开口钢管桩竖向承载力机理及计算探讨

38

文章编号:() 1003-4722200504-0038-03

桥梁建设 2005年第4期

开口钢管桩竖向承载力机理及计算探讨

李学民1, 伍 军1, 李国亮2, 覃勇刚2

(浙江慈溪3江苏南京2) 1. 中铁四局杭州湾大桥项目经理部, 15300; 2. 东南大学土木学院, 10096

摘 要:由于具有施工、回收方便的优点, 许多临时结构采用打入式开口钢管桩基础, 然而现行桥规并没有关于开口钢管桩竖向承载力计算的规定。结合杭州湾跨海大桥南岸栈桥工程实例, 介绍开口钢管桩的竖向承载机理, 推导了考虑闭塞效应的桩端阻力理论公式, 经过与静载试验结果的比较, 证明该公式是可靠的。

关键词:开口钢管桩; 竖向承载力; 静载试验; 机理; 探讨中图分类号:U 443. 159; T U 473. 11文献标识码:A

S t u d fV e r t i c a l B e a r i n e c h a n i s ma n dC a l c u l a t i o n s y o g M

o fO e n -E n d e dS t e e l P i eP i l e s p p

22

, 86/’(I &21, W -%/21, , 8$/+(7&*28#4+2(*23, J 333

(, 1. H a n z h o uB a r i d eC o n s t r u c t i o nP r o e c tM a n a e m e n t S e c t i o n t h e 4t hE n i n e e r i n g y B g j g g g

, , ; L t d . o fC h i n aR a i l w a s C i x i 315300, C h i n a 2. C o l l e e o fC i v i l G r o u o . y g p C

, , N ) E n i n e e r i n S o u t h e a s tU n i v e r s i t a n i n 10096, C h i n a g g y j g 2

:T A b s t r a c t h ed r i v e no e n -e n d e ds t e e l p i e p i l e sh a v eb e e n w i d e l s e df o r f o u n d a t i o n so f p p y u t e m o r a r o r k s o w i n o t h e a d v a n t a e s t h a t t h e p i l e s a r e e a s ob e c o n s t r u c t e da n d r e c o v e r e d p y w g t g y t , f o r u s e . H o w e v e r t h e p r e s e n t c o d e s o f b r i d e s d o n ' t c o n t a i n a n e c i f i c a t i o n s f o r c a l c u l a t i o n s o f g y s p , t h e v e r t i c a l b e a r i n a a c i t f t h e p i l e s . I n t h i s p a e r w i t h r e f e r e n c e t oe x e m l a r so f c o n s t r u c -g c p y o p p

, t i o no f t h e t r e s t l eb r i d e o n t h e s o u t hb a n ko fH a n z h o uB a r i d e t h e v e r t i c a l b e a r i n e c h a -g g y B g g m , n i s mo f t h e o e n -e n d e d s t e e l p i e p i l e s i s i n t r o d u c e d a n d t h e t h e o r e t i c f o r m u l ao f e n d r e s i s t a n c e p p

, o f t h e p i l e s i s d e r i v e d t a k i n i n t o a c c o u n t o f s t o a e e f f e c t . T h e f o r m u l ah e r e w i t h p r o v e s t ob e g p p g r e l i a b l e t h r o u hc o m a r i s o no f t h e c a l c u l a t i o n s t o t h e s t a t i c t e s t r e s u l t s o f t h e p i l e s . g p

:o ; v ; ; m K e o r d s e n -e n d e ds t e e l p i e p i l e e r t i c a lb e a r i n a a c i t s t a t i cl o a dt e s t e c h a -p p g c p y y w n i s m ; s t u d y

1 概 述

开口钢管桩具有抗冲击、打入容易、回收方便等优点, 在我国首次运用于20世纪70年代中期的某

1]

石化码头的建设上[。随后, 开口钢管桩又被成功

2]

建成后将是世界最长的栈桥[。栈桥所处地区k m , 土质差、冲刷严重、环境恶劣。工程的特点要求桩在

保证承载力的同时易打入、易回收, 因而选用打入式开口钢管桩。开口钢管桩不同于闭口桩, 其挤土效应小于闭口桩, 管内土芯的闭塞效应形成机理较复杂, 而现行桥规在这方面没有规定。

为了确保杭州湾大桥南岸栈桥的安全, 本文研究了开口钢管桩的竖向承载机理, 推导出考虑闭塞

地应用于浦口桥墩、上海宝钢等工程。近年来, 随着我国钢材产量的增加以及人们对其工作性能认识的提高, 开口钢管桩得到了越来越广泛的应用。

杭州湾跨海大桥南岸的施工栈桥全长9. 78

收稿日期:2004-07-15

作者简介:李学民(, 男, 高级工程师, 1965-) 1987年毕业于上海铁道学院铁道工程专业。

开口钢管桩竖向承载力机理及计算探讨 李学民, 伍 军, 李国亮,

覃勇刚39

效应的桩端阻力计算公式, 并与静载试验相互校验、分析。

2 开口钢管桩竖向荷载下的承载机理

对于开口钢管桩, 土对其支承能力主要由两部分组成:桩外侧阻力以及桩内侧阻力。虽然它们本质上都是桩壁与土之间的摩擦力以及粘结力, 但是为了与闭口桩一致, 习惯上常将桩外侧阻力称为桩

