洞庭湖区管桩竖向承载性能试验研究-

洞庭湖区管桩竖向承载性能试验争辩2、湖南省交通规划设计院有限公司，湖南长沙410200[摘要]软基的处理。桥梁建设以及软基处理均需要基桩施工来进行技术支撑。在进行高速大路修建的过程中，环保工作也同样重要。灌注桩由于施工时需要建立泥浆池，对周边环境会造成地下水的污染；管桩由于其预制桩的特性，对周边环境影响较小。在针对管桩设计过程中，其长度需要通过基桩的侧摩阻力以及端阻力进行计算。常规的算法通常接受地勘供应的数值进行计算，带来的是长度的大量富余。文中通过对试验管桩进行竖向承载性能试验，得到更为精确的洞庭湖区各土层侧摩阻力系数以及端阻力，可以有效削减设计的桩长，节省工程造价。[关键词】：洞庭湖区；管桩；竖向承载力；侧摩阻力；自平衡ExperimentalstudyonverticalbearingcapacityofpipepileinDongtingLakeareaPengLingxing1, HeXianqi1，ZhuJianmin2，WangYan1HunanProvincialCommunicationsPlanning,Survey&DesignInstituteco,ChanshaNanjingDongdaselfbalancedpilefoundationtestingCo.,Ltd,210018,ChinaAbstract:ThehighwayconstructioninDongtingLakeareaisdevelopingrapidly,followedbyalargenumberofbridgeconstructionandspecialsoftfoundationtreatment.Bothbridgeconstructionandsoftfoundationtreatmentneedpileconstructionfortechnicalsupport.Intheprocessofhighwayconstruction,environmentalprotectionisalsoimportant.Duetotheneedtobuildamudpitduringtheconstructionofcast-in-placepile,itwillcausegroundwaterpollutiontothesurroundingenvironment;becauseofthecharacteristicsofprefabricatedpile,thepipepilehaslittleimpactonthesurroundingenvironment.Inthedesignprocessofpipepile,itslengthneedsbecalculatedbythesidefrictionresistanceandendresistanceoffoundationpile.Theconventionalalgorithmusuallyusesthenumericalvalueprovidedbygeologicalsurvey,whichbringsalotofsurplusoflength.Inthispaper,throughtheverticalbearingcapacitytestofthetestpipepile,moreaccuratesidefrictioncoefficientandendresistanceofeachsoillayerinDongtingareaareobtained,whichcaneffectivelyreducethedesignpilelengthandsavetheprojectcost.Keywords:DongtingLakearea,Pipepile,Verticalbearingcapacity,Sidefriction,Selfbalance作者简介：许骋（1979-）， ，男，工程师，争辩方向为桩无损检测理论争辩及工程应用。预制管桩有着施工便利快捷、环境友好、造价廉价、桩身质量好等优点，被大量应用在工民建领域作建筑物基础，此外在湖区的软土地基处理上预制管桩的应用也越来越广泛[1-3]。但目前国内外争辩预制管桩的工程资料和试验资料相对较少，因此为了满足设计及施工的需要，有必要开展对预制管桩承载性能的争辩。本文从现场试验入手，对软土地区管桩的竖向承载性能进行探讨，为其在工程应用中供应相关依据。张忠苗等[4]、潘艳辉等[5]、吴跃东等[6]接受钢筋计的方式对管桩桩身轴力进行测试，进而推算桩身侧摩阻力和桩端阻力，但是钢筋计的成活率较低，该方法难以推广。近年来，随着光纤技术的快速进展，Kister等[7]、魏广庆等[8]、寇海磊等[9]、秋仁东等[10]相继接受光纤传感器技术对管桩的承载性能进行了试验，但在光纤传感器的埋设便利存在较大的争议[11]。本文从现场试验入手，对软土地区管桩的竖向承载性能进行探讨，为其在工程中实际应用供应相关依据。在管桩的承载性能试验方面，主要分为两种方法，堆载法[12-13]和自平衡法[14-16]。受试桩环境条件所限，文中试验接受自平衡测试方法。自平衡测试方法原理自平衡试桩法是接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法，将一种特制的加载设备——荷载箱，与钢筋笼相接，埋入桩的指定位置，并将荷载箱的高压油管和位移棒一起引到地面，由高压油泵向荷载箱充油而加载。