桩身自平衡静载试验的测试原理
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自平衡法桩基检测原理
自平衡法(Self-Balancing Method)是一种常用的桩基检测方法,它基于桩的静力平衡原理。
自平衡法的基本原理是在桩顶施加一个平衡荷载,使桩与平衡荷载达到静力平衡状态,通过测量平衡荷载与桩顶位移的关系,可以计算得出桩底的承载性能。
具体原理如下:1. 在待检测的桩顶施加一个平衡荷载,使桩与平衡荷载达到静力平衡状态。
平衡荷载的大小与桩的承载能力相关。
2. 在平衡荷载作用下,测量桩顶的位移。
一般使用位移传感器进行测量。
3. 将桩顶位移与平衡荷载的关系制成荷载位移曲线。
根据该曲线,可以求解得出桩底的承载力。
需要注意的是,自平衡法桩基检测原理中的静力平衡状态是一个理想化的状态,在实际检测过程中,往往考虑到桩的动力效应和动力响应,以及结构的非线性等因素,需要进行一系列的修正和校正,以确保测试结果的准确性。
基桩静载试验自平衡法
基桩静载试验是对具体基桩进行试验以获取其承载能力和变形特性的一种方法。
而自平衡法是常用的基桩静载试验方法之一。
自平衡法的基本原理是通过在基桩顶部施加一系列水平荷载,使基桩在不稳定的状态下自行平衡,从而得到基桩的承载能力和变形特性。
这种方法主要适用于垂直承载能力较大的基桩,如钢筋混凝土桩等。
具体的试验步骤如下:
1. 在基桩顶部设置一系列水平荷载(通常是通过液压缸施加),并记录施加的荷载大小。
2. 监测基桩顶部和底部的位移,可以通过应变计、水平闭路测量仪等设备进行测量。
3. 根据基桩的变形特性,可以通过荷载-位移曲线确定基桩的
承载能力。
自平衡法具有操作简单、试验时间短、经济高效等优点,但也存在一些限制,如只适用于垂直承载较大的基桩,对试验条件要求较高等。
因此,在进行基桩静载试验时需要综合考虑具体情况,选择合适的试验方法。
桩基自平衡检测法原理及应用- 结构理论桩基自平衡检测法原理及应用摘要:进入21世纪以来,随着经济的进一步发展,高新技术被应用于各个领域。
高速公路、铁路、高层建筑、近海建筑物等广泛应用桩基的建设项目发展迅速,单桩和群桩受静载或准静载轴向荷载问题成为了施工企业必须解决的问题。
桩基自平衡检测法作为发展成熟的一种经济实用、快速方便,操作简便、试验精度高的检测方法,正成为建设领域重要的检测方法。
本文首先从我国建设领域对桩基自平衡检测法的需要出发,分析了桩基自平衡检测法来源、检测原理、技术特点、应用前景等,对桩基自平衡检测法的应用前景进行了简要的叙述,目的是从我国建设领域运用新方法的角度重新审视我国的桩基自平衡检测,使桩基自平衡检测法更具有实用性。
关键词:桩基;自平衡检测法;原理;应用进入21世纪以来,随着经济的进一步发展,高新技术被应用于各个领域。
桩基自平衡检测法作为发展成熟的一种经济实用、快速方便,操作简便、试验精度高的检测方法,正成为建设领域重要的检测方法。
一直以来,我国的桩基设计基本上靠经验,对桩基的检测没办法达到精确的程度。
而桩基自平衡检测法以方法独特、操作简便的特性正成为高速公路、铁路、高层建筑、近海建筑物等广泛应用桩基的建设项目的通行检测方法。
一、桩基自平衡检测法的来源桩基自平衡检测法是一种静力试桩法,20世纪60年代,以色列AfarV asela公司经过多年工程经验积累和桩基检测理论研究,在这些成果的基础上发明了通莫静载法(T-pile),AfarVasela公司后来发展为荷兰TomerSystensB.S公司。
1979年,AfarV asela公司向以色列专利局申请了专利保护,并取得了以色列专利局注册号为58035的专利证书。