3]

。侧阻力, 而将桩内侧阻力称为桩端阻力[

根据竖向力的平衡关系, 有:

(A +3U d A =p v x p +d p ) p i i 11++

() 1U d x +4A d x +C i i 11++

) ; 式中, k P a U 为管p 为计算深度处的垂直压应力(

2

的内径周长(; ) ; m ) m A 为管的内径横截面积(C i +1

为第i ) ; +1层土的单位面积粘聚力(k P a 4i +1为第i

3) ; /+1层土的容重(k N m +1层土与钢i +1为第i 3管内壁的摩擦系数, 取值1; v +1层土的侧i +1为第i 压力系数, 取值1。

对式() 进行积分, 并考虑边界条件, 经整理得:1

在打入过程中, 一部分土体被挤向桩的四周, 另一部分土体涌入管内形成土芯。在桩向四周挤土的过程中, 土与桩的外壁接触更为紧密, 其法向应力更大, 桩侧阻力也更大, 这种效应称之为“挤土效

应”[4]

。由于开口桩中存在土芯, 其排土量小于闭口

桩, 其挤土效应不如闭口桩, 因而必须考虑挤土效应降低对桩侧阻力的折减。涌入管内的土芯与桩内壁之间存在摩擦力和粘聚力, 当大于或等于按闭口桩计算时的桩端阻力时, 土芯所起的作用相当于一个塞子, 这种效应称之为“土塞效应”, 此时桩的受力等同于闭口桩, 称之为“完全闭塞”, 反之为“不完全闭塞”。

在竖向荷载作用下, 由于桩底土和桩本身的压缩, 桩与土体将发生相对位移, 从而导致桩侧阻力的产生。荷载在向下传递的过程中, 必须不断克服桩侧阻力, 因而荷载随着深度是递减的。桩侧阻力在相对位移不大时便产生, 且往往在不到20m m 的相对位移时便得到充分发挥。

开口钢管桩考虑闭塞效应的桩端阻力理论公式

引入假设:①土芯与桩内壁之间完全接触; ②土芯在竖直方向可以有分层, 但每层内部为匀质、其力学参数处处相等。

在第i +1层土中,

距该层上端x 处取一厚度为x 的微元体,

其受力示意见图1。图1 微元体受力示意

23p v i +

1=(p i +S i +

1) r i +

1-S i +

1(2

) h i +1=1. 22L i +

1

(3) 式中, p i +

1、p i 分别为第i +1、i 层土下端的垂直压应力, 当大于该处土的极限承载力, R 时, 取, R ; S i +1为综合反映土层力学特性的一个参数, S i +

1=C i +1i +

1r 23

; r 为钢管桩内半径; h i +

1为第i i +1v i +1+1层土的厚度, 按式(3) 计算[5]

; L i +

1为钢管桩位于第i +1层土中的长度。

根据式(2) 、式(3) , 由上至下计算出各层土下端的垂直压应力p i , 直至最下层土的p n 。钢管桩的桩端阻力Q b 等于土芯对桩内壁的总作用力减去土芯自重, 即:

n

Q b =p n -A Σ4

i h i

(4

) i =1

当Q b

表明土芯与内壁的作用力不足以抵抗土芯自重, 此时取Q b =0。实际情况中, 土层的承载力肯定大于其上土层的自重, 因而Q b 必大于0。之所以发生“Q b

1等参数取得不准确造成, 不过, 此时实际的Q b 虽然大于0, 但一般不会太大, 可近似认为0。

钢管桩的半径对其承载力有着很大的影响。根据式(2) , 桩径r 位于指数的分母项上, 因而r 越小, 桩端阻力越大, 土塞效应越明显。当r 小于某一临界值时, 桩端完全闭塞, 开口桩可按闭口桩计算其竖向承载力。《港口工程桩基规范》也有类似结论:$

若其进入持力层深度大于5倍桩径, 则可按闭口桩考虑。

关于开口钢管桩的桩侧阻力, 一般是按照闭口桩计算, 然后乘以系数以考虑挤土效应, 具体可参照《建筑桩基技术规范》(J G J 94-94) (下文简称《建筑桩规》) 及文献[3]有关公式、说明。桩的总的竖向承载力等于桩侧阻力加桩端阻力。

