集、掌握本工程资料，了解工程地质情况；重点是试桩过程、工程桩施工资 料，包括设计、试验、施工及检测方面资料。 ( 2 ) 对大唐户县二电厂的试桩、工程桩施工过程等方面分析了桩的工程特性。为二 3 0 序言 期及同类电厂扩建工程桩基设计、施工提供可行性建议和参考； ( 3 ) 充分考虑到工程施工实际与试验、设计的差距，对整个工程施工过程出现的问 题进行认真分析，并提出相应的工程处理措施。 收集前人研究资料 jl 收集试桩资料 收集工程桩资料 jl 打入式预制桩- t 程特性分析 ll 山 上 通 蘖 单 篓 差 差 蠢 桩 应 霍 翟 抗 桩 压 压 特 翟 抗 拔变 性 特 棰 性 liiiii 预制桩可打性特性及施工措施 jl i 工 桩 打 程 的 桩 地 设 机 质 计 械 条 参 及 件数 工 艺 l 一。一i 。l 一程桩情仇 i7 上 结论及建议 图0 1 研究技术路线框 4 睦尘大学工程硒上学位论文 1 研究区岩土工程条件 1 1 研究区自然地理条件m 111 地理位置及交通 1 1 1 1 厂址地理位置 户县位于陕西省关中平原中部，大唐户县熟电厂位于户县中部石井乡境内，距西安 市约5 0 k m ，距户县县城4 k m ，距老电厂35 k m 。 淳e 县 i 平县 1 1 12 交通条件 。“媾阎皂叵 厂址东侧为余( 下) 户( 县) 公路，南侧为 札是县 茬叫县高鞲县 f 目南 老电厂进厂公路及余下镇至余下工业站公路破阳 抽县 西南侧为余下工业站，西侧为户县车站余下工 “三 。 t 安4 茁口县 业站联络线和城市规划道路，北侧为东西六号产 公路。 “余下镇 圈1 1 研究区变通圈 112 地形地貌 厂区位于西安市户县余下镇境内，南距余f 镇l 公罩，北距县城4 公里。地貌上属 余下洪秘平原的前缘，属秦岭北麓涝河山前洪积平原的前缘，地形平坦、开阔大致向 北微倾，地面标高在4 2 0o 4 2 4o i i l ，坡降约为1 左右，厂区及周围为良田，未见不良 地质作用，厂区内有1 1 0 k v 和1 0 k v 输电线路通过，地下水位埋深0 7 m 。 厂址南高北低，自然地面标高为4 2 4 1 7 4 2 1 3 7 m ( 黄海高程) ，坡降为3 4 ，东西 向平坦。可利用场地东西长1 1 0 0 m 南北宽9 8 0 i n ，可满足2 3 0 0 m w 机组厂区及施工 区用地，并具有扩建2 3 0 0 m w 机组条件。 11 3 水文气象 l _ 1 2l 地理气候特点 户县地处大陆腹地，属于暖温带太陆性季风气候，冬季干早多西北风，夏季多西北 风，冬季寒冷，夏季炎热，四季分明，受季风气候影响，降水量年际变化犬，年内分配 不均，冬季降水量少，秋季降水量多。 l _ l _ 22 水文气候数据 表1 1 水文气候数据表 多年平均气温 1 34 历年甲均相对湿度 7 3 历年极端最高气温 4 3 全年土导风向 l 研究区岩土工程条件 历年极端最低气温 1 9 5 多年平均风速 1 3 m s 多年平均降雨量 6 5 3 1 m m 最大风速1 7 m s 多年平均蒸发量 10 7 4 5 m m 最大积雪厚度 2 4 c m 最大冻十厚度1 9 锄 1 2 地层结构及分布特征 根据勘测结果，厂区地基土层由第四系全新统( q 4 ) 和晚更新统( q 3 ) 松散沉积 物组成，为洪积相沉积，岩相在垂直、水平方向上有较大变化，常以交互层和过渡相、 透镜体形式出现，按照土的工程性能和结构组成，在勘探深度7 7 m 范围以内可分为七大 层，各地层主要工程地质特征( 自上而下) 如下： 1 层：粉质粘土，褐黄色深灰色，可塑。