沋河特大桥工程桥梁桩基础的试验研究大纲

1、洸河特大桥工程桥梁桩基础的试验研究大纲洸河特大桥工程桥梁桩基础的试验研究大纲1 试验研究的意义及立项的依据我国黄土地区面积大约64 万 km2， 约占我国陆地面积的7，占世界黄土分布面积的49左右，其中湿陷性黄土约占总面积的四分之三左右，约为45万 km2。黄土是在干旱的气候环境下形成的特殊物质堆积。由于黄土具有的湿陷性常威胁工程的稳定性（国外通常称这类土为问题土），因而黄土湿陷性是黄土地区工程勘查实践中的主要研究内容。黄土不同于粘性土，其容重小，无层理，主要颗粒成分为粉土，大孔构造发育，孔隙度高。湿陷性黄土在覆盖土层自重应力或自重应力和建筑附加应力综合作用下受水浸蚀，土的结构迅速破坏，发生显

2、著的下沉，强度也随之迅速降低，对上部建筑物的危害极大。鉴于湿陷性黄土的这种特性，在该地区建筑物的设计及施工中，必须采用合理的基础形式或消除沉陷地基处理方式，才能满足建筑物的使用要求。湿陷性黄土地区的黄土层一般都比较厚，上部的黄土较软弱，且其下常埋有坚实地层，桩基础可以穿越软弱的黄土层，直接置于卵石层、基岩或坚实的土层上，具有承载力高，受力明确，施工方便等优点。因而桩基础是目前国内外常使用的深基础形式之一，广泛的应用于铁路工程等大型的土木工程建筑物。特别是钻孔灌注桩，由于施工方法比较成熟，桩径可以根据荷载的大小来选择以满足重型建筑物的承载要求。近几年来，我国对黄土的性状、结构、 湿陷机理和湿陷评

3、价，以及地基处理、复合地基、桩基和黄土地震性能的研究已取得了一些成果。对广大的建设者来说，如何消除黄土最特殊的工程性质遇水湿陷的特性所带来的工程技术问题， 是一项长期的艰巨的任务，其中关于湿陷性黄土中预制桩和灌注桩必须考虑负摩阻力一直是工程必须重视的问题。随着黄土地区经济建设的发展，西部大开发战略的实施，黄土的湿陷性评价是工程建设中首先要坚决的问题，特别是在桩基础中，由于黄土湿陷带来的负摩力问题比较复杂，加之不同地区黄土湿陷性特性不一，湿陷特性黄土地基中桩的负摩阻力问题变得更为复杂。由于以往对软弱黄土层中桩基础的研究较少，对大直径桩，长桩的研究也很少，不同的理论计算方法的定量结果相差很大，结合

4、洸河特大桥工程项目，有必要进行原位的试桩试验，通过现场垂直荷载、水平荷载、浸水试验研究，获取必要的设计参数，提出合理的简化计算方法，为该工程灌注桩基础及该地区的灌注桩的设计施工提供依据。2 工程概况图 1 桩位布置图洸河特大桥是郑西客运专线的一项控制工程，桥址位于渭南市以北、陇海铁路沈河特大桥下游，跨越黄土台源及沈河河谷阶地，中心里程CK413222， 55-32m梁桥。 计算的桩基础位于CK412584。 天然地面标高为0.5m, 地下水位标高:-llm,土层平均泊松比为0.32。基础所处地层分布见沈河特大桥工程地质报告。场地土层物理力学性质见表1。其中埋深11.3m 范围内的砂质黄土（Qe

5、ol3， ） ，具有N级自重湿陷性。设计墩高6.9m-7.9m.承台位于冲刷线下0.5m,承台长11.6m宽7.0m,高2.5m.桩端位于粉质粘土层，拟采用钻孔灌注桩，设计桩长38m,桩径1.25m, 按梅花型布置，桩位布置如图1 所示。表 1 土层的物理力学性质层号土层名称层底埋深（m）天然重度（kN/m3）Es （ MPa）桩侧极限摩阻力标准值（kPa）C（ kPa）1砂质黄土1117.34.38.442粘质黄土13.317.34.62503卵石土17.119.67.51854粉质粘土19.920.28.7358.310.95粉土22.720.49.4356含圆砾石26.519.611.2

6、9017.719.67粉质粘土4020.213.1353 试验研究的目的1) . 通过室内试验研究，为单桩及群桩承载力和变形计算提供设计依据。2) . 通过现场单桩浸水试验研究，得出湿陷引起桩侧负摩阻力的变化规律。4) . 通过现场桩基垂直荷载试验，研究桩体沉降特性，得到灌注桩的单桩承载力，得出桩的沉降在黄土湿陷时的洸河特大桥工程桥梁桩基础的试验研究大纲第 2 页沉降变化规律，浸水湿陷对桩竖向承载力的影响，浸水湿陷全过程中大直径桩荷载传递的机理，提出相应的设计计算模式，优化桩基形式，为设计提供合理经济的桩型。5) .通过现场试桩的水平荷载试验，得出桩侧土的地基比例系数m值及桩底地基比例系数m0