3d 26

40

4 静载试验4. 1 试验介绍

鉴于杭州湾栈桥的重要性, 选取3根桩作为试桩:600m m , 800m m , Ⅱ号试桩为$ⅢⅠ号试桩为$号试桩为$壁厚都为1600m m , 0m m 。试验采用锚桩作反力支架, 大吨位千斤顶作加载装置, 利用现有工程桩作量测基准点, 见图2。加载之前, 将预测的极限承载力等分为1逐级加载, 卸载时每级卸0级, 载值取每级加载值的2倍。每级加载后, 隔5, 10, 以后每隔1直至沉降15m i n 读沉降, 5m i n 读1次, 桥梁建设 2005年第4期

限承载力, 用上文推导的理论解法计算桩端阻力, 同静载试验结果比较见表1。

表1 建筑桩规公式解、理论解与静载试验结果

试桩号ⅠⅡⅢ

公式解

[1**********]

228212137

[1**********]

理论解5711941

k N

静载试验720103500>8

桩侧阻力桩端阻力极限承载力桩端阻力极限承载力

建筑桩规公式计算的 由表1的数据可以看出:

结果偏大, 理论解的桩端阻力小于建筑桩规公式结果, 分析原因为:

稳定。

图2 钢管桩试桩试验加载及测量装置

当出现如下任意一种情况时, 认为达到极限状态, 终止加载:①本级荷载下的沉降量达到前一级的5倍; ②本级荷载下的沉降量达到前一级的2倍且24h 内未达到稳定; ③桩顶总沉降量达80m m ; ④桩顶总沉降量达40m m 且继续增两级仍无陡降段。

Ⅰ号桩试验于2003年12月10日顺利完成; Ⅱ

号桩试验于2004年1月15日顺利完成; Ⅲ号桩试验于2004年5月7日开始, 但由于客观原因未能将承载力做到下降段。

. 2 试验结果及分析

根据试验结果, 绘出3根试桩的P 1S 曲线, 见图3。

图3 试桩D ! K 曲线

取P 1S 曲线发生陡降的起始点对应的P 为钢管桩的竖向极限承载力标准值。Ⅰ号试桩的竖向极限承载力标准值为720k N , Ⅱ号试桩为10

35k N , 而Ⅲ号试桩的极限承载力无法判断, 但大于800k N 。

采用建筑桩规公式计算桩侧阻力、桩端阻力、极

(1

)《建筑桩规》公式考虑的是在陆地施工, 而本工程是在有水环境中沉桩。沉桩过程中, 由于左右摆动, 桩、土之间将存在空隙, 而水将填充这些空隙、润滑桩土界面, 从而降低桩、土之间的粘聚力、摩擦力, 因而建筑桩规的结果偏大。

(2) 在本文的理论解中, p n 的取值不能大于

R ,

还要去除土芯自重, 因而其结果一般都小于建筑桩规公式结果。

结 论

(1) 现行建筑桩规关于开口钢管桩竖向极限承载力的公式用于本工程中, 计算结果偏大, 其原因在于陆地环境与海洋环境的不同。建筑桩规公式可能并不适用于有水环境中的钢管桩。

(2

) 本文推导的理论公式概念清晰, 易于理解, 但将其直接应用于工程仍有待时日。首先, 理论解的参数较多, 而有些参数, 如摩擦系数3、侧压力系数v 等,

难以准确地取值, 凭借经验给定的参数值必将造成一定误差。其次, 土芯上部的土体扰动严重, 其力学性能大大降低, 文献[6]建议仅考虑桩底以上0倍桩径的土芯作用, 在有水环境中, 这种降低更为明显。另外, 土芯最下端的垂直压应力p n 不可能无限增大, 它必有一个上限, 本文规定这个上限为桩端极限承载力, R , 这条规定有待商榷。最后, 理论解假设桩、土在其界面上充分接触, 而实际上其接触情况是很复杂的, 不可能完全接触。因而, 本文的理论解提供了一个从概念上理解桩端阻力的方法, 但它仍不够完善, 有待进一步研究。

(3

) 目前, 开口钢管桩的使用日益广泛, 而现行桥规中无此方面的设计方法及相关条文规定, 这给设计造成了一定的盲目性, 也不利用开口钢管桩的推广。建议有关部门重视该方面的理论研究, 结合各种工程情况下的试验数据, 拟合出满足工程精度

(下转第54页)

, 451

54

拉索桥面固定端索头进入索导管, 直至锚头从钢梁内索导管底端穿出。穿出后立即将斜拉索锚固螺母旋在索头中部, 放开约束牵引钢丝绳滑轮组, 完成桥

3]

(见图8) 。面固定端斜拉索安装[

桥梁建设 2005年第4

3 总 结

该桥打破常规斜拉桥挂索施工方法, 采用了“反牵引”施工工艺。即:先安装塔柱斜拉索张拉端, 后安装桥面斜拉索固定端, 再进行斜拉索张拉的施工方法。整个挂索安装的最大牵引力牵引过程始终处于桥面可视、易操作施工面, 方便了大吨位牵引设备的安装使用, 并将大吨位高空牵引斜拉索这一复杂的施工作业变为桥面常规牵引施工作业, 加大了施工的可操作性及施工安全性。

