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【摘要】 通过对桩基承载力确定方法的介绍与比较,为各个设计与建设阶段所需的桩基承载力值提供参考依据。
【关键词】 桩基;承载力;确定方法
【中图分类号】 TU753 【文献标识码】 D【文章编号】 1727-5123(2010)01-068-01
确定桩基承载力的方法很多,这些方法可分为两大类:第一类方法是通过对实际桩基进行静、动和静-动联合的试验测定,称为直接法。包括:①静荷载试验;②高应变动力测试;③静-动试桩法;④新技术。第二类方法则是通过其它手段,分别得出桩底端阻力和桩身侧阻力后相加求得,不需要对桩进行试验,故称为间接法,也称为静力计算法。包括:①原位测试;②经验公式;③承载力理论公式。
1直接法
1.1静荷载试验。静荷载试验是用千斤顶给桩施加竖向荷载,通过油泵给千斤顶送油加压,千斤顶出力值可以用荷载传感器或精密标准油压表标定后量测,桩顶沉降量可以用大量程百分表或位移传感器量测。用该方法可以确定单桩竖向极限承载力,结合在桩身和桩底预埋测试元件还可以测定桩侧摩阻力分布情况、桩端反力和桩身轴力等。属此类方法中具有代表性的方法有锚桩法、堆载法、锚桩堆载法、桩身安放千斤顶加载法。
1.2高应变动力测试。该方法是用打桩锤或一定质量的落锤锤击桩顶,使桩土之间产生相对位移,桩产生一定量的贯入度,通过能量守恒原理或波动理论,参照静、动对比资料,确定单桩极限承载力。属于此类最有代表性的有下面几种方法:动力打桩公式、锤击贯入法和实测曲线拟合法。
1.3静-动试桩法。静-动试桩法(Statnamic)是目前国际上一种新的桩基承载力检测方法。1989年由加拿大伯明翰公司(Berming Hammer)和荷兰皇家科学院建工研究所(TNO)联合研制成功。该方法简便易行,相对成本比静载试验低,测试速度快,同一工地1天可测2～3根桩,且方法本身可靠准确,因而得到迅速推广。目前已在加拿大、荷兰、美国、德国、以色列、韩国、日本和新加坡等十几个国家得到应用。容许检测最大极限承载力已达70MN,且不受桩型、桩斜和桩周环境限制,特别适用于测量斜桩、群桩和水上作业的各种桩型。它是用固体燃料在气缸里燃烧,产生高压气体顶起配重对桩顶作用一反作用力,由力传感器、加速度计和位移传感器实测力、加速度、速度和桩顶位移信号从而获得静-动法的荷载位移曲线,最终通过解析处理获得类似静载试验曲线,从而确定桩的承载力。它可以通过燃烧室大小,活塞气缸形状,燃料多少和配重多少4个因素控制作用力大小和动态力作用时间,动态力作用时间一般可达100～800。动荷载作用时间增长后,使桩土产生加速度很小,分析过程不同波动方程理论,荷载作用机理近似静力试桩,但又是用动的方法产生作用荷载。所以称为静-动试桩法。
1.4新技术。比较有代表性的Osterberg测桩法和自平衡法。
1.4.1Osterberg测桩法。Osterberg测桩法检测钻孔灌注桩单桩承载力的原理(图1-1),是在桩底预先放置一个直径稍小于桩径的,可上下膨胀的压力室,试验时给压力室加压,使桩身获得向上的托力,同时桩端获得向下的压力,桩尖位移和桩身位移的量测采用分离独立系统,仪表1通过连接在桩底部的细杆量测桩尖的向下位移量,仪表2量测桩身的向上位移量。因而分别直接测定桩侧阻力和端阻力和相应位移的关系,由此验证桩的承载力是否满足设计的要求。