20世纪80年代中期,通莫静载法(T-pile)传入了美国,被称为Osterberg试桩法。
20世纪90年代后期,这种方法随着中国和美国的学术交流进入了中国,自平衡法是国内业界对通莫静载法(T-pile)的称谓。
基桩自平衡静载试验原理今天来聊聊基桩自平衡静载试验原理的事儿。
你看啊,我们想知道一根基桩到底能承受多大的力量,就像我们想知道一根支撑帐篷的杆子最多能扛多少东西一样。
以前呢,有一种传统的办法,就像是直接在桩顶使劲儿压东西,看它什么时候撑不住,这很直观但有时候也很麻烦。
而基桩自平衡静载试验就比较巧妙啦。
打个比方吧,这就像是一场拔河比赛,不过不是人和人拔河,而是基桩自己和自己拔河。
基桩在地下,咱们把它想象成一个巨人扎根在土里。
基桩内部有一些特殊的装置,专业点说就是荷载箱。
这个荷载箱相当于一个双向的力量源,就好像这个巨人的两只手可以自己互相对拉一样。
这个荷载箱会往上下两个方向发力。
向上呀,就像有人在拼命地拔这个根扎在土里的巨人;向下呢,就像有人在把巨人用力往土里摁。
这样的双向力就模拟了基桩在实际建筑中承受的各种力的情况。
这时候我们可以通过仪器测量基桩在这两种力作用下的位移、应变之类的数据。
有意思的是,怎么通过这个测出来的数据去了解基桩到底有多“强壮”呢?这里面可大有学问。
我们要依据相关的理论呢,就像是说明书一样。
比如说材料力学里的一些理论知识就派上用场啦。
实际应用案例也不少呢。
比如说建高楼大厦的时候,基础打得牢不牢全靠这些基桩。
用基桩自平衡静载试验就可以在施工前期,比较准确地判断基桩行不行。
不过这里面也有一些注意事项。
就好比这个荷载箱设置的位置很关键,如果位置不合理,就像拔河比赛的时候,两边用力的点没有选好,那就得不出准确的结果了。
还有呢,测量仪器的精度得保证,这就像我们称东西时候的秤,如果秤不准,那还怎么知道物品的真实重量呢。
老实说,我一开始也不明白为什么不需要像传统方法那样从桩顶加压。
后来才理解,这种自平衡静载试验其实就是利用基桩本身的结构特点,通过特殊的方式模拟受力状态。
这就好比在研究一辆汽车的承重能力,不一定要真的往车顶上堆很多重物,而是可以通过车内一些特殊装置模拟各部分的受力情况。
说到这里,你可能会问,那这种测试在不同土质条件下会不会有很大区别呢?答案是肯定的啦,不同的土质就像是不同的场地条件,软土就像沙地,硬土就像水泥地,基桩在这些不同的土质里受这种双向力的表现肯定不一样,所以在测试和分析数据的时候也要考虑土质这个因素。
第一章桩身自平衡静载试验的测试机理1.1 桩身自平衡静载试验的测试原理自从1969年由日本的中山(Nakayama)和藤关(Fujiseki)提出桩承载力自平衡测试到现在,经历20世纪80年代中期类似技术为Cernac和Osterberg等人所发展,其中1984年osterberg研制成功的桩底圆形试验方法(即自平衡测试法)将此项技术用于工程实践,他通过预埋在桩底的测压盒进行钻孔桩静载试验的方法,先是在桥梁钢桩中得到了成功应用,后来逐渐推广至各种桩型以来,据美国联邦公路管理局调查统计,1994年全美钻孔灌注桩荷载试验中该方法的使用超过了65%,后来在世界各地得到了推广,该法对于划分桩侧摩阻力与桩端阻力以及确定抗拔桩的承载力有重要意义,现已取代了传统载荷试验。
欧洲及日本、加拿大、新加坡等国也广泛使用该法。
自1996年起,我国江苏、河南、浙江、云南、安徽等省开始使用该法,如江苏的润扬大桥、新三汉河大桥及张公桥,云南的元江大桥、磨江大桥、思茅大桥等桥梁桩基试验均采用了该技术。
该方法较好地解决了传统加载技术存在的诸如费时、费用高、对试验场地要求高、大吨位常规静载试验一般很难进行、不借助桩身应力测试,从试验结果很难区分桩侧摩阻力与桩端阻力的准确性等问题。