同时可移动式放索转盘使斜拉索索盘吊到桥面后, 直接方便整体移动, 当转盘位置不合适时, 无须采用吊装及运输设备二次运索。索盘在塔根部放索, 角度容易控制, 减少了起吊索与其他已安装完成的斜拉索的摩擦和碰撞, 可以减少对P E 护套的损伤。并且可移动式放索转盘使得挂索施工与放索施工可同时进行, 减少了施工工序、节约了时间、缩短

图8 挂索安装示意

了工期。

2. 3 斜拉索张拉

斜拉索的固定端及张拉端安装完毕后, 即可进行斜拉索的张拉工作。在塔柱内转换硬张拉杆, 按

4]

。软牵引张施工监控数据分级将斜拉索张拉到位[

参 考 文 献:

[]人民交通出版1M ]. 北京: 向中富. 桥梁施工控制技术[

社, 2001.

[]何雨微, 汤立志. 斜拉桥索塔劲性骨架在施工2 陈光新,

中的多种功能[]公路交通科技, , () :J . 200320673-75. []人民交通3M ]. 北京: 李自光. 桥梁施工成套机械设备[

出版社, 2003.

[]程序设计、施工监控[4M ]. 张海龙. 桥梁的结构分析、

北京:中国建筑工业出版社, 2003.

拉时, 则先张拉加长端钢绞线, 重复操作送油、回油过程, 并在过程中控制钢绞线受力一致, 确保受力均匀(用小千斤顶单抽补强) 。张拉端索头露出锚垫板后, 立即旋上斜拉索锚固螺母(不小于四扣) , 转换硬张拉杆, 按施工监控数据分级将斜拉索张拉到位。拆除索夹等临时施工设备, 进行下步施工。

=================================================

(上接第40页) 要求且物理概念明显的计算公式。

桥安全论证报告[R ]. 2004.

[]桥梁桩基计算与检测[北京:人民交通出3M ]. 赵明华.

版社, 2000.

[]舒 翔, 熊巨华. 桩基工程的理论进展与工程4 刘利民,

实践[北京:中国建材工业出版社, M ]. 2002.

[]邱洪兴, 龚维明. 开口钢管桩沉桩影响半径的5 穆保岗,

推导[]工业建筑, () :J . 2000, 620-22.

参 考 文 献:

[]钢管桩的设计与施工[北京:地震出版社, 1M ]. 俞振全.

1993.

[]杭州湾跨海大桥南岸超长栈2 中铁四局集团有限公司.

38

文章编号:() 1003-4722200504-0038-03

桥梁建设 2005年第4期

开口钢管桩竖向承载力机理及计算探讨

李学民1, 伍 军1, 李国亮2, 覃勇刚2

(浙江慈溪3江苏南京2) 1. 中铁四局杭州湾大桥项目经理部, 15300; 2. 东南大学土木学院, 10096

摘 要:由于具有施工、回收方便的优点, 许多临时结构采用打入式开口钢管桩基础, 然而现行桥规并没有关于开口钢管桩竖向承载力计算的规定。结合杭州湾跨海大桥南岸栈桥工程实例, 介绍开口钢管桩的竖向承载机理, 推导了考虑闭塞效应的桩端阻力理论公式, 经过与静载试验结果的比较, 证明该公式是可靠的。

关键词:开口钢管桩; 竖向承载力; 静载试验; 机理; 探讨中图分类号:U 443. 159; T U 473. 11文献标识码:A

S t u d fV e r t i c a l B e a r i n e c h a n i s ma n dC a l c u l a t i o n s y o g M

o fO e n -E n d e dS t e e l P i eP i l e s p p

22

, 86/’(I &21, W -%/21, , 8$/+(7&*28#4+2(*23, J 333

(, 1. H a n z h o uB a r i d eC o n s t r u c t i o nP r o e c tM a n a e m e n t S e c t i o n t h e 4t hE n i n e e r i n g y B g j g g g

, , ; L t d . o fC h i n aR a i l w a s C i x i 315300, C h i n a 2. C o l l e e o fC i v i l G r o u o . y g p C

, , N ) E n i n e e r i n S o u t h e a s tU n i v e r s i t a n i n 10096, C h i n a g g y j g 2