7、的值，并且得出桩侧土水平抗力系数在浸水情况下的变化规律。4 主要试验研究的内容及关键技术4.1 试验的主要内容4.1.1 室内试验通过现场取土、在室内进行土工常规试验。4.1.2 单桩浸水试验黄土的湿陷性评价是工程建设中首先要解决的问题。在现场选择一个试验桥墩，在试验桥墩处进行单桩浸水试验，通过埋设地面沉降标点和深层分层沉降，对上述设备的测读，得到湿陷的时间历程，湿陷中心，湿陷的下限深度及其影响范围，湿陷值。分析述数据，从而对场地黄土湿陷性的强弱程度，湿陷的机理，湿陷最大速率发生及湿陷稳定的时间，大直径灌注桩对黄土湿陷有无约束作用，浸润边界线的分布，渗透扩散角，湿陷的影响范围，场地黄土的性质做

8、出客观科学的评价。4.1.3 负摩阻力的测试湿陷性黄土地区桩基础在施工及运营过程中黄土湿陷性引起的负摩阻力的大小及其发生、发展的规律是湿陷性黄土地区桩基础设计应解决的问题。此次试验中桩的长度为38m， 支承在可压缩性的第7 层粉质粘土层(底层埋深40m) 上，一般情况下，在桩的顶部施加荷载后，桩会有沉降，此时，桩侧土体首先对桩会产生向上的正摩阻力。在黄土浸水湿陷时，当桩的湿陷量大于桩的沉降量时，桩侧土体会对桩产生向下的负摩阻力，负摩阻力的大小主要与土的沉降量有关，土的沉降量与桩的沉降量差值越大，负摩阻力也就越大。已经的研究资料表明，土层的湿陷沉降量总是由表层向深层逐渐减小的。因此， 在桩身的上

9、部，土层的沉降大于桩的沉降，产生负摩阻力；而在桩身的下部，土层的沉降就会小于桩的沉降， 将产生正的摩阻力，若忽略桩本身的压缩量不计，桩本身的沉降在上部和下部是一样的，必然在沿桩身方向上有一土层的沉降与桩的沉降是相等的点，该点处的摩阻力等于零，是桩身轴力最大的点，该特征点称为中性点。通过找出浸水后桩沉降与土沉降相同的点和在桩长方向求得轴向力最大的点，就可以得出负摩阻力的大小及其发生、发展的规律，并得出负摩阻力由变化到稳定的过程。负摩阻力的测试主要通过在灌注桩的钢筋笼上贴钢筋应力计来测得，土层的沉降通过分层沉降测得。4.1.4 灌注桩垂直荷载试验进行单桩垂直载荷试验是为设计提供合理的单桩承载力，而

10、且群桩的承载能力也是以单桩的承载能力为基准确定的，所以正确的确定单桩的承载能力是关系到设计是否安全与经。特别是在自重湿陷性黄土地区单桩的设计中，单桩的正、负摩阻力，桩侧负摩阻力计算深度是设计中必需的参数。此次现场桩基垂直荷载试验，研究内容主要包括灌注桩的单桩承载力，正、负摩阻力的大小，桩侧负摩阻力计算深度，桩在黄土湿陷时的沉降变化规律，浸水湿陷对桩竖向承载力的影响， 浸水湿陷全过程中大直径桩荷载传递的机理等，通过研究，更好的认识和了解湿陷性黄土地区桩的工作性状。4.1.5 灌注桩水平荷载试验进行单桩的水平载荷试验可确定出单桩的水平承载力和地基土的水平抗力系数， 并可以对工程桩的水平承载力进行检

11、验和评价，通过埋设于桩身中的应变计， 可以测定出桩身应力的变化。此次现场桩水平荷载试验，研究内容主要包括通过试验得出桩侧土的地基比例系数 m值及桩底地基比例系数m0的值，并且得 出桩侧土水平抗力系数 m值在浸水情况下的变化规律。4.2 试验关键技术问题此次试验的关键技术问题主要有：1） . 浸水试验中浸水的问题。2） . 此次试验的桩的直径大，桩长长，桩基础竖向载荷试验时所施加的荷载大，需考虑荷载的加载方法及加荷的方式。3） . 水平载荷试验时荷载的施加方法及方式。5 试验研究方法及成果分析方法5.1 试验研究方法5.1.1 室内试验在现场进行取样，拟钻2 个钻孔，孔深40 米 , 每隔 1.

12、5 米取一个样; 现场取土后在室内分别进行压缩试验、固结试验、三轴试验，分别获得地基土的沉降变形特性系数、地基土的沉降随时间变化的计算参数、地基土的强度指标计算参数。取样时，应分层将土样按深度摆放，分清地层情况，记录好地层情况，以便后期埋设沉降管和钢筋计和应变片的埋设使用。5.1.2 单桩浸水试验单桩浸水试验在灌注桩竖向载荷试验加荷至设计荷载的1.2 倍时开始浸水，直至黄土湿陷稳定后再进行静载荷试验至破坏。根据初测洸河特大桥工程地质说明 （中心里程CK413222）,取样土孔（坑） 编号为CLS-64,位置在CK412 320右10m场地为IV级自重性湿陷黄土，湿陷 等级很严重；取样土孔（坑）编号为 CLS-65,位置在CK414 468左34m场地 为R级自重性湿陷黄土，湿陷等级中等。为了使浸水试验具有代表性，试坑应布 置在场地中湿陷系数偏高、压缩性