1.1.1 自平衡法自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。
它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。
顶、底盖的外径略小于桩的外径,在顶、底盖上布置位移棒。
将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后,即可浇捣混凝土成桩。
试验时,在地面上通过油泵给荷载箱加压,随着压力增加,荷载箱将同时向上、向下对桩施加作用力,图2.1为试验原理示意图。
图2.1 试验原理示意图Fig 2.1 Testing principle diagrammatic sketch当在地面上通过油泵给荷载箱加压时,随着荷载箱压力的不断增加,荷载箱将同时向上、向下发生变位,荷载箱对桩的作用力也不断增加,进而促使桩侧阻力及桩端阻力的不断发挥,图2.2为试验装置示意图,当达到一定程度时,可从相关曲线判断出桩的承载力情况。
桩基静载自平衡试验原理自平衡测桩法是在桩身平衡点位置安设荷载箱,沿垂直方向加载,即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力。
图1 桩承载力自平衡试验示意图自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。
它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。
顶、底盖的外径略小于桩的外径,在顶、底盖上布置位移棒。
将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后,即可浇捣混凝土成桩。
试验时,在地面上通过油泵加压,随着压力增加,荷载箱将同时向上、向下发生变位,促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥,见图2。
由于加载装置简单,多根桩可同时进行测试。
东南大学土木工程学院开发了测桩软件,可同时对多根桩测试数据进行处理。
3.3 方法特点自平衡试桩法相对于传统试桩法(堆载法和锚桩法)具有以下几个特点:(1) 装置较简单,不占用场地,不需运入数百吨或数千吨物料,不需构筑笨重的反力架,试桩准备工作省时省力;(2) 该法利用桩的侧阻与端阻互为反力,因而可测得侧阻力与端阻力和各自的数据采集应变计传感线P P荷载箱荷载~位移曲线;(3)试验费用省。
尽管荷载箱为一次性投入器件,但与传统方法相比可节省试验总费用的30%~60%,具体比例视桩与地质条件而定,吨位越大越明显;(4)试验后试桩仍可作为工程桩使用,可利用预埋管对荷载箱进行压力灌浆;(5)方便的重复试验。
可在不同的桩端深度(双荷载箱或多荷载箱技术)和同一桩端深度的不同的时间(后压浆试桩效果对比)在同一根桩上方便的进行试验;(6)可得到土阻力的静蠕变和恢复效果。
试验荷载可保留所需的任意长时间段,因此可实测桩侧和桩端阻力的蠕变行为的数据;(7)在下列情况下或当设置传统的堆载平台或锚桩反力架特别困难或特别花钱时,该法更显示其优势,例如:水上试桩,坡场试桩,基坑底试桩,狭窄场地试桩,斜桩,嵌岩桩,抗拔桩等。
这些都是传统试桩法难以做到的。
3.4 测试仪器设备3.4.1 加载设备(1)每根试桩采用一个环形荷载箱,如图2所示;(2)高压油泵:最大加压值为60MPa,加压精度为每小格0.5MPa,其压力表亦由计量部门标定。
桩基静载试验自平衡法__发电厂桩基静载试验(自平衡法)测试报告1、概述1.1工程概况据现场勘察成果反映,该场地上部黄土具有湿陷性,属三级自重湿陷性黄土。
