图4 柱底取芯照片(砼与中风化岩体胶结良好,沉渣为零)五、结语:随着我国国民经济发展,城市高层建筑和重型建(构)筑物的日益增多,桩基荷载加大、桩孔加深,大直径超长钻孔灌注桩得到广泛应用。

本工程实践在以使用常规设备,通过改进工艺,结合应用多项新技术,使大直径超长灌注桩能够满足在复杂地质条件下建造大型建(构)筑物的基础需要,其所表现出的单桩承载力高、稳定性好、适应性强、施工方便、无噪声等优点,必将在我国地基基础技术进步和建设事业发展中起到积极作用。

参考文献1、福州市某广场主楼桩基工程竣工资料;2、福建省 超长钻孔灌注桩施工工法 ;3、 福建建筑 1996增刊。

!桩基础!荆州长江大桥单桩竖向抗压静载试验极限承载力分析徐子福 (核工华南二九四工程物探公司) 何 剑 (核工业工程勘察院)摘要:以荆州长江大桥混凝土钻孔灌注桩单桩竖向抗压静载试验在未达到破坏荷载时,对于无特征的缓变型∀Q-S #曲线如何判定单桩极限承载力为研究目的。

引入前人总结出的∀逆变斜率法#、∀S ∃ lg(Q/Qmax)作图法#和∀高应变实测曲线拟合法#与∀测力元件数理统计法#进行解释,将四种方法推荐结果综合对该桩进行分析和对比,判定该桩单桩竖向极限承载力。

关键词:单桩竖向抗压静载试验 基桩高应变动力检测 单桩极限承载力 极限摩阻力Analyses of Pile ultimate Bearing C apacity of Vertical Compressive Static Load Teston JinZhou Yangtze River Bridge Bore PileXu Zifu He Jian (No.294Geophysical Investigation Corporation of Nuclear Industry South of China 353400)Abstract:When the pile vertical compressive static load test of bored pile do not reach the ultimate capacity,the author recommend four methoos to judge pile ultimate capacity.A case for Jingzhou Yangtze River bridge piles is analyzd and contrasted in this paper.Keywords:Pile vertical static load test compressive High strain dyna mic test Pile ultimate bearing capacity Ultimate friction一 工程简介荆州长江大桥是国道207线沟通湘鄂两省特大型跨江桥,设计为钢索斜拉桥,桥长4200米。

灌注桩基础,设计桩长80米,桩径1.5米,单桩承载力标准值为14000kN 。

为了给桩基设计提供科学依据,我公司与核工业工程勘察院合作,于1997年5月上旬至7月初共同完成了该工程专用试桩的高应变动力检测、单桩竖向抗压静载试验和单桩水平静载试验共三项任务。

大桥位于湖北省荆州市,地处江汉平原腹地,冲积层厚度大于100米,根据工程地质勘察和试桩施工揭露,地层分布规律如下:第一层:0.0~9.0m,人工填土,松散。

第二层和第三层;9.0~27.0m,淤泥质及粉质粘土,湿可塑。

第四层:27.0~35.0m,细砂夹砂卵石层,饱和。

第五层:35.0~40.0m,卵石夹砾层。

第六层:40.0~60.0m,砂砾石夹大卵石层。

第七层:60.0m 以下,砂砾石类大卵石层,已胶结。

试验要求单桩竖向抗压静载试验最大加载量大于2倍承载力设计标准值,且不小于30000k N 。

试验成果尽可能提供单桩竖向极限承载力,以作为大桥桩基设计依据。

二、单桩竖向抗压静载试验试桩规格同工程桩。

在制作试桩时按工程地质分层,共埋设了11个断面的钢筋应力计。

试验采用∀两锚一#锚桩横梁反力装置,锚桩桩长60米,桩径2米,反力梁采用钢筋混凝土制作。

试验由一台80MPa 超高压油泵并联八台同型号500吨液压千斤顶和八台500吨测力传感器组成加荷系统;由4只50m m 位移传感器连拉数字频率测试仪组成沉降观测系统。

试验按照 建筑桩基技术规范 (J GJ94-94),采用慢速维持荷载法。

荷载共分15级,起始荷载4000k N,两级后按级差2000k N 递增。

试验自1997年6月29日21时开始加荷,当荷载达28000kN 时,反力梁出现裂缝,直到荷载34000k N 时裂缝加大,故终止加载。

以后分6级卸荷至零。

34000k N 荷载时桩顶最大沉降量21.33m m,卸荷后最大回弹量16.38mm,残余变形量4.95mm 。

由此可见试验全过程桩土体系处于弹性变形阶段,试验未达极限荷载值。

为了给该工程桩基提供设计依据,如何判定该桩竖向极限承载力是本文讨论的中心课题。

图1a ∀S-Q #曲线 图1b ∀S-lgt #曲线三、单桩竖向极限承载力的探讨与分析1、试验曲线常规分析法在∀S-Q #和∀S-l gt #等常规试验曲线中利用沉降与荷载关系的特征点,即极限荷载点或破坏荷载点来判定极限承载力。

对于缓变型∀S-Q #曲线无特征点时按规范给定S=40~60m m 所对应的荷载值(L/D>80的细长桩取S=60~90m m 所对应的荷载值)来判定极限承载力。