顶部为o 4 0 8 m 厚的褐黄色耕土， 其下为深灰色粉质粘土，孔隙发育，土质均匀。厚度在1 睨8 m 之间。 层：粉质粘土，褐黄色，可塑，土质均匀，含有粘粒团块，植物根孔、虫孔发育。 此层平均厚度4 5 m 。 层：粉质粘土，浅黄褐黄色，可塑，土质均匀，孔隙发育，局部地段夹有细砂 薄层并呈透镜体分布。该层同上层呈渐变关系，平均厚度6 2 m 。 层：粉质粘土，浅黄青灰，可塑硬塑，土质较均匀，孔隙不太发育，夹有中 砂、细砂层微薄层。此层平均厚度6 2 m 。埋深在l o 8 1 4 8 m 。 层：粉质粘土，褐黄色，可塑，土质均匀，孔隙发育一般，平均厚度约3 8 m ，埋 深在1 8 8 2 2 5 m 之间。 层：粉质粘土，浅黄灰黄色，可塑硬塑。土质较均匀，夹有少量的粉砂、细 砂薄层，孔隙不发育。平均厚度约4 3 m ，埋深在2 3 5 2 5 5 m 之间。 层：粉质粘土，青灰色，硬塑。土质均匀，夹有2 3 层中、细砂薄层，局部夹有 粉土薄层，呈透镜体状分布。此层同上层呈渐变关系，此层平均厚度1 0 5 m ，埋深在2 7 3 0 5 m 之间。 层：粉质粘土，青灰灰黑色，硬塑。土质均匀，孔隙不发育，夹有中粗砂薄层， 本层同上层呈渐变关系，厚度超过2 0 米，勘探未穿透此层。 除妒l 、层外其余各层间或夹有l 层或者2 层中、细砂层，其结构组份基本相似， 现统一描述如下： 细砂：青灰色，中密，主要成份为石英、长石组成，级配较好，含有少量的粘性土， 混有中砂、粗砂颗粒。 6 长安大学工程硕士学位论文 中砂：青灰灰黄色，中密密实，主要成份为石英、长石，分选性好，级配均匀， 混有细砂和少量的碎石。 地层在垂直方向与水平方向均有较大的变化，层层在结构组份上变化不大，性 质上差异较小，分布近于水平。层顶面起伏相对较小，顶面标高变化在4 0 6 8 6 4 1 0 8 2 m 之间，而且细砂和中砂，呈透镜体状产出；层层层位稳定，厚度变化不 大，但夹有粉细砂和中粗砂薄层，砂层呈透镜体状分布，其分布规律性较差。 1 3 地基土主要物理力学性质指标 地基土主要物理力学性质指标见表1 2 7 避樊蠖状蠖颦融螺一燃 o o 趔 n n e 巡 霜 岔口o弋ro卜non 岔o西 l o 1 斗 寸西 卜 n岔n寸oo o - _ o i n 胬n h。n- - _ho t 叫 o，- _ - _ o j 粤 o n 瞍露 。_ l 岔西 导 十卜oonn nno 1 斗 寸o口 - 卜 hd口 岔价、 n卜 n 寸 nl ，、 nn。nht 一 i n_ _ 飞t f - _oo oh no 。n o 趔 噬 较 卜 卜 no n n西n hon卜nnn oon十 t o 1 胬 西 卜 no1 飞r o oon中 n ：l no 。h h。nn- _onnn_ _oo or - 。_n卜n o n j 罂 nn n 岔 u 、 l 瞍 露 叼 卜nnno 。o 。o卜 _ _dnn o o寸 o 1 式 a卜n岔n寸n西 hnn ：寸 。o 。 _ - _on- _- _o价_ - _nho岔h西nh o n 趔 小 o o n 喽露 oo onon卜nn西 ： n 卜 价 l o l 岔 卜 寸on寸 卜o卜 nn ：卜 。_ i n 卜a n _onn ho价n口 o卜 _- _no oh o 卜 _ 趔 n o卜 l 喽霹 口卜ni no o寸心 f 。_ n n o * 卜岔 卜 寸onn卜中。o n ： hn on n - 。_onnr - _o中- _n oo岔 _ 。_n- - _ o 趔 n 嗵 露 a寸 寸 - _ ： 。