根据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GBJ25-90)中要求,对Ⅲ级自重湿陷性场地,甲类建筑物应消除地基湿陷性或穿透全部湿陷性土层。
采用常规的桩基形式,由于湿陷性造成的负摩阻力,要满足设计要求,势必要增加一定的桩长,给施工带来困难。
经论证,认为在满足设计要求的前提下取得最佳效果和经济效益,首先应消除该场区的湿陷性。
所以在地基处理试验中,采用天然与人工挖孔扩底灌注桩和先进行孔内深层强夯素土桩后再进行人工挖孔扩底灌注桩的组合桩型进行对比试验。
根据国家规范和有关规定,受__发电有限责任公司的委托,由东南大学对其中4根试桩采用自平衡法,结合桩身内力测试进行基桩静载荷试验。
试桩的尺寸、编号及平面位置由勘测设计院和东南大学共同确定。
单桩试验预估加载值为单桩设计承载力的两倍,工程试桩有关参数见表1-1。
表1-1试桩参数一览表试桩编号桩身直径(mm)扩底直径(mm)设计桩长(m)持力层预估加载值(kN)荷载箱距桩端距离(m)试验方法S7 1000 1400 20m 细砂层__2 1.8 自平衡法、内力测试S8 1000 1800 20m 细砂层3000×2,2022年×2 0,1.8 自平衡法、内力测试S12 1200 无扩底20m 细砂层5000×2 0 自平衡法S13 1200 无扩底20m 细砂层5000×2 0 自平衡法、内力测试1.2地质条件1.2.1地形地貌厂址位于风陵渡以西1.0Km,地处三门峡盆地西北端,中条山为中高山区,相对高差一千余米,最高峰为雪花山,海拔1993.6m,最低处为黄河海拔302m。
焦芦厂址地貌上属黄河II级阶地。
区内河流除黄河外,均为季节性河沟。
从中条山发育的数条沟涧,由东向西呈树枝排列。
根据气象站资料,厂址土壤最大冻结深度为0.31m。
浅论孔桩自平衡静载试验的原理及应用提纲:一、孔桩自平衡静载试验的原理二、孔桩自平衡静载试验的应用三、孔桩自平衡静载试验的优势四、孔桩自平衡静载试验的注意事项五、孔桩自平衡静载试验在实际工程中的应用案例一、孔桩自平衡静载试验的原理孔桩自平衡静载试验是通过在孔桩上施加垂直荷载来测试孔桩的负荷能力和承载性能。
其原理是,将测试孔桩的上部固定住,并通过一系列的传感器记录孔桩的水平位移变化和荷载值。
试验前需要先在一定深度对孔桩进行静力触探或锤击试验,以获取孔桩的基本信息和地质条件,以便后续分析试验结果。
孔桩自平衡静载试验采用自平衡静力荷载传感器,由它们组成的架构称为"盒子"统一采集、处理和输出试验数据。
测得孔桩的响应变形数据,可以以此推断孔桩的破坏机理和承载力特性。
孔桩自平衡静载试验可以在不同深度进行,甚至在孔桩顶部和底部分别进行,以便更加准确地了解孔桩的性能和承载力。
二、孔桩自平衡静载试验的应用孔桩自平衡静载试验主要应用于以下领域:1. 常规建筑:在建筑行业中,孔桩是主流的地基处理方案之一,孔桩自平衡静载试验可以为建筑工程提供重要的测试数据。
2. 基础工程:孔桩自平衡静载试验可以用于承载桥墩、暗挖支撑结构等基础工程的设计和施工。
3. 桥梁工程:在高速公路、普通公路以及铁路等工程中,孔桩自平衡静载试验可以用于测试较大桥梁的承载能力。
4. 矿山和油田开发:孔桩自平衡静载试验也广泛应用于矿山和油田开发中的基础工程中。
5. 海洋工程:孔桩自平衡静载试验在海洋油气平台和悬挂式起重机等海洋工程中也有应用。
三、孔桩自平衡静载试验的优势孔桩自平衡静载试验具有以下优势:1. 可获得准确数据:孔桩自平衡静载试验可以为工程结构的设计和监督提供准确、可靠的测试数据。
2. 易于操作:孔桩自平衡静载试验不需要大量的设备和人手,只需要少数的设备和专业人员即可完成操作。