:T A b s t r a c t h ed r i v e no e n -e n d e ds t e e l p i e p i l e sh a v eb e e n w i d e l s e df o r f o u n d a t i o n so f p p y u t e m o r a r o r k s o w i n o t h e a d v a n t a e s t h a t t h e p i l e s a r e e a s ob e c o n s t r u c t e da n d r e c o v e r e d p y w g t g y t , f o r u s e . H o w e v e r t h e p r e s e n t c o d e s o f b r i d e s d o n ' t c o n t a i n a n e c i f i c a t i o n s f o r c a l c u l a t i o n s o f g y s p , t h e v e r t i c a l b e a r i n a a c i t f t h e p i l e s . I n t h i s p a e r w i t h r e f e r e n c e t oe x e m l a r so f c o n s t r u c -g c p y o p p

, t i o no f t h e t r e s t l eb r i d e o n t h e s o u t hb a n ko fH a n z h o uB a r i d e t h e v e r t i c a l b e a r i n e c h a -g g y B g g m , n i s mo f t h e o e n -e n d e d s t e e l p i e p i l e s i s i n t r o d u c e d a n d t h e t h e o r e t i c f o r m u l ao f e n d r e s i s t a n c e p p

, o f t h e p i l e s i s d e r i v e d t a k i n i n t o a c c o u n t o f s t o a e e f f e c t . T h e f o r m u l ah e r e w i t h p r o v e s t ob e g p p g r e l i a b l e t h r o u hc o m a r i s o no f t h e c a l c u l a t i o n s t o t h e s t a t i c t e s t r e s u l t s o f t h e p i l e s . g p

:o ; v ; ; m K e o r d s e n -e n d e ds t e e l p i e p i l e e r t i c a lb e a r i n a a c i t s t a t i cl o a dt e s t e c h a -p p g c p y y w n i s m ; s t u d y

1 概 述

开口钢管桩具有抗冲击、打入容易、回收方便等优点, 在我国首次运用于20世纪70年代中期的某

1]

石化码头的建设上[。随后, 开口钢管桩又被成功

2]

建成后将是世界最长的栈桥[。栈桥所处地区k m , 土质差、冲刷严重、环境恶劣。工程的特点要求桩在

保证承载力的同时易打入、易回收, 因而选用打入式开口钢管桩。开口钢管桩不同于闭口桩, 其挤土效应小于闭口桩, 管内土芯的闭塞效应形成机理较复杂, 而现行桥规在这方面没有规定。

为了确保杭州湾大桥南岸栈桥的安全, 本文研究了开口钢管桩的竖向承载机理, 推导出考虑闭塞

地应用于浦口桥墩、上海宝钢等工程。近年来, 随着我国钢材产量的增加以及人们对其工作性能认识的提高, 开口钢管桩得到了越来越广泛的应用。

杭州湾跨海大桥南岸的施工栈桥全长9. 78

收稿日期:2004-07-15

作者简介:李学民(, 男, 高级工程师, 1965-) 1987年毕业于上海铁道学院铁道工程专业。

开口钢管桩竖向承载力机理及计算探讨 李学民, 伍 军, 李国亮,

覃勇刚39

效应的桩端阻力计算公式, 并与静载试验相互校验、分析。

2 开口钢管桩竖向荷载下的承载机理

对于开口钢管桩, 土对其支承能力主要由两部分组成:桩外侧阻力以及桩内侧阻力。虽然它们本质上都是桩壁与土之间的摩擦力以及粘结力, 但是为了与闭口桩一致, 习惯上常将桩外侧阻力称为桩

3]

。侧阻力, 而将桩内侧阻力称为桩端阻力[

根据竖向力的平衡关系, 有:

(A +3U d A =p v x p +d p ) p i i 11++

() 1U d x +4A d x +C i i 11++

) ; 式中, k P a U 为管p 为计算深度处的垂直压应力(

2

的内径周长(; ) ; m ) m A 为管的内径横截面积(C i +1

为第i ) ; +1层土的单位面积粘聚力(k P a 4i +1为第i

3) ; /+1层土的容重(k N m +1层土与钢i +1为第i 3管内壁的摩擦系数, 取值1; v +1层土的侧i +1为第i 压力系数, 取值1。

对式() 进行积分, 并考虑边界条件, 经整理得:1

在打入过程中, 一部分土体被挤向桩的四周, 另一部分土体涌入管内形成土芯。在桩向四周挤土的过程中, 土与桩的外壁接触更为紧密, 其法向应力更大, 桩侧阻力也更大, 这种效应称之为“挤土效

应”[4]

。由于开口桩中存在土芯, 其排土量小于闭口

桩, 其挤土效应不如闭口桩, 因而必须考虑挤土效应降低对桩侧阻力的折减。涌入管内的土芯与桩内壁之间存在摩擦力和粘聚力, 当大于或等于按闭口桩计算时的桩端阻力时, 土芯所起的作用相当于一个塞子, 这种效应称之为“土塞效应”, 此时桩的受力等同于闭口桩, 称之为“完全闭塞”, 反之为“不完全闭塞”。