ov 寸卜、中h岔o口中 i t n * o口 卜 i ，o n中h口 卜n寸 o o口 n n- _onnho中 f - n卜ona nh中h o 巡 j 掣 蜜 气t n h ni ，1岔们岔o o小旧o卜 l 1 斗 咕 o 。 i ，1o寸 n卜 岔 中 v 、 、卡o o _ - 寸 n_ - _onn 一o寸ho寸卜 h口_ 。_ n 一 日 一 c 寸 心暴避曼 c 口c 日 乱k 喇 山 日c 口 嗵蜒褂瀑蚤零农复复窆窆生怛=山 _l 葵 ee隧 z u媛q接瓤 u 蚓 3q ) r肇r肇 刨 叮 【l 目 回弼 ku 心 磔 登 磔登 叩 震 由联r r婆 u 罨 翌爨墨 d圆 幽 蜷受四r 芒剑 釜 一 燕 氯籁 j 删：堰 星球掰罐 臀 缸1 = 若 1 j3 3口 口 谣辎 卫幺 1 峰嵇 = 一 谣革j j h 口j 鞲鞲 蚓 h 盛 卫g划 翅 uu ， 婷 婷卺 蠖 口皿 怅k术 楚 剥 剥 蜒鞲磷器嶝出h 兰献 蝰箍 裢舞 僻越l蠖靼峰蠼扑r剐s暾州州巡婶 n i 噼 枣媒醛-iq昶凶妖摩h 长安大学t 程硕上学位论文 1 4 地震效应 根据等效剪切波速试验，按“建筑抗震设计规范 ( g b 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ) 判定：场地土为中 软土，建筑场地类别为i i l 类。 根据钻孔资料和标准贯入试验，按“建筑抗震设计规范 ( g b 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ) 初步判定， 厂区饱和粉土、砂土2 0 m 以上，不会产生液化，可不考虑液化影响。 根据中国地震动峰值加速度区划图g b 5 1 8 3 0 6 2 0 0 1 图a 1 ，地震动峰值加速度 为0 1 5 9 ，该地区的地震设防烈度为7 度。 1 5 水文地质条件 场地水文地质条件比较简单，地下水类型属潜水，含水层为粉质粘土及砂层，埋 深0 4 1 4 m ，地下水位变幅约o 5 m ，由于地貌上属秦岭北麓涝河山前洪积平原的前缘， 地下水补给来源为大气降水及山区径流补给，排泄方式有大气蒸发，主要是通过径流补 给涝河，根据所取三组水样化验结果，地下水对混凝土无侵蚀性。 9 2 试桩的t 程特性分析 2 试桩的工程特性分析 2 1 工程概况及试验依据【7 】 2 1 1 试桩工程概况 试桩的制桩工作始于2 0 0 3 年5 月2 4 日，终于2 0 0 3 年5 月2 8 日；沉桩工作始于 2 0 0 3 年6 月2 1 日，终于2 0 0 3 年6 月3 0 日；试桩的载荷试验始于2 0 0 3 年7 月1 2 日， 终于2 0 0 3 年7 月3 0 日；低应变于2 0 0 3 年6 月2 1 日完成；高应变于2 0 0 3 年8 月1 1 日 完成；水平推试验始于2 0 0 3 年8 月1 2 日，终于2 0 0 3 年8 月2 4 日。共计完成6 点载荷 试验，6 点水平推力试验，6 点抗拔试验，2 1 点低应变试验，6 点高应变试验，1 7 点孔 隙水压力试验及4 点静力触探试验。桩型为j z h b 2 4 5 1 4 1 4 b 、z h 3 5 1 5 c ，混凝土强度 等级为c 4 0 ，整个试桩外业工作于2 0 0 3 年8 月2 5 日结束啊。 2 1 2 试桩依据 。 