1.4.2自平衡法。自平衡法接近于竖向抗压(拔)桩的实际工作条件,其主要装置是一种经过特殊加工而成的可用于加载的荷载箱。它主要由活塞、顶盖、底盖和箱体四部分组成,箱体内是已连接好的若干个大吨位千斤顶。在顶、底盖上布置位移棒,用于测试荷载箱上、下变位。将荷载箱与钢筋骨架焊接成一体后,浇注混凝土成桩。
图1-2为一含6个千斤顶的荷载箱。试验时,在地面上通过油泵加压,随着压力增加,荷载箱同时向上、向下变位,促进桩侧阻力及桩端阻力逐渐发挥作用,试验机理示意见图1-3。图1-4为装好钢筋应力计的钢筋骨架。
2间接法
2.1原位测试。原位测试法是指承载力理论公式中的桩端阻力和桩侧摩阻力直接通过原位试验测得。常用的原位测试方法有:静力触探、标贯试验和旁压试验等。
2.2承载力理论公式。承载力理论公式是将桩的极限承载力分为桩底的极限承载力和桩侧的极限摩阻力两部分,然后根据极限平衡理论,按照深基础的地基承载力计算桩底阻力和根据土对桩侧的单位摩阻力计算桩侧摩阻力,最后两者相加,即得到桩的设计极限摩阻力。
2.3经验公式。经验公式的形式与理论公式相同,所不同的是桩底阻力和桩侧摩阻力的经验值为静载试验资料和地区实践经验,通过各种方法整理、统计和分析后得出的。国内外计算桩承载力的经验公式很多,但未必能对具体桩提供准确的承载力值。仅为初步设计阶段参考。
由于我国桩基的大量应用,桩的承载力的检测方法也迅速发展。桩的静荷载试验是公认的检测桩基承载力的可靠方法,是各种动测法的对照标准。但桩的静载试验费时、费力、费用高,做不到随机抽检,检测桩数也不可能太多,对整个基础工程不能进行概率统计分析,所以静载试验的代表性不高。动力测桩方法简便、快速、技术先进,是一种实用的近似方法,但其适用范围是有限的,可靠性还有待进一步提高。间接法一般比直接法要简单,省钱、省时、省力,不过有些经验公式区域差异较大,理论体系还不是很完善,假定条件较多,故间接法精确性有待提高,通常主要在初步设计阶段作为估算承载力的手段。
【关键词】 桩基;承载力;确定方法
【中图分类号】 TU753 【文献标识码】 D【文章编号】 1727-5123(2010)01-068-01
确定桩基承载力的方法很多,这些方法可分为两大类:第一类方法是通过对实际桩基进行静、动和静-动联合的试验测定,称为直接法。包括:①静荷载试验;②高应变动力测试;③静-动试桩法;④新技术。第二类方法则是通过其它手段,分别得出桩底端阻力和桩身侧阻力后相加求得,不需要对桩进行试验,故称为间接法,也称为静力计算法。包括:①原位测试;②经验公式;③承载力理论公式。
1直接法
1.1静荷载试验。静荷载试验是用千斤顶给桩施加竖向荷载,通过油泵给千斤顶送油加压,千斤顶出力值可以用荷载传感器或精密标准油压表标定后量测,桩顶沉降量可以用大量程百分表或位移传感器量测。用该方法可以确定单桩竖向极限承载力,结合在桩身和桩底预埋测试元件还可以测定桩侧摩阻力分布情况、桩端反力和桩身轴力等。属此类方法中具有代表性的方法有锚桩法、堆载法、锚桩堆载法、桩身安放千斤顶加载法。
1.2高应变动力测试。该方法是用打桩锤或一定质量的落锤锤击桩顶,使桩土之间产生相对位移,桩产生一定量的贯入度,通过能量守恒原理或波动理论,参照静、动对比资料,确定单桩极限承载力。属于此类最有代表性的有下面几种方法:动力打桩公式、锤击贯入法和实测曲线拟合法。