在竖向荷载作用下, 由于桩底土和桩本身的压缩, 桩与土体将发生相对位移, 从而导致桩侧阻力的产生。荷载在向下传递的过程中, 必须不断克服桩侧阻力, 因而荷载随着深度是递减的。桩侧阻力在相对位移不大时便产生, 且往往在不到20m m 的相对位移时便得到充分发挥。

开口钢管桩考虑闭塞效应的桩端阻力理论公式

引入假设:①土芯与桩内壁之间完全接触; ②土芯在竖直方向可以有分层, 但每层内部为匀质、其力学参数处处相等。

在第i +1层土中,

距该层上端x 处取一厚度为x 的微元体,

其受力示意见图1。图1 微元体受力示意

23p v i +

1=(p i +S i +

1) r i +

1-S i +

1(2

) h i +1=1. 22L i +

1

(3) 式中, p i +

1、p i 分别为第i +1、i 层土下端的垂直压应力, 当大于该处土的极限承载力, R 时, 取, R ; S i +1为综合反映土层力学特性的一个参数, S i +

1=C i +1i +

1r 23

; r 为钢管桩内半径; h i +

1为第i i +1v i +1+1层土的厚度, 按式(3) 计算[5]

; L i +

1为钢管桩位于第i +1层土中的长度。

根据式(2) 、式(3) , 由上至下计算出各层土下端的垂直压应力p i , 直至最下层土的p n 。钢管桩的桩端阻力Q b 等于土芯对桩内壁的总作用力减去土芯自重, 即:

n

Q b =p n -A Σ4

i h i

(4

) i =1

当Q b

表明土芯与内壁的作用力不足以抵抗土芯自重, 此时取Q b =0。实际情况中, 土层的承载力肯定大于其上土层的自重, 因而Q b 必大于0。之所以发生“Q b

1等参数取得不准确造成, 不过, 此时实际的Q b 虽然大于0, 但一般不会太大, 可近似认为0。

钢管桩的半径对其承载力有着很大的影响。根据式(2) , 桩径r 位于指数的分母项上, 因而r 越小, 桩端阻力越大, 土塞效应越明显。当r 小于某一临界值时, 桩端完全闭塞, 开口桩可按闭口桩计算其竖向承载力。《港口工程桩基规范》也有类似结论:$

若其进入持力层深度大于5倍桩径, 则可按闭口桩考虑。

关于开口钢管桩的桩侧阻力, 一般是按照闭口桩计算, 然后乘以系数以考虑挤土效应, 具体可参照《建筑桩基技术规范》(J G J 94-94) (下文简称《建筑桩规》) 及文献[3]有关公式、说明。桩的总的竖向承载力等于桩侧阻力加桩端阻力。

3d 26

40

4 静载试验4. 1 试验介绍

鉴于杭州湾栈桥的重要性, 选取3根桩作为试桩:600m m , 800m m , Ⅱ号试桩为$ⅢⅠ号试桩为$号试桩为$壁厚都为1600m m , 0m m 。试验采用锚桩作反力支架, 大吨位千斤顶作加载装置, 利用现有工程桩作量测基准点, 见图2。加载之前, 将预测的极限承载力等分为1逐级加载, 卸载时每级卸0级, 载值取每级加载值的2倍。每级加载后, 隔5, 10, 以后每隔1直至沉降15m i n 读沉降, 5m i n 读1次, 桥梁建设 2005年第4期

限承载力, 用上文推导的理论解法计算桩端阻力, 同静载试验结果比较见表1。

表1 建筑桩规公式解、理论解与静载试验结果

试桩号ⅠⅡⅢ

公式解

[1**********]

228212137

[1**********]

理论解5711941

k N

静载试验720103500>8

桩侧阻力桩端阻力极限承载力桩端阻力极限承载力

建筑桩规公式计算的 由表1的数据可以看出:

结果偏大, 理论解的桩端阻力小于建筑桩规公式结果, 分析原因为:

稳定。

图2 钢管桩试桩试验加载及测量装置

当出现如下任意一种情况时, 认为达到极限状态, 终止加载:①本级荷载下的沉降量达到前一级的5倍; ②本级荷载下的沉降量达到前一级的2倍且24h 内未达到稳定; ③桩顶总沉降量达80m m ; ④桩顶总沉降量达40m m 且继续增两级仍无陡降段。

Ⅰ号桩试验于2003年12月10日顺利完成; Ⅱ

号桩试验于2004年1月15日顺利完成; Ⅲ号桩试验于2004年5月7日开始, 但由于客观原因未能将承载力做到下降段。

. 2 试验结果及分析

根据试验结果, 绘出3根试桩的P 1S 曲线, 见图3。

图3 试桩D ! K 曲线

取P 1S 曲线发生陡降的起始点对应的P 为钢管桩的竖向极限承载力标准值。Ⅰ号试桩的竖向极限承载力标准值为720k N , Ⅱ号试桩为10

35k N , 而Ⅲ号试桩的极限承载力无法判断, 但大于800k N 。

采用建筑桩规公式计算桩侧阻力、桩端阻力、极

(1

)《建筑桩规》公式考虑的是在陆地施工, 而本工程是在有水环境中沉桩。沉桩过程中, 由于左右摆动, 桩、土之间将存在空隙, 而水将填充这些空隙、润滑桩土界面, 从而降低桩、土之间的粘聚力、摩擦力, 因而建筑桩规的结果偏大。