试验所依据的文件及规程规范及技术资料主要有： ( 1 ) 建筑桩基技术规范j g j9 仁9 4 ； ( 2 ) 钢筋焊接及验收规程j g j1 8 - _ 9 6 ； ( 3 ) 建筑地基基础工程施工质量验收规范g b 5 0 2 0 2 2 0 0 2 ； ( 4 ) 西北电力设计院户县电厂技改工程试桩任务书； ( 5 ) 电力规划设计总院户县电厂技改工程预制钢筋混凝土打入桩试桩大纲初步 审查意见； ( 6 ) 户县电厂技改工程预制钢筋混凝土打入桩试桩大纲( 初步设计阶段) ； ( 7 ) 西北电力设计院户县电厂技改工程岩土工程勘察报告书( 初步设计阶段) 2 2 试验目的与要求 本次试桩的目的是：确定单桩的实际承载力及其变形能力，并椐此提供桩基设计 依据，同时为大面积施工提供施工参数及有关质量控制与检测标准。试桩工作的主要内 容要求有： ( 1 ) 确定预制桩沉桩机具、设备及施工参数； ( 2 ) 确定单桩竖向、水平向承载力； ( 3 ) 确定各层土的桩侧摩阻力、桩端持力层的端阻力； ( 4 ) 确定单桩高应变动荷载与静荷载试验对比关系； ( 5 ) 确定打桩停锤标准； 1 0 长安大学t 程硕上学位论文 ( 6 ) 评价各层土通桩的可能性； ( 7 ) 测定打桩过程中孔隙水压力变化情况； ( 8 ) 验证桩端进入持力层深度的合理性； ( 9 ) 通过以上试验最后确定预制桩施工方法及相应的桩断面尺寸、配筋等。 2 3 试桩、锚桩施工 2 3 1制桩 制桩工作由预制厂完成，制桩按9 7 ( 0 3 ) g 3 6 1 预制钢筋混凝土方桩的要求 制作，桩型为j z h b 2 4 5 1 4 1 4 b 、z h 3 5 1 5 c ，混凝土强度等级为c 4 0 ，详见主厂房试桩 设计参数表( 表2 1 ) 。 表2 1 主厂房试桩设计参数表 桩长( m )桩径( 舳)制桩依据基础承台底标高( m )桩数 2 8 74 5 0 4 5 0j z h b 2 4 5 1 4 1 4 c4 1 7 5 3 2 9 4 5 0 4 5 0 同上 4 1 7 58 主筋改为1 4 中2 0 1 4 73 5 0 3 5 0 z h 一3 5 1 5 c 4 2 0 53 1 53 5 0 3 5 0 同上 4 2 0 53 主筋改为8 2 0 2 94 5 0 4 5 0 j z h b 一2 4 5 1 41 4 c 3 制桩混凝土配合比为：水泥：砂石子= 1 ：1 5 5 ：3 ；水灰比为0 4 。混凝土试块强度试 验结果见表2 2 。 制桩的水泥均为秦岭水泥( 集团) 股份有限公司生产的普通硅酸盐水泥。强度等级 为p 0 4 2 5 r ，出厂编号为w 6 5 2 。 制桩采用的钢筋为首钢钢材，钢材按批进行了质量检验，检验结果见表2 3 ，对钢 筋焊缝进行了抗拉试验，破坏部位均在焊缝以外，焊缝均无裂缝。 表2 2 混凝土试块强度试验成果表 构件型号数量( 件)生产日期设计标准出厂强度( m p a )备注 j z h b 2 4 5 1 51 5 c82 0 0 3 0 5 1 9c 4 04 1 6 锚桩 j z h b 2 4 5 1 5 1 5 c32 0 0 3 0 5 2 2c 4 04 1 3 通桩试桩 j z h b 2 4 5 1 5 1 3 7 c32 0 0 3 0 5 2 5c 4 04 1 9 试桩 z h 3 5 1 5 c2 02 0 0 3 0 5 2 6c 4 04 2 1锚桩 z h - 3 5 1 4 7 c32 0 0 3 0 5 2 7c 4 04 3 o试桩 2 试桩的工程特性分析 表2 3 钢筋试验结果表 屈服点抗拉强度 型号直径咖延伸率d 拉力k n强度1 i f p a拉力k n强度m p a h r b 3 3 52 01 1 53 6 51 7 35 5 0 2 9 h r b 3 3 5 2 01 1 7 3 7 0 1 7 55 5 53 0 h r b 3 3 581 73 4 02 4 84 9 53 0 h r b 3 3 581 7 53 4 52 54 9 53 1 h r b 3 3 51 67 73 8 01 1 55 7 0 2 5 h r b 3 3 5 1 67 83 8 51 1 75 8 02 4 2 3 2 试桩、锚桩布置 试桩区平面位置示意图见图2 1 。 