考慮時(shí)間效應(yīng)的靜壓樁承載力的模擬計(jì)算

孫文來(lái)　馬振國(guó)　魏秀梅

摘要:根據(jù)靜力觸探的有關(guān)公式,通過調(diào)節(jié)系數(shù)法能得到實(shí)時(shí)靜壓樁的壓樁力值,但是對(duì)靜壓樁長(zhǎng)期承載力的模擬計(jì)算還是空白。本文正是通過幾組現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),利用系數(shù)調(diào)節(jié)法來(lái)計(jì)算具有時(shí)效性的壓樁力的值,這樣可以較準(zhǔn)確的估算出一定時(shí)間后靜壓樁的終壓力,進(jìn)而對(duì)樁基設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)作用,工程意義很大。

關(guān)鍵詞:系數(shù)調(diào)節(jié)法靜壓樁承載力時(shí)效性

0 引言

利用單橋靜力觸探資料中的比貫入阻力ps,通過調(diào)節(jié)公式

中系數(shù)α,β能得到比較滿意的壓樁力結(jié)果[1],但是在經(jīng)過休止期后,能否用這種調(diào)節(jié)系數(shù)的方法來(lái)獲得考慮時(shí)效性的樁的長(zhǎng)期承載力值?本文就用調(diào)節(jié)系數(shù)α,β來(lái)探討靜壓樁長(zhǎng)期承載力的計(jì)算問題。并且對(duì)比分析短期和長(zhǎng)期情況下的α,β值來(lái)建立兩者之間的聯(lián)系。

1 靜壓樁承載力的時(shí)間效應(yīng)

樁入土后的承載力不是一成不變的,而是隨著時(shí)間的推移,有增大的趨勢(shì),特別是在粘性土中表現(xiàn)的尤為突出,這就是樁基礎(chǔ)承載力的時(shí)間效應(yīng)。目前對(duì)承載力的時(shí)間效應(yīng)研究主要集中在粘性土上,對(duì)砂性土研究較少,大量試驗(yàn)表明樁在砂性土中的時(shí)間效應(yīng)也非常明顯。對(duì)砂性土中時(shí)效機(jī)理分析還比較模糊,而對(duì)粘性土?xí)r效研究一般認(rèn)為在孔隙水壓力消散和土的觸變性這方面,隨著時(shí)間的推移,一方面超孔隙水壓力逐漸消散,使樁間土中的有效應(yīng)力相應(yīng)增加[2],土的強(qiáng)度也隨之增加,這就是樁間土的再固結(jié);另一方面,由于粘性土具有觸變性[3],受沉樁擾動(dòng)而損失的強(qiáng)度逐漸恢復(fù)。因此,如何估算樁的承載力,特別是樁承載力隨時(shí)間的增加,仍然是樁基礎(chǔ)研究中有實(shí)用意義的課題之一。

樁基承載力時(shí)間效應(yīng)主要表現(xiàn)在樁側(cè)阻力的時(shí)間效應(yīng)明顯而樁端阻力時(shí)間效應(yīng)不明顯[4]。所以,一般所說(shuō)的承載力時(shí)效特性主要指?jìng)?cè)阻力的時(shí)效特性。在沉樁過程中,樁周土被擠壓擾動(dòng),強(qiáng)度降低,粘性土的觸變作用使損失的強(qiáng)度隨時(shí)間逐步恢復(fù);另外,沉樁過程將引起樁周土的超孔隙水壓力,隨著入土?xí)r間延長(zhǎng),超孔隙水壓力消散,樁周土在自重應(yīng)力和沉樁擠壓應(yīng)力共同作用下固結(jié)。土的有效應(yīng)力和密實(shí)度逐漸增大,強(qiáng)度逐漸恢復(fù),甚至超過原有強(qiáng)度,從而使樁基承載力提高。

在沉樁過程中,和樁體積相等的樁邊粘土向外擠出,從而形成了一定厚度的重塑區(qū)且產(chǎn)生了超孔隙水壓力,樁到位以后,超孔隙水壓力開始消散,重塑區(qū)的粘土開始重固結(jié),固結(jié)過程可能使粘土強(qiáng)度得到提高,以致樁承載力大幅提高。

側(cè)阻力增長(zhǎng)的主要原因是壓樁引起的超孔隙水壓力消散[5],樁側(cè)土的有效應(yīng)力得以增長(zhǎng)。粘土中靜壓樁承載力的時(shí)效性的機(jī)理是比較復(fù)雜的。