图1桩承载力自平衡试验示意图Fig1Schematicdiagramofpilebearingcapacityselfbalancetest基桩自平衡试验开头后，荷载箱产生的荷载沿着桩身轴憧憬上、往下传递。假设基桩受荷后，桩身结构完好（无破损，混凝土无离析、断裂现象），则在各级荷载作用下混凝土产生的应变量等于钢筋产生的应变量，通过量测预先埋置在桩体内的钢筋计，可以实测到各钢那么相应桩截面微分单元内的应变量亦可求。由此便可在各级荷载作用下各桩截面的桩身轴力P值及轴力、摩阻力随荷载和深度变化的传递规律。z依据《基桩静载试验自平衡法》738-2009）按下式确定试桩的极限承载力：抗压单荷载箱—试桩i抗压单荷载箱ui—试桩iusiQ —试桩i下段桩的加载极限值，单位为千牛uxiW—试桩i荷载箱上部桩自重，单位为千牛（kN）；siγi—试桩i的抗托系数，依据荷载箱上部土的类型确定：粘性土、粉土γi=0.8；砂土γi=0.7；岩石γi=1，若上部有不同类型的土层，γi取加权平均值。工程概况地质概况粉质黏土、砂层、圆砾等，第四系更新统粉质黏土、砂层、碎石类土、胶结砂层等。人工填土主要为黏性土组成，主要分布于大路路基、民宅地基、地坪地基、河堤堤身部位，一般厚0.5-2.0m5.0-6.0m。不良地质作用主要为与强有关的软土振陷与粉土液化。桥位地表浅层脆弱土层分布广泛，软土多无上覆硬壳层或硬壳层过薄，在强振作用下，软土有震陷的危急。试桩概况本次试验试桩接受PHC管桩，桩径为600mm，强度为C80，具体参数见表1。表1 试验桩主要参数表桩径桩径桩长桩端桩型桩号试验方法(mm)(m)持力层PHC1-260020圆砾自平衡PHC3-260016圆砾自平衡本次试验试桩地层参数详见表2。表2 试验桩地层参数桩桩土桩土层名标高（m） 标高（m）号层名称号称1杂30.09m～3粉细30.83m～26.33m-2填土26.99m-2砂粉粉26.99m～粉质26.33m～24.33m质黏土20.29m黏土粉20.29m～淤泥24.33m～22.13m砂18.79m质黏土粗18.79m～粉质22.13m～18.33m砂14.29m黏土试验现场布置考虑到工程实际操作，本次试验的荷载箱埋设于桩底往上2m处，同时在预制厂订制2mPHC测试的精度。在本次试验中，接受光纤传感器进行侧摩阻力的测试。通过在管桩两侧进行开槽，将光纤埋入槽中，后进行环氧树脂密封，效果如下图2图2管桩中埋入光纤传感器图Fig2Diagramofopticalfibersensorembeddedinpipepile4试验结果及分析1-29（2×2000kN）47.61mm，桩被抬起，荷载无法稳定，此时向下位移10.974280KN为极限加载值。桩身轴力检测结果见图3所示；桩身侧摩阻力检测结果见45图31-2号桩桩身轴力曲线 图41-2号桩桩身侧摩阻力曲线Fig3 AxialforcecurveofNo.1-2pile FigSidefrictioncurveofNo.1-2pile图51-2号桩桩侧摩阻力-位移曲线Fig5LateralfrictiondisplacementcurveofNo.1-2pile3-2桩加载至第8级（荷载值2×1800kN）时，荷载箱向上位移消灭陡变，位移快速增大至46.17mm，桩被抬起，荷载无法稳定，此时向下位移10.16mm，3840KN6见图7所示；桩侧摩阻力-位移曲线见图8所示。图33-2号桩桩身轴力曲线 图43-2号桩桩身侧摩阻力曲线Fig3 AxialforcecurveofNo.3-2pile Fig4 SidefrictioncurveofNo.3-2pile图83-2号桩桩侧摩阻力-位移曲线Fig8LateralfrictiondisplacementcurveofNo.3-2pile581-23-29图9管桩等效转换Q-S曲线Fig9Q-Scurveofequivalenttransformationofpipepile将1-2、3-2号桩的各土层侧摩阻力结果进行列表，并与地勘报告中的土层侧摩阻力进行对比分析，如表3、表4所示。表3 1-2桩各土（岩）层摩阻力土层土层标高厚地勘实测基桩基名称（m）度（m）报告土层摩阻力土层摩阻力(kPa)侧摩阻力值桩端阻力值（kPa)杂填30.09m～320土26.99m杂填30.09m～320土26.99m.1027粉质26.99m～625～黏土20.29m.70555720.29m～1141粉砂 25 287018.79m .50 41 018.79m～4粗砂 6514.29m .50 7714.29m～4圆砾9010.09m .20 157地勘地勘厚实测基桩基土报告土层标高（m） 度 土层摩阻侧摩阻力 桩端阻层名称 摩阻（m） 力(kPa) 值 力值（kPa)粉30.83m～430～11156 2730细砂26.33m.50500粉粉26.33m～230～70质黏土24.33m.0060淤24.33m～2泥质黏254822.13m .20土粉22.13m～330～85质黏土18.33m.8060圆18.33m～3100183砾14.83m.50～110桩的承载力构成主要为基桩的侧摩阻力以及端阻力，且以侧摩阻力为主，占比约70%；以端30%。中提出的侧摩阻力值相差较小，实测值略为偏大；在圆砾层，实测的土层侧摩阻力值与地勘报告中提出的侧摩阻力值小差较大，实测值近乎提升了75%。依据基桩承载力计算公式，在承载力特征值确定的状况下，基桩在圆砾层中的长度可以大幅度减小。