1.3静-动试桩法。静-动试桩法(Statnamic)是目前国际上一种新的桩基承载力检测方法。1989年由加拿大伯明翰公司(Berming Hammer)和荷兰皇家科学院建工研究所(TNO)联合研制成功。该方法简便易行,相对成本比静载试验低,测试速度快,同一工地1天可测2～3根桩,且方法本身可靠准确,因而得到迅速推广。目前已在加拿大、荷兰、美国、德国、以色列、韩国、日本和新加坡等十几个国家得到应用。容许检测最大极限承载力已达70MN,且不受桩型、桩斜和桩周环境限制,特别适用于测量斜桩、群桩和水上作业的各种桩型。它是用固体燃料在气缸里燃烧,产生高压气体顶起配重对桩顶作用一反作用力,由力传感器、加速度计和位移传感器实测力、加速度、速度和桩顶位移信号从而获得静-动法的荷载位移曲线,最终通过解析处理获得类似静载试验曲线,从而确定桩的承载力。它可以通过燃烧室大小,活塞气缸形状,燃料多少和配重多少4个因素控制作用力大小和动态力作用时间,动态力作用时间一般可达100～800。动荷载作用时间增长后,使桩土产生加速度很小,分析过程不同波动方程理论,荷载作用机理近似静力试桩,但又是用动的方法产生作用荷载。所以称为静-动试桩法。
1.4新技术。比较有代表性的Osterberg测桩法和自平衡法。
1.4.1Osterberg测桩法。Osterberg测桩法检测钻孔灌注桩单桩承载力的原理(图1-1),是在桩底预先放置一个直径稍小于桩径的,可上下膨胀的压力室,试验时给压力室加压,使桩身获得向上的托力,同时桩端获得向下的压力,桩尖位移和桩身位移的量测采用分离独立系统,仪表1通过连接在桩底部的细杆量测桩尖的向下位移量,仪表2量测桩身的向上位移量。因而分别直接测定桩侧阻力和端阻力和相应位移的关系,由此验证桩的承载力是否满足设计的要求。
1.4.2自平衡法。自平衡法接近于竖向抗压(拔)桩的实际工作条件,其主要装置是一种经过特殊加工而成的可用于加载的荷载箱。它主要由活塞、顶盖、底盖和箱体四部分组成,箱体内是已连接好的若干个大吨位千斤顶。在顶、底盖上布置位移棒,用于测试荷载箱上、下变位。将荷载箱与钢筋骨架焊接成一体后,浇注混凝土成桩。
图1-2为一含6个千斤顶的荷载箱。试验时,在地面上通过油泵加压,随着压力增加,荷载箱同时向上、向下变位,促进桩侧阻力及桩端阻力逐渐发挥作用,试验机理示意见图1-3。图1-4为装好钢筋应力计的钢筋骨架。
2间接法
2.1原位测试。原位测试法是指承载力理论公式中的桩端阻力和桩侧摩阻力直接通过原位试验测得。常用的原位测试方法有:静力触探、标贯试验和旁压试验等。
2.2承载力理论公式。承载力理论公式是将桩的极限承载力分为桩底的极限承载力和桩侧的极限摩阻力两部分,然后根据极限平衡理论,按照深基础的地基承载力计算桩底阻力和根据土对桩侧的单位摩阻力计算桩侧摩阻力,最后两者相加,即得到桩的设计极限摩阻力。
2.3经验公式。经验公式的形式与理论公式相同,所不同的是桩底阻力和桩侧摩阻力的经验值为静载试验资料和地区实践经验,通过各种方法整理、统计和分析后得出的。国内外计算桩承载力的经验公式很多,但未必能对具体桩提供准确的承载力值。仅为初步设计阶段参考。
由于我国桩基的大量应用,桩的承载力的检测方法也迅速发展。桩的静荷载试验是公认的检测桩基承载力的可靠方法,是各种动测法的对照标准。但桩的静载试验费时、费力、费用高,做不到随机抽检,检测桩数也不可能太多,对整个基础工程不能进行概率统计分析,所以静载试验的代表性不高。动力测桩方法简便、快速、技术先进,是一种实用的近似方法,但其适用范围是有限的,可靠性还有待进一步提高。间接法一般比直接法要简单,省钱、省时、省力,不过有些经验公式区域差异较大,理论体系还不是很完善,假定条件较多,故间接法精确性有待提高,通常主要在初步设计阶段作为估算承载力的手段。