前面指出,砂性土中樁承載力的時(shí)效性一般是側(cè)阻力的時(shí)間效應(yīng),而當(dāng)樁打入以后,樁已確定,要使側(cè)阻力隨時(shí)間增大,則只有樁側(cè)阻隨時(shí)間增大[6]。

當(dāng)樁靜壓到砂土中時(shí),樁附近的砂土出現(xiàn)較高的剪應(yīng)力。樁就位后,高的剪應(yīng)力暫時(shí)被限制釋放;在高的剪應(yīng)力下出現(xiàn)剪縮現(xiàn)象,隨著土的蠕變,剪應(yīng)力被釋放,砂土呈現(xiàn)剪脹趨勢(shì);但樁的存在限制了砂土的剪脹,從而表現(xiàn)為水平有效應(yīng)力的增加致使承載力隨時(shí)間增長(zhǎng)而增大。

由上述分析可知,樁的承載力在粘性土和砂性土中都會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增大。下面就來(lái)嘗試用調(diào)節(jié)系數(shù)法估算一段時(shí)間后靜壓樁的承載力值。

2 工程實(shí)例計(jì)算

對(duì)時(shí)效性下的靜壓樁的承載力進(jìn)行估算,運(yùn)用上海市的水暖器材廠C1試驗(yàn)樁和上海市閔聯(lián)大廈C10試驗(yàn)樁,本文壓樁28天后的承載力修正系數(shù)如下表1-1,1-2所示。

2.1 上海市某水暖器材廠C1樁,樁長(zhǎng)35.0m,樁截面,壓樁28天后各土層的綜合修正系數(shù)α,β值見表1-1。

2.2 上海市閔聯(lián)大廈C10樁,樁長(zhǎng)36.0m,樁截面400mmx400mm,壓樁28天后各土層的綜合修正系數(shù)α,β值見表1-2。

工程試驗(yàn)樁打入后的壓樁力、28天后實(shí)測(cè)得的樁承載力、按系數(shù)調(diào)節(jié)法計(jì)算所得的28天后承載力對(duì)比資料如表1-3所示。

3 本文建議的綜合修正系數(shù)值

對(duì)于不同土類的綜合修正系數(shù)、值,見表1-4。

4 長(zhǎng)期、短期效應(yīng)情況下系數(shù)的對(duì)比

為了更好的反映長(zhǎng)期、短期效應(yīng)下系數(shù)的相互關(guān)系,現(xiàn)列出兩個(gè)工程的對(duì)比表格如表1-5所示:

從以上對(duì)比的結(jié)果可以看出,變化的范圍比小得多,這說(shuō)明樁側(cè)阻力的時(shí)間效應(yīng)明顯而樁端阻力時(shí)間效應(yīng)不明顯。粘土,粉質(zhì)粘土,淤泥質(zhì)粘土這幾類土,的值變化較大,而填土,粉土中,的值變化較小,砂土中更小。這也充分證明了靜壓樁的時(shí)效性在粘性土中表現(xiàn)明顯,而在砂土中的時(shí)效性比粘性土小這一結(jié)論,符合樁的時(shí)效性機(jī)理。

5 結(jié)論

樁入土后,承載力是隨時(shí)間的推移而逐步增加的。土質(zhì)不同,對(duì)承載力的影響也不同。本文首先介紹了粘性土和砂土中承載力的時(shí)效性特點(diǎn),接著對(duì)上海地區(qū)兩處實(shí)際工程進(jìn)行記錄,運(yùn)用系數(shù)調(diào)節(jié)法,通過改變,值來(lái)計(jì)算28天后樁的承載力,對(duì)比實(shí)測(cè)的承載力值,初步嘗試?yán)孟禂?shù)調(diào)節(jié)法對(duì)樁的承載力時(shí)效性進(jìn)行研究。并提供了幾種土層的修正系數(shù)值。又對(duì)短期和長(zhǎng)期效應(yīng)情況下的系數(shù)做了比較,得出結(jié)論。由于本文研究的實(shí)例有限,僅對(duì)本文涉及的土質(zhì)土層承載力進(jìn)行初步的建議取值。由于現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度等原因,沒能進(jìn)行系列的時(shí)間對(duì)比。

參考文獻(xiàn):

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[2]王偉,宰金珉,王旭東.考慮時(shí)間效應(yīng)的預(yù)制樁單樁承載力解析解[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2003,25(5):13-17.

[3]孫更生,鄭大同.軟土地基與地下工程[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.1984.

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[6]Seed & Reese.The action of soft clay along friction pile[J].Civil Engineers,1995,81:840- 842.