而本次单桩竖向静载试验所作常规试验曲线是一典型的缓变型曲线,且最大沉降量仅为21.33mm 。

故用常规试验曲线均不能判定极限承载力。

详见图1a 和图1b 。

根据曲线只能给出:单桩极限承载力Q u k >3400kN如果采用此结构作为设计依据尚不圆满。

这就需要采用其它的测试方法或其它判别手段来分析接近的单桩竖向极限承载力,作为大桥桩基的设计依据。

2 基桩高应变动力检测实测曲线拟合法本次高应变动力检测采用美国PDI 公司研制的PD A 打桩分析仪(PAK 型),以及配套的工具式传感器。

试验锤击装置为组合型锤击装置,锤体质量为20000kg 。

利用北京平岱公司开发的PDC-C MP 高应变拟合分析软件进行拟合分析。

在不考虑辐射阻尼的情况下对该桩进行拟合分析,其结果如下:极限承载力:R u t =48948kN 极限承载力:R sk =44377k N 极限承载力:R to =4570.8kN由于受当时条件所限,在湖北仅筹集到20吨锤击设备。

通过对实测信号的直观分析可以看出:锤击能量明显不足,所施加的应力波未能使桩身下部单元产生足够的运动,桩身下部的位移较小,实际激发的土阻力不够充分。

故引入辐射阻尼模型进行拟合分析。

见图2a 和图2b 。

其结果如下:极限承载力:R u t =57758kN 极限摩阻力:R sk =52365k N 极限端阻力:R to =5393.5kN图2a 实测数据的时程曲线 图2b 拟合结果3 ∀S ∃Q #曲线逆变斜率法当单桩竖向静载试验由于某种原因而不能使试验达到破坏荷载时,则往往进行某种假设后利用经验公式来推断极限承载力。

该法就是假定单桩静载试验∀S-Q 曲线#为一双曲线,则它符合双曲线方程式:Q=S/(a+bS)。

令变量X 为单桩竖向静载试验∀S ∃Q 曲线#中的沉降量(S);令变量Y 为∀S-Q 曲线#中的沉降量S 与相应荷载Q 之比值(Y=S/Q)。

则可写成直线方程Y=a+bX,式中a 为截距,b 为斜率。

假定单桩竖向静载试验进行到N 级,而达到破坏荷载时,则视试验∀S-S/Q 曲线#为一条截距为a,且以破坏荷载之倒数(b=Q by )为斜率的直线,应用最小二乘法解方程式就可以得斜率b:b =N (xy)- x yN x2- x y 将实测数据代入上式求解,所得斜率之倒数应为竖向静载试验破坏荷载值。

在分析正常静载试验∀S ∃Q 曲线#时,均以破坏荷载的前一级所对应的荷载为试桩的极限承载力。

故在应用此法进行求解后,再引入拆减系数∀0.8-0.9#来推算极限承载力Q uk 。

本次试验共分15级,最大加载量为34000kN,最大沉降量S 为21.33m m 。

采用∀S-Q 曲线∀逆变斜率法求解得:斜率:b=1.4212914416%10-5破坏荷载:Q b y =1/b=70776k N极限荷载:Q u k =70776%0.8=56620.8k N 4 S- lg(Q/Q max )百分率图解法分析百分率图解法是假定单桩竖向静载试验∀S-Q 曲线#符合指数方程式:Q=Q max (1-e -as )或S= lg(1-Q/Q max )当桩顶荷载达到极限(破坏荷载)时,其破坏荷载值Q b y 对应于S= lg(1-Q/Q b y )曲线中的一根直线。

其实质是引入一系列假定的破坏值Q b y ,将实测荷载值与假定的破坏荷载之比的百分率制作S= lg(1-Q/Q by )曲线图。

曲线群中的一根直线为破坏荷载曲线(见图形)。

本次试验应用此法进行作图,求得破坏荷载值:Q by =70000k N 。

由于该法推定仍可以认为是破坏荷载值,故仍将引入折减系数∀0.8-0.9#来推算试验极限承载力得:Q u k =7000%0.8=56000kN 5 测力元件分析法凡在试桩桩体中预埋有测力元件(如钢筋应力计或应变片),当单桩竖向静载试验达破坏荷载时,均可用各截面上的测力元件所测得的轴力来计算相应地层所持有的极限摩阻力,即桩体深充范围内各地层极限摩阻力与桩端极限承载力之和即为总极限承载力。

但是单桩竖向静载试验往往不尽人意,试验达不到破坏荷载值。

此时测力元件所能反映的是相应地层摩阻力发挥值。

根据桩顶荷载自上而下的传递机理,使下部地层有潜在摩阻力值和桩端承载力值没有涉及到。

如果应用地质资料结合测力元件也能够推算出各层潜在摩阻力和端承力。

即该桩的极限承载力(或极限荷载)应为桩预最大荷载、潜在极限摩阻力和极限端阻力三者之和。

Q u k =Q m ax + n1(u %L %f sik -q si )+A p f pk式中:Q u k ∃∃∃单桩竖向极限荷载Q ma x ∃∃∃桩顶施加的最大荷载Q sik ∃∃∃地质资料提供地层的单位极限摩阻力Q p k ∃∃∃地质资料提供的桩端地层单位极限承载力Q si ∃∃∃钢筋应力计实测到的第i 层摩阻力发挥值u 、L 、A ∃∃∃分别为桩周长,桩段长和桩截面积N ∃∃∃为计算地层(或桩段)个数一般来说,单桩竖向静载试验未达破坏而终止荷载时,桩顶最大荷载就相当于各层已发挥摩阻力之和。

此时上部地层极限摩阻力值应接近应力计实测值。