考虑时间效应的静压桩承载力的模拟计算

孙文来　马振国　魏秀梅

摘要:根据静力触探的有关公式,通过调节系数法能得到实时静压桩的压桩力值,但是对静压桩长期承载力的模拟计算还是空白。本文正是通过几组现场试验,利用系数调节法来计算具有时效性的压桩力的值,这样可以较准确的估算出一定时间后静压桩的终压力,进而对桩基设计提供一定的指导作用,工程意义很大。

关键词:系数调节法静压桩承载力时效性

0 引言

利用单桥静力触探资料中的比贯入阻力ps,通过调节公式

中系数α,β能得到比较满意的压桩力结果[1],但是在经过休止期后,能否用这种调节系数的方法来获得考虑时效性的桩的长期承载力值?本文就用调节系数α,β来探讨静压桩长期承载力的计算问题。并且对比分析短期和长期情况下的α,β值来建立两者之间的联系。

1 静压桩承载力的时间效应

桩入土后的承载力不是一成不变的,而是随着时间的推移,有增大的趋势,特别是在粘性土中表现的尤为突出,这就是桩基础承载力的时间效应。目前对承载力的时间效应研究主要集中在粘性土上,对砂性土研究较少,大量试验表明桩在砂性土中的时间效应也非常明显。对砂性土中时效机理分析还比较模糊,而对粘性土时效研究一般认为在孔隙水压力消散和土的触变性这方面,随着时间的推移,一方面超孔隙水压力逐渐消散,使桩间土中的有效应力相应增加[2],土的强度也随之增加,这就是桩间土的再固结;另一方面,由于粘性土具有触变性[3],受沉桩扰动而损失的强度逐渐恢复。因此,如何估算桩的承载力,特别是桩承载力随时间的增加,仍然是桩基础研究中有实用意义的课题之一。

桩基承载力时间效应主要表现在桩侧阻力的时间效应明显而桩端阻力时间效应不明显[4]。所以,一般所说的承载力时效特性主要指侧阻力的时效特性。在沉桩过程中,桩周土被挤压扰动,强度降低,粘性土的触变作用使损失的强度随时间逐步恢复;另外,沉桩过程将引起桩周土的超孔隙水压力,随着入土时间延长,超孔隙水压力消散,桩周土在自重应力和沉桩挤压应力共同作用下固结。土的有效应力和密实度逐渐增大,强度逐渐恢复,甚至超过原有强度,从而使桩基承载力提高。

在沉桩过程中,和桩体积相等的桩边粘土向外挤出,从而形成了一定厚度的重塑区且产生了超孔隙水压力,桩到位以后,超孔隙水压力开始消散,重塑区的粘土开始重固结,固结过程可能使粘土强度得到提高,以致桩承载力大幅提高。

侧阻力增长的主要原因是压桩引起的超孔隙水压力消散[5],桩侧土的有效应力得以增长。粘土中静压桩承载力的时效性的机理是比较复杂的。

前面指出,砂性土中桩承载力的时效性一般是侧阻力的时间效应,而当桩打入以后,桩已确定,要使侧阻力随时间增大,则只有桩侧阻随时间增大[6]。

当桩静压到砂土中时,桩附近的砂土出现较高的剪应力。桩就位后,高的剪应力暂时被限制释放;在高的剪应力下出现剪缩现象,随着土的蠕变,剪应力被释放,砂土呈现剪胀趋势;但桩的存在限制了砂土的剪胀,从而表现为水平有效应力的增加致使承载力随时间增长而增大。

由上述分析可知,桩的承载力在粘性土和砂性土中都会随时间的增长而增大。下面就来尝试用调节系数法估算一段时间后静压桩的承载力值。

2 工程实例计算

对时效性下的静压桩的承载力进行估算,运用上海市的水暖器材厂C1试验桩和上海市闵联大厦C10试验桩,本文压桩28天后的承载力修正系数如下表1-1,1-2所示。

2.1 上海市某水暖器材厂C1桩,桩长35.0m,桩截面,压桩28天后各土层的综合修正系数α,β值见表1-1。

2.2 上海市闵联大厦C10桩,桩长36.0m,桩截面400mmx400mm,压桩28天后各土层的综合修正系数α,β值见表1-2。

工程试验桩打入后的压桩力、28天后实测得的桩承载力、按系数调节法计算所得的28天后承载力对比资料如表1-3所示。

3 本文建议的综合修正系数值

对于不同土类的综合修正系数、值,见表1-4。

4 长期、短期效应情况下系数的对比

为了更好的反映长期、短期效应下系数的相互关系,现列出两个工程的对比表格如表1-5所示:

从以上对比的结果可以看出,变化的范围比小得多,这说明桩侧阻力的时间效应明显而桩端阻力时间效应不明显。粘土,粉质粘土,淤泥质粘土这几类土,的值变化较大,而填土,粉土中,的值变化较小,砂土中更小。这也充分证明了静压桩的时效性在粘性土中表现明显,而在砂土中的时效性比粘性土小这一结论,符合桩的时效性机理。

5 结论

桩入土后,承载力是随时间的推移而逐步增加的。土质不同,对承载力的影响也不同。本文首先介绍了粘性土和砂土中承载力的时效性特点,接着对上海地区两处实际工程进行记录,运用系数调节法,通过改变,值来计算28天后桩的承载力,对比实测的承载力值,初步尝试利用系数调节法对桩的承载力时效性进行研究。并提供了几种土层的修正系数值。又对短期和长期效应情况下的系数做了比较,得出结论。由于本文研究的实例有限,仅对本文涉及的土质土层承载力进行初步的建议取值。由于现场施工进度等原因,没能进行系列的时间对比。

参考文献:

[1]陈强华,陈国铨.静力触探估算打入桩的单桩承载力.同济大学学报.84年.第四期.

[2]王伟,宰金珉,王旭东.考虑时间效应的预制桩单桩承载力解析解[J].南京工业大学学报.2003,25(5):13-17.

[3]孙更生,郑大同.软土地基与地下工程[M].北京:中国建筑工业出版社.1984.

[4]张明义等.静压桩极限承载力的时效性[J].岩土力学与工程学报.2002.12(2):2601—2604.

[5]王伟.打桩引起的超孔隙水压力的预测及其应用[D].南京工业大学.2002.

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