3. 可在各种地质条件下进行:孔桩自平衡静载试验可以在各种地质条件下进行,包括软土、沙土、岩石和冰等。
自平衡桩基承载力检测方法摘要:自平衡试桩法是通过埋置于桩身中的荷载箱施加荷载的一种新型静载试验方法。
根据设计要求, 将荷载箱埋置于桩身特定位置, 通过分析加载力与位移之间的关系,从而推断出桩基承载力。
关键词:自平衡;荷载箱;试验加载;结果分析abstract: since the balance of test pile method is through the buried in the pile body load container load of a new type of static load test method. according to design requirements, the load box buried in a particular location of pile, by analyzing the relationship between the force and displacement loading, thus infer the bearing capacity of pile foundation. key words: the balance; load cases; test load; results analysis.中图分类号:tu473.1+1文献标识码:a文章编号:2095-2104(2013)1.引言目前随着我国高层建筑以及桥梁工程建设的增多,大承载力的混凝土桩基得到了广泛的应用,由此桩基大承载力的检测引起了越来越多的人们的注意。
在桩基大承载力的测试理论和测试方法研究上,国内外都是近几年刚刚起步。
美国在80年代中期开展了桩承载力自平衡试验方法的研究,国内近几年也开展了此方法的理论研究和现场实践,并取得了良好的社会效益和经济效益。
该方法具有试验装置简单;可直接测得端阻和侧阻;经过处理后,试桩仍可用做工程桩等特点,目前被较为广泛地采用。
桩基础检测——自平衡法的介绍自平衡法测桩法是一种基于在桩基内部寻求加载反力的间接的静载荷试验方法。
其主要装置是一种特制的荷载箱,它与钢筋笼连接而安置于桩身下部。
试验时,从桩顶通过输压管对荷载箱内腔施加压力,箱盖与箱底被推开,从而调动桩周土的摩阻力与端阻力,直至破坏。
将桩侧土摩阻力与桩底土阻力迭加而得到单桩抗压承载力,其测试原理见图。
自平衡测桩法具有许多优点:(a)装置简单,不占用场地、不需运入数百吨或数千吨物料,不需构筑笨重的反力架;试验时十分安全,无污染;(b)利用桩的侧阻与端阻互为反力,直接测得桩侧阻力与端阻力;(c)试桩准备工作省时省力;(d)试验费用较省,与传统方法相比可节省试验费约30%~40%,具体比例视桩与地质条件而定;(e)试验后试桩仍可作为工程桩使用,必要时可利用输压管对桩底进行压力灌浆;(f)在水上试桩、坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、斜桩、嵌岩桩、抗拔桩等情况下,该法更显示其优越性。
根据近年的实践表明,自平衡试桩法适用于钻孔灌注桩,人工挖孔桩、沉管灌注桩,桩受力的形式有:摩擦桩、端承摩擦桩、摩擦端承桩、端承校、抗拔桩。
应用场地除一般的粘性土、粉土、砂土、岩层等常规场地外,目前已在坡地试桩、基坑底试桩、狭窄场地试桩、抗拔桩试桩获得成功。
对于大吨位、大尺寸桩,采用自平衡法可方便地测得其承载力,但其代价也较大。
由于该法可分别测得侧阻力、端阻力,故可求得单位面积侧阻力、端阻力。