(2) 在本文的理论解中, p n 的取值不能大于

R ,

还要去除土芯自重, 因而其结果一般都小于建筑桩规公式结果。

结 论

(1) 现行建筑桩规关于开口钢管桩竖向极限承载力的公式用于本工程中, 计算结果偏大, 其原因在于陆地环境与海洋环境的不同。建筑桩规公式可能并不适用于有水环境中的钢管桩。

(2

) 本文推导的理论公式概念清晰, 易于理解, 但将其直接应用于工程仍有待时日。首先, 理论解的参数较多, 而有些参数, 如摩擦系数3、侧压力系数v 等,

难以准确地取值, 凭借经验给定的参数值必将造成一定误差。其次, 土芯上部的土体扰动严重, 其力学性能大大降低, 文献[6]建议仅考虑桩底以上0倍桩径的土芯作用, 在有水环境中, 这种降低更为明显。另外, 土芯最下端的垂直压应力p n 不可能无限增大, 它必有一个上限, 本文规定这个上限为桩端极限承载力, R , 这条规定有待商榷。最后, 理论解假设桩、土在其界面上充分接触, 而实际上其接触情况是很复杂的, 不可能完全接触。因而, 本文的理论解提供了一个从概念上理解桩端阻力的方法, 但它仍不够完善, 有待进一步研究。

(3

) 目前, 开口钢管桩的使用日益广泛, 而现行桥规中无此方面的设计方法及相关条文规定, 这给设计造成了一定的盲目性, 也不利用开口钢管桩的推广。建议有关部门重视该方面的理论研究, 结合各种工程情况下的试验数据, 拟合出满足工程精度

(下转第54页)

, 451

54

拉索桥面固定端索头进入索导管, 直至锚头从钢梁内索导管底端穿出。穿出后立即将斜拉索锚固螺母旋在索头中部, 放开约束牵引钢丝绳滑轮组, 完成桥

3]

(见图8) 。面固定端斜拉索安装[

桥梁建设 2005年第4

3 总 结

该桥打破常规斜拉桥挂索施工方法, 采用了“反牵引”施工工艺。即:先安装塔柱斜拉索张拉端, 后安装桥面斜拉索固定端, 再进行斜拉索张拉的施工方法。整个挂索安装的最大牵引力牵引过程始终处于桥面可视、易操作施工面, 方便了大吨位牵引设备的安装使用, 并将大吨位高空牵引斜拉索这一复杂的施工作业变为桥面常规牵引施工作业, 加大了施工的可操作性及施工安全性。

同时可移动式放索转盘使斜拉索索盘吊到桥面后, 直接方便整体移动, 当转盘位置不合适时, 无须采用吊装及运输设备二次运索。索盘在塔根部放索, 角度容易控制, 减少了起吊索与其他已安装完成的斜拉索的摩擦和碰撞, 可以减少对P E 护套的损伤。并且可移动式放索转盘使得挂索施工与放索施工可同时进行, 减少了施工工序、节约了时间、缩短

图8 挂索安装示意

了工期。

2. 3 斜拉索张拉

斜拉索的固定端及张拉端安装完毕后, 即可进行斜拉索的张拉工作。在塔柱内转换硬张拉杆, 按

4]

。软牵引张施工监控数据分级将斜拉索张拉到位[

参 考 文 献:

[]人民交通出版1M ]. 北京: 向中富. 桥梁施工控制技术[

社, 2001.

[]何雨微, 汤立志. 斜拉桥索塔劲性骨架在施工2 陈光新,

中的多种功能[]公路交通科技, , () :J . 200320673-75. []人民交通3M ]. 北京: 李自光. 桥梁施工成套机械设备[

出版社, 2003.

[]程序设计、施工监控[4M ]. 张海龙. 桥梁的结构分析、

北京:中国建筑工业出版社, 2003.

拉时, 则先张拉加长端钢绞线, 重复操作送油、回油过程, 并在过程中控制钢绞线受力一致, 确保受力均匀(用小千斤顶单抽补强) 。张拉端索头露出锚垫板后, 立即旋上斜拉索锚固螺母(不小于四扣) , 转换硬张拉杆, 按施工监控数据分级将斜拉索张拉到位。拆除索夹等临时施工设备, 进行下步施工。

=================================================

(上接第40页) 要求且物理概念明显的计算公式。

桥安全论证报告[R ]. 2004.