试、锚桩布置按间距不小于4 d ( d 为试、锚桩断面宽度较大者) 为原则，试桩间距 按3 5 m 考虑。试、锚桩平面布置图见图2 2 。 试区试桩6 根，2 9 m 长锚桩8 根，1 5 m 长锚桩4 根，另外3 个试桩用于进行打入桩 通桩试验。累计试桩9 根，锚桩1 2 根。 注：a 1 点坐标为x = 3 7 7 2 3 1 5 ，y = 3 6 5 5 6 9 6 0 ；b 1 点坐标为x = 3 7 7 2 3 0 0 ， 图2 1 试桩区平面位置示意图 1 2 长安大学工程硕士学位论文 注：桩距为3 5 m ，行距为1 7 5 m 。s h 0 1 s h 0 3 桩长为2 8 7 m ( 以下简称长桩) 桩身断面为 4 5 0 4 5 0 i i l m ：m o l m 0 8 桩长为2 9 o m ，桩身断面为4 5 0 4 5 0 i i l m ；m 0 9 m 1 2 桩长为1 5 5 m ，桩身 断面为3 5 0 3 5 0 m m ；s h 0 4 s h 0 6 桩长为1 4 7 m ( 以下简称短桩) ，桩身断面为3 5 0 3 5 0 i i 瑚。 图2 2 试桩、锚桩平面布置图 2 3 3 试桩、锚桩沉桩 试、锚桩沉桩各桩体施工参数见表2 4 。施工顺序是由m 0 1 开始，由于锤击数太高， 且贯入度已达规范规定的下限值，考虑到、层土性差异不大，从保护桩体出发，当 桩尖抵达、层土分界线时，现场终止了沉桩。 表2 4 各桩体麓工参数一览表 桩号桩体断面桩顶标桩底标高施工锤重( t )最后贯入度总锤击数 ( m m )高( m )( 硼)( c i t l l o 击)( 击) m 0 14 5 0 4 5 04 2 2 33 9 3 343 3 0 42 6 0 3 m 0 24 5 0 4 5 0 4 2 2 4 3 9 3 4 42 2 2 34 1 2 1 m 0 34 5 0 4 5 04 2 2 43 9 3 445 2 5 5 1 7 8 8 m 0 44 5 0 4 5 04 2 2 43 9 3 445 81 0 6 3 m 0 54 5 0 4 5 04 2 2 03 9 3 。042 5 0 33 7 7 l m 0 64 5 0 4 5 04 2 2 13 9 3 143 争42 5 5 2 m 0 7 4 5 0 4 5 04 2 2 03 9 3 0 42 1 2 23 5 5 0 m 0 84 5 0 4 5 04 2 2 33 9 3 3 4 5 9 6 2 1 3 2 5 m 0 93 5 0 3 5 04 2 2 34 0 7 32 52 吵o 11 8 0 4 m 1 03 5 0 3 5 04 2 2 14 0 7 i2 54 5 5 59 6 0 m l l 3 5 0 3 5 0 4 2 2 14 0 7 12 54 3 4 51 1 0 5 m 1 23 5 0 3 5 04 2 2 o4 0 7 02 53 3 0 42 7 6 1 s h 0 l4 5 0 4 5 04 2 2 03 9 3 343 3 6 