目前国内外都经常先进行模拟桩的测试,再根据实际尺寸换算求得大桩的承载力,但模拟桩的直径不应小于800mm,以防尺寸效应带来的误差。
囊式荷载箱组焊准备囊式荷载箱组焊囊式荷载箱导流筒囊式荷载箱导流筒混凝土填充囊式荷载箱-钢筋笼焊装囊式荷载箱-导正筋。
第一章桩身自平衡静载试验的测试机理1.1 桩身自平衡静载试验的测试原理自从1969年由日本的中山(Nakayama)和藤关(Fujiseki)提出桩承载力自平衡测试到现在,经历20世纪80年代中期类似技术为Cernac和Osterberg等人所发展,其中1984年osterberg研制成功的桩底圆形试验方法(即自平衡测试法)将此项技术用于工程实践,他通过预埋在桩底的测压盒进行钻孔桩静载试验的方法,先是在桥梁钢桩中得到了成功应用,后来逐渐推广至各种桩型以来,据美国联邦公路管理局调查统计,1994年全美钻孔灌注桩荷载试验中该方法的使用超过了65%,后来在世界各地得到了推广,该法对于划分桩侧摩阻力与桩端阻力以及确定抗拔桩的承载力有重要意义,现已取代了传统载荷试验。
欧洲及日本、加拿大、新加坡等国也广泛使用该法。
自1996年起,我国江苏、河南、浙江、云南、安徽等省开始使用该法,如江苏的润扬大桥、新三汉河大桥及张公桥,云南的元江大桥、磨江大桥、思茅大桥等桥梁桩基试验均采用了该技术。
该方法较好地解决了传统加载技术存在的诸如费时、费用高、对试验场地要求高、大吨位常规静载试验一般很难进行、不借助桩身应力测试,从试验结果很难区分桩侧摩阻力与桩端阻力的准确性等问题。
1.1.1 自平衡法自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。
它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。
顶、底盖的外径略小于桩的外径,在顶、底盖上布置位移棒。
将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后,即可浇捣混凝土成桩。
试验时,在地面上通过油泵给荷载箱加压,随着压力增加,荷载箱将同时向上、向下对桩施加作用力,图2.1为试验原理示意图。
图2.1 试验原理示意图Fig 2.1 Testing principle diagrammatic sketch当在地面上通过油泵给荷载箱加压时,随着荷载箱压力的不断增加,荷载箱将同时向上、向下发生变位,荷载箱对桩的作用力也不断增加,进而促使桩侧阻力及桩端阻力的不断发挥,图2.2为试验装置示意图,当达到一定程度时,可从相关曲线判断出桩的承载力情况。
由于加载装置简单,多根桩可同时进行测试。
荷载箱中的压力可用压力表测量,荷载箱的向上、向下位移可用位移传感器测得,根据测试数据绘出相应的“向上的力与位移图”及“向下的力与位移图”,根据两条Q-S曲线及相应的s-lgt、s-lgQ曲线,可分别求得荷载箱上段桩及下段桩的极限承载力,将上段桩极限承载力经一定处理后与下段桩极限承载力相加即为单桩的极限承载力。
图2.2 试验装置示意图Fig 2.2 Testing equipment diagrammatic sketch由于自平衡静载试验方法的加载不是在桩顶,而是将加载点放在桩体的某个位置内。
是接近于竖向抗压(抗拔)桩的实际工作条件的一种试验方法。
随着对荷载箱内腔加压,使其箱盖顶着桩体向上移动,同时使箱底向下移动,从而调动桩周土阻力和桩底土阻力。
试验时,根据测试数据绘出相应的“向上的力与位移图”及“向下的力与位移图”及两条Q-S曲线及相应的s-lgt、s-lgQ曲线,可求得的荷载箱上段桩及下段桩的极限承载力。
因此,可以很好地直接从试验结果区分桩侧摩阻力与桩端阻力;同时它使桩侧摩阻力与桩端阻力两者互为反力,所以,该方法所施加的荷载只需传统加载技术的一半左右。