[]桥梁桩基计算与检测[北京:人民交通出3M ]. 赵明华.

版社, 2000.

[]舒 翔, 熊巨华. 桩基工程的理论进展与工程4 刘利民,

实践[北京:中国建材工业出版社, M ]. 2002.

[]邱洪兴, 龚维明. 开口钢管桩沉桩影响半径的5 穆保岗,

推导[]工业建筑, () :J . 2000, 620-22.

参 考 文 献:

[]钢管桩的设计与施工[北京:地震出版社, 1M ]. 俞振全.

1993.

[]杭州湾跨海大桥南岸超长栈2 中铁四局集团有限公司.


相关内容

  • 开口钢管桩竖向承载力计算探讨
  • 李学民, 等:开口钢管桩竖向承载力计算探讨・17・ 开口钢管桩竖向承载力计算探讨 李学民 伍 军 李国亮 (中铁四局集团有限公司 安徽合肥 230023) (东南大学土木工程学院) 摘 要 结合工程探讨开口钢管桩在竖向荷载下的承载机理, 推导了考虑闭塞效应的桩端阻力理论公式, 并与建筑桩基规范中的经 ...

  • 锤击式预应力砼管桩基础技术规程
  • 广东省标准<锤击式预应力混凝土管桩基础技术规程 内 容 提 要 一.修编的总体思路 : 二.规程的正名: 三.第1章<总则>的修改内容 : 四.第2章<术语和符号>的修改内容: 五.第3章<管桩的规格.构造与质量>的修编内容: 六.第4章<管桩基础的岩 ...

  • 基础工程名词解释(考试必备)
  • 浅基础:埋置深度不大.施工简单的基础 深基础:对于浅层土质不良,需要利用深层良好底层,施工较复杂的基础 刚性基础:基础在外力作用下,当基础工具有足够的截面使材料的容许应力大于由低级反力产生的弯曲拉应力和剪应力时,基础内不需配置受力钢筋,这种基础称作刚性基础 柔性基础:基础在基底反力作用下,在基础中配 ...

  • 桩基的分类
  • 桩基础的分类 桩可按承载性状.使用功能.桩身材料.成桩方法和工艺.桩径大小等进行分类. 1. 按承台位置高低分类 (1)高承台桩基: 由于结构设计上的需要, 群桩承台底面有时设在地面或局部冲刷线之上, 这种桩基称为高承台桩基.这种桩基在桥梁.港口等工程中常用; (2) 低承台桩基: 凡是承台底面埋置 ...

  • 单桩承载力计算
  • 城南路(高浪路~吴都路)工程水中钢管桩承载力计算 本工程桩机平台及现浇箱梁水中部分的基础均采用Φ377的钢管桩作为主要受力构件,上铺14#.20#方钢作为纵横梁与下部的钢管桩有效连接,形成整个基础受力体系.实测水位1.74m,河床-1.00m,钢管桩总长7m,出水1m(桩顶标高2.74m),入土深度 ...

  • 静压先张法预应力混凝土管桩的沉桩机理及常见问题分析
  • 摘要:本文探讨了静压桩在沉桩过程中的机理,并对工程中常见质量问题及处理方法进行了分析. 关键词:桩:基础:施工 前 言:静压法施工是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将桩压入土中的沉桩工艺.由于这种方法具有无噪音.无振动.无冲击力等优点,适应今后对绿色岩土工程的要求:预应力 ...

  • 预应力混凝土管桩施工
  • 预应力混凝土管桩施工 1 前言 自1920年澳大利亚人W.R.Hume发明混凝土离心法生产工艺后,几经周折,预应力管桩面世,并由于其自身的优点而具有很强的生命力,发展迅速.1984年,我国大陆广东省建立起第一家生产预应力管桩的工厂.2005年全国应用管桩总量达到1.8亿米.如今,管桩以期经济.环保. ...

  • 预应力混凝土管桩单桩竖向承载力计算格式
  • 预应力混凝土管桩单桩竖向承载力计算格式 青岛某工程,基础采用桩基础:桩选用山东省标准<预应力混凝土管桩>L06G407中的PC-A400(80),十字型钢桩尖.地勘报告提供的场地土层情况及桩基 该建筑以4层为桩端持力层,桩长为8.5m. ±0.000相当于绝对标高为4.550,桩顶标高- ...

  • 项目一 桩基础工程基本知识
  • 单元五 桩基础工程施工 单元概述: 一般情况下,工业与民用建筑物多采用浅基础,它造价低廉,施工简便.当 遇到天然浅土层软弱,可以采用各种地基处理的方法进行人工加固,从而形成人工处理地基浅基础.如果是土层软弱,建筑物为高层建筑.上部荷载很大的工业建筑或者对变形和稳定有严格要求的一些特殊建筑,无法采用浅 ...