22 5 6 2 s h 0 24 5 0 4 5 04 2 2 13 9 3 442 争o3 4 0 1 s h 0 3 4 5 0 4 5 0 4 2 2 0 3 9 3 3 43 3 3 72 2 1 0 s h 0 43 5 0 3 5 04 2 2 04 0 7 32 52 3 0 5 1 7 0 2 s h 0 53 5 0 3 5 04 2 2 o4 0 7 32 52 3 0 52 1 3 7 s h 0 6 3 5 0 3 5 0 4 2 2 04 0 7 3 2 5 ( 1 3 m 以上)l o l l ( 4 t 锤) 1 3 2 0 2 试桩的t 8 特性丹析 24 试桩的工程特性 241 通桩试验及其工程特性 24 1 l 通桩点选择 根据韧勘地层资料，结合士厂房、烟囱的竹i 置位置，为了不影响工程桩布桩，本次 通桩点选在l # 炉东侧( 固定端) 距l # 炉约15 m 处地商标高为4 2 21 8 m 。该地段砂 层厚度约为4 m 左右( 主要为 - 3 层，标高4 0 46 2 3 9 93 2 m ) ，通桩难度具有一定的代 表性。 24 12 通桩施工 通桩试验共进行3 根( 其中通1 为2 0 0 3 年7 月3h 下午1 6 点施工；通2 位于通1 的东边，相距15 m ，施i 。时问为2 0 0 3 年7 月4n 上午1 0 点：通3 位于通l 的北边，相 距2 0 m ，施工时间为2 0 0 3 年7 月4 日下午1 6 点) ，试验区砂层厚度约为4 m 左右，_ 二 根桩均采用4t 桩锤进行沉桩，锤击数分别为3 1 7 8 、4 3 7 0 、7 6 0 4 击。各桩体施工参数见 表25 。 表25 通桩桩体桩体施工参数 l 桩号l 坐相、 b 坐标 i 桩顾标高l 桩底标高l 锤击数l 贳 度 通l5 5 24】2 6 90 4 2 24 i f 3 9 34 i3j 7 8 37 i 通2 5 5 241 2 7 02 4 2 24 83 9 34 4 3 7 0 33 8 4o i 通3 5 5 451 2 6 9o4 2 3 1 83 9 4 1 8 7 6 0 4 12 2 0 2 4 13 通桩情况分析 由试验结果可见，通1 、通2 桩尖已达层、层分界线( 3 9 32 2 m ) ，通3 还差 1 m ：右。由小心变测试可知一般桩桩体及桩头 均完好无损。r 叮见采用4 t 桩锤进行工程桩沉桩， 其通桩尚存一定难度。施上单位应在旌工机具上另 肓准备。 另外根据试验，当相邻2 m 处进行沉桩时，若 不采取降水及捕排水板等措施，第2 根桩可能会发 生大于5 的倾斜，或发生l o 2 0 n 瑚的桩位偏差。 圈z3 通桩试验实景图 长安人学工程硕士学位论文 2 4 2 孔隙水压力工程特性 2 4 2 1 试验仪器设备 孔隙水压力观测试验采用丹东市振兴区辽丹仪表厂生产的j x s 型孔隙水压力传感 器，观测采用z w 1 型振弦读数仪。 观测线头均集中于接线箱上，以提高测试效率。测试用计量仪器与元件均经过有资 质的单位进行了鉴定。 2 4 2 2 孔隙水压力计布置 为了观测到打桩在土层 不同深度、不同范围内引起 的孔隙水压力变化规律，本 次试验按深度和地层分层 布置孔隙水压力计，平面布 置示意图见图2 4 ，布置深 度示意图见图2 5 。在同一 土层内，孔隙水压力计沿径 向布置，间距按一倍桩径，二倍桩径及1 2 m 布置3 4 个孔隙水压力计。共计埋设1 7 个孔隙水压力计。 