随着对荷载箱内腔加压的增大,桩侧摩阻力与桩端阻力随之增大,直至破坏。
于是,根据所测得的数据就可绘出各种试验曲线。
如:侧阻—位移曲线、端阻—位移曲线、Q-S 曲线及相应的s-lgt、s-lgQ曲线等等。
自平衡法测出的上段桩的摩阻力方向是向下的,与常规摩阻力方向相反。
我们知道,传统的静压加载时,侧阻力将使土层压密,而该法加载时,上段桩侧阻力将使土层减压松散,故该法测出的摩阻力小于常规摩阻力,对于这上点,国内外大量的对比试验已证明了此点。
因此在用试验直接得到的侧阻—位移曲线、端阻—位移曲线转化成承载力——位移曲线时要考虑该因素的影响。
荷载箱的位置的确定是决定测试目的能否实现以及测试精度的关键因素,荷载箱的位置必须根据地质条件、桩形、测试要求等因素来确定。
即找准桩的“平衡点”。
桩在桩顶受压时桩周土产生身上的摩阻力,它与桩在底部受托时桩周土产生向下的摩阻力,两者是有区别的。
对此,Osterberg曾作了对比试验确定。
结果表明,在粘性土中桩侧向上的摩阻力基本上与向下的摩阻力相等,两者相差不大;在砂土中向上的摩阻力略大于向下的摩阻力。
故osterberg试桩中将向下的摩阻力视为向上的摩阻力是偏于安全的,对于结构安全是有利的。
桩的自重在osterberg试验中其方向与桩侧阻力相一致,它使桩侧摩阻力的值增大,故要判定桩侧摩阻力时应予于扣除。
目前国外对该法测试值如何得出抗压桩承载力的方法也不相同。
有些国家将上下两段实测值相叠加而得抗压极限承载力,这样偏于安全、保守。
有些国家将上段桩摩阻力乘以大于1的系数再与下段桩叠加而得抗压极限承载力。
我国则将向上、向下摩阻力根据土性划分。
对于粘土层,向下摩阻力为(0.6—0.8)倍向上摩阻力;对于砂土层,向下摩阻力为(0.5—0.7)倍向上摩阻力。
东南大学土木工程学院龚维明教授也在同一场地做了60多根静载与自平衡法的对比试验,其中有几根是在同一根桩上进行两种试验对比的,提出了对于粘土、粉土,取0.8,对于砂土取0.7的主张。
1.1.2 轴向应变测试基桩自平衡试验开始后,荷载箱产生的荷载沿着桩身轴向往上、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应变计,可以实测到各应变计在每级荷载作用下所得的应变,由此便可求得在各级荷载作用下各桩截面的桩身轴力值及轴力、摩阻力随荷载和深度变化的传递规律。
1.1.3 实验仪器及设备基桩自平衡试验采用的仪器及设备有:荷载箱、电子位移器、数据采集仪、压力表、百分表、加压设备等。
轴向应力测试采用的仪器设备有:应变计和应变采集仪。
1.1.4 测试系统加载采用荷载箱,通过高压油泵输油加载。
试桩的位移量测采用电子位移计。
经应变仪与电脑相连,由电脑控制量测并在电脑屏上实时显示(Q—S)曲线和(S-lgT)曲线和(S-lgQ)曲线。
1.2 桩身自平衡静载试验的计算理论1.2.1 轴向力测试及相关指标的计算方法1、单桩竖向抗压极限承载力的计算据实测荷载箱上、下位移计算承载力公式:Q u k=(Q u+-G p)/λ+Q u-式中: Q u k为桩抗压极限承载力Q u+为上段桩极限承载力实测值,按《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)附录B “试桩试验办法”确定;Q u-为下段桩极限承载力实测值,按《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)附录B “试桩试验办法”确定;G p为荷载箱上部桩有效自重;λ为系数,对于粘土、粉土,λ=0.8;对于砂土,λ=0.7;对于岩石,λ=1.0。