结论通过预制短桩以及预埋式光纤传感器的手段，可以保证传感器存活率极高；自平衡测试的费用；7030%，在设计过程中对基桩承载力特征值进行计算分析时，端阻力不能忽视；洞庭湖区管桩在圆砾层的实际侧摩阻力比起依据岩土勘察规范得出的阅历值要高左右，在针对洞庭湖区管桩进入持力层长度设计的计算过程中，可以参照此次试验得到的数值，削减基桩进入持力层的长度，节省工程造价。参考文献[D].杭州：浙江工业高校，2017ChenKailei.Modeltestsstudyonbearingbehaviorofprecastmicro-pipepilesinsoftsoil[D].Hangzhou：ZhejiangUniversityofTechnology,2017[MZhangMingyi.ResearchandApplicationofStaticallyPressedPile[M].Beijing：ChinaBuildingMaterialsIndustryPublishing[3][DLuoZhanyou.Studyonsoilcompactioneffectofstaticpressurepileandconstructionmeasures[D].Hangzhou：ZhejiangUniversity，2004张忠苗，喻君，张广兴，等.PHC[J土力学，2008，29（11）：3059-3065ZhangZhongmiao，YuJun，ZhangGuangxing，etandAnalyzingMechanicalBehaviorofPHCPipePileandPrefabricatedSquarePile[J].GeotechnicalMechanics，2008，29（11）：3059-3065潘艳辉，石明生，葛明明，等.钢筋计在PHC[J]工程，2007，19（11）：57-59PanYanhui，ShiMingsheng，GeMingming，etal.TestSchemeAnalysisofReinforcementMeterinPHCPipePile[J].West-ChinaExplorationEngineering，2007，19（11）：57-59争辩[J]．施工技术，2015，44（13）：19-22WuYuedong，LuoRuping，ZiHongli，etal.ResearchonInstallationTechnologyofVibratingStringReinforcementinPileFormingProcessofPrestressedPipePile[J].ConstructionTechnique，2015，44（13）：19-22KisterG,WinterD,GebremichaelymYM.MethodologyandintegritymonitoringoffoundationconcretepilesusingBragggratingopticalsensors[J].Engimeering29（9）：2048-2055[J]．岩土工程学报，2009，31（6）：911-916WeiGuangqing，ShiBin，JiaJiancun，etApplicationofDistributedOpticalFiberSensingTechnologyinInternalForceTestingofPrefabricatedFoundation[J].JournalofGeotechnicalEngineering，2009，31（6）：911-916寇海磊，张明义．基于桩身应力测试的静压PHC[J35（5）：1295-1302KouHailei，ZhangMingyi.PenetrationmechanismofstaticpressurePHCpipepilebasedonpilestresstest[J].GeotechnicalMechanics，2014，35（5）：1295-1302秋仁东，高文生，孙军杰，等．光纤光栅传感技术在PHC管桩水平载荷试验中的应用[J]．岩石力学与工程学报，2013，32（12）：2583-2589QiuRendong，GaoWensheng，SunJunjie，etal.ApplicationofFiberBraggGratingSensingTechnologyinPHCPipePileHorizontalLoadTest[J].JournalofGeotechnicalEngineering，2013，32（12）：2583-2589王永洪，张明义，白晓宇，等.静压PHC[J].青岛理工高校学报，2018，39（6）：10-15WangYonghong，ZhangMingyi，BaiXiaoyu，etal.DiscussiononthemethodoffieldtestforthepiledrivingandstaticloadofjackedPHCpipepile[J].JournalofQingdaoUniversityofTechnology，2018，39（6）：10-15[J].2016，30（6）：631-637ZhaoShengfeng，HuangGuanglong，ZhouYi，etal.Experimentalstudyonbearingcharacteristicofsuper-longprecastpipepileinsandysoilarea[J].JournalofJiangsuUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)，2016，30（6）：631-637黄柳云，姚东升，宋少军，等.基于FLAC3D的红粘土地