2 4 2 3 孔隙水压力计埋设 孔隙水压力计埋设采用钻孑l 埋设法，每孔埋设1 个测试元件，每层埋设3 4 个， 埋置深度为4 0m 、1 0 om 、1 8 5m 、2 2 0m 、2 6 om 。 孔隙水压力计在埋设前首先将其进行浸水，浸水时间均大于2 4 小时，以充分排除孔 隙水压力计中的空气，提高测试准确度。 孔隙水压力计埋设流程图如下图2 6 1 5 2 试桩的工程特性分析 图2 5 孔隙水水压元件埋置深度示意图 1 6 长安大学工程硕士学位论文 图2 6 孔隙水压力计埋设流程图 2 4 2 4 孔隙水压力计观测成果 孔隙水压力计的观测由仪器厂家指导完成，在打桩前先观测7 天，当桩体通过孔隙 水压力计埋设深度时，间隔5 、5 、5 、1 0 、3 0 、3 0 m i n 各读一次，以后每天测读二次， 直至稳定。测试共观测2 8 天，测试工作分打桩前、打桩期、打桩结束三个阶段进行。 打桩期间共有3 只压力计破坏( 分别为k 0 3 、k 0 4 、l ( 0 6 ) ，孔隙水压力计的成活率为 8 2 4 。 孔隙水压力历时曲线按阶段绘制，曲线见图2 7 一图2 2 1 其中第一阶段和第三阶段观 测时间单位为天( d ) ，第二阶段观测时间单位为分钟( m i n ) 。 稿 ir 11_ 砌5 * 哪 雌一 2357蚺 嘲7 图2 7 第一阶段4 m 处孔隙水压力计历时曲线 1 7 2 2 试桩的工程特性分析 357t 哪 糊1 1 1 0 m l 35 蝌2 1 1 0 m l 7i r 、 157 l 州3 n o m i 2 2 i - ( 1 8 5 m 7婀 a 57 t m 1 1 0 5 _ i a57 i 椭 k 1 0 1 1 8 5 m l 图2 8 第一阶段1 0 m 处孔隙水压力计历时曲线图2 9 第一阶段1 8 5 m 处孔隙水压力计历时曲线 2i i 7 t 忡 m 1 2 2 m l 6 1 2 加)i 町( 2 加i 图2 1 0 第一阶段2 2 m 处孔隙水压力计历时曲线 2 1 7 2 1 b 纠5 2 2 1 3 2 1 2 2 ” p 甜硼 2 2 37 t 啪仁州 357 t 怫 i 2 n i 3 聊但钿l 7 t 图2 1 l 第一阶段2 6 m 处孔隙水压力计历时曲线 1 8 57 t ；2 他住 并 ”巧瑁 鞠鹞 竹一 一盯*峙雠 ”珥碍” m 。 嘲 拼粥掀铷抛饼 饿功缴捌锄 猫猫搿绺毖掰 长安大学工程硕十学位论文 ：j 互 ：= ；= = - 二；一一二二1 ，一广_ 一广_ 一广t 一 o8 1 2 1 8 2 o 姗3 鲫伽舢5 o 6 o7 2 7 8 8 4 舢 喇7 ( 4 m ) o啪1 栅1 咖2 枷枷o3 枷4 猢舢5 瑚6 咖6 鲫7 枷7 姗洲9 咖 k 1 5 ( 4 m ) 图2 1 2 第二阶段4 m 处孔隙水压力计历时曲线 o1 2 1 咖2 4 3 0 3 04 2 4 8 5 4 7 2 7 8 h k 1 4 1 0 m ) 鲫1 枷1 啪2 枷3 咖3 鲫4 枷舢5 枷6 嘲6 枷7 啪7 咖8 枷 k 1 3 ( 1 0 m ) 图2 1 3 第二阶段l o m 处孔隙水压力计历时曲线 1 9 7 l 2 试桩的工程特性分析 o鲫1 2 1 啪2 枷舢舢4 卸o姗洲洲7 姗舢洲 k 1 21 0 m l 脚 4 ： 八 k v 卢八 h 、7 - 一。 q o 湖1 猢1 姗2 枷3 啪3 湖枷舢5 枷舢6 鲫7 枷7 鲫8 枷 喇1 ( 1 0 m ) 2 1 3 第二阶段1 0 m 处孔隙水压力计历时曲线( 续) 鲫 2 8 2 4 3 o3 6 4 o 柏科7 卸o7 8 9 0 喇o ( 1 8 5 m ) o鲫1