该判断方法适用于上、下段桩的极限承载力均测出的情况,且该法得出的载力值与位移无对应关系。
2、轴力计算应变量可由桩身预埋的应变计读数求得,其计算公式为:εS=Kε读+B式中:εS—应变计在某级荷载作用下的应变量;ε读—应变计在某级荷载作用下读数;K—应变计系数;B—应变计计算修正值;在同级荷载作用下,试桩内混凝土所产生的应变量等于钢筋所产生的应变量,相应桩截面微单元内的应变量即为钢筋的应变量,其计算公式如下:εc=εSσc=εc E cσs=εS E sP z=σs A s+νσc A c式中:εc—某级荷载作用下桩身截面混凝土产生的应变量;σc—某级荷载作用下桩身截面混凝土产生的应力值(kN/m2);σs—某级荷载作用下钢筋产生的应力值(kN/m2);ν—混凝土的塑性系数;E c—桩身混凝土弹性模量(kN/m2);E s—钢筋弹性模量(kN/m2);A s—桩身截面纵向钢筋总面积(m2);A c—桩身截面混凝土的净面积(m2);P z—某级荷载作用下桩身某截面的轴向力(kN);在建立试桩标定截面处的P z—P si相关方程后,各量测截面的桩身轴向力P z值便可由相应的相关方程求得。
3、摩阻力计算各土层桩侧摩阻力q s可根据下式求得:q s=△P z/△F式中:q s —桩侧各土层的摩阻力(kN/m2);△P z—桩身量测截面之间的轴向力P z之差值(kN);△F—桩身量测截面之间桩段的侧表面积(m2)。
4、截面位移计算为了得到桩周土摩阻力q s随桩身沉降S的变化规律。
即求得桩侧实测的传递函数Q s—S关系,需确定各计算深度处桩身位移S i值,方法如下:S i=S i+1-△i式中:S i—第i计算截面处的沉降量(Inm);S i+1—第i+1计算截面处的沉降量(Inm);△i—第i+1截面到第i截面间桩身的弹性压缩量(mm),依据虎克定律按下式计算:△i=(P z,i+P z,i+1)L i/(2A n E c)式中:P z,i—第i截面桩身轴向力(kN):L i—第i+1截面至第i截面处桩段长度(m):A n—桩身换算截面面积:A n=πr2+nA s(E s/E c-1)式中:r—试桩半径(mm);n—主钢筋根数;A s—单根主筋面积。
1.2.2 等效转换方法传统静载试验的荷载作用于桩顶,桩侧摩阻力由桩顶向下逐渐发展,桩侧摩阻力方向向上,而在自平衡法中,上段桩的摩阻力由荷载箱处向上发展且方向向下,其受力机理与传统方法不同。
由于荷载箱将试桩分为上、下两段桩,因而荷载传递也分为上、下段桩来分析。
对于下段桩,似乎与传统静载试验的受力是一致的,但由于向上的托力通过上段桩身对周围土层产生向上的剪切应力,降低了下段桩周围土层的有效自重应力,其应力场与堆载法相应部位桩周土层的应力场是不同的。
对于上段桩,由于向上的托力,上段桩承受的负摩阻力,但上托力作用点位于是桩下端,因而与抗拔桩的负摩阻力的分布不同。
在桩承载力自平衡测试中,测定了荷载箱的荷载、垂直方向向上和向下的位移量,以及桩在不同深度的应变,通过桩的应变和断面刚度,由上述公式可计算出轴向力分布,进而求出不同深度的桩侧摩阻力,利用荷载传递解析方法,将桩侧摩阻力与变位量的关系、荷载箱荷载与向下变位量的关系,换算成桩顶荷载对应的荷载—沉降关系(图2.3、图2.4、图2.5)。
(a) 自平衡测试曲线 (b)等效转换曲线图2.3 自平衡测试结果转换示意图Fig 2.3 Self-balance testing result convert drawing在荷载传递解析中,作如下假定:1、桩为弹性体;2、可由单元上下两面的轴向力和平均断面刚度来求各单元应变;3、自平衡测试法中,桩尖的承载力—沉降量关系及不同深度的桩侧摩阻力—变位量关系与标准试验法是相同的。