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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流全螺旋灌注桩螺纹桩竖向承载力初探.精品文档.全螺旋灌注桩螺纹桩竖向承载力初探第35卷第5期2002年10月武汉大学(工学版)EngineeringJournalofguhanUniversity,O1.35No.50ct.20o2文章编号:1006155X(2002)0510904全螺旋灌注桩螺纹桩竖向承载力初探吴敏,李波扬(武汉大学城市建设学院,湖北武汉430072)摘要:对全螺旋灌注桩螺纹桩的承载力机理进行了初步探讨,比较了螺纹桩与传统直线型灌注桩竖向承载力的基本特性,并根据试验及理论分析,探讨了螺纹桩设计计算方法.关键词:螺纹桩;全螺旋
2、灌注桩;承载力中图分类号:TU473.1文献标识码:A全螺旋灌注桩是一种带螺纹的灌注桩,简称螺纹桩.螺纹桩用带有自控装置的螺纹桩桩机,特制的螺纹钻杆钻进,钻至设计深度,在土体中形成螺纹.提钻过程中螺纹桩桩机自控系统严格控制螺纹钻杆提升速度和旋转速度,与此同时制备好的细石混凝土或砂浆开始由高压泵输送,通过空心螺纹钻杆由钻头泵出.钻头泵出的高压细石混凝土或砂浆迅速填充由于螺纹钻杆旋转提升所产生的带螺纹空间,在桩身周边形成螺纹(图1),故能有效地提高承载力.螺纹桩综合了长螺旋灌注桩和13本研制的钢纤维混凝土全螺旋预制桩的优点,不存在清底,护壁,塌孔,掉块,断桩,缩径等问题,桩身质量可靠,同时采用常规
3、混凝土灌注,施工工艺简单,工程造价低.在承载力要求一定,场地土质相同的条件下,使用螺纹桩显然可以减小桩长,缩小直径,从而大大降低工程造价.图1在淤泥质粉质粘土中所成的螺纹桩桩头l全螺旋灌注桩螺纹桩承载力机理初探1.1传统直线型灌注桩承载力机理传统直线型灌注桩侧阻力由3部分组成:(1)(岩)土中胶体与桩表面的粘聚力;(2)(岩)土与桩接触面间的摩擦力;(3)桩表面粗糙不平的机械咬合作用力.在滑动前主要取决于(岩)土中胶体与桩表面的粘聚力,发生滑动后则取决于(岩)土与桩接触面间的摩擦力和桩表面粗糙不平的机械咬合作用力.传统直线型灌注桩承载力主要为摩擦阻力及机械咬合力的组合.收稿日期:2002071
4、2作者简介:吴敏(1957一),女,安徽黟县人,副教授,主要从事建筑技术和城市研究方面的教学和研究l10武汉大学(工学版)1.2螺纹桩承载力机理螺纹桩改变了桩与(岩)土间相互作用的方式,极大地改善了桩侧阻力作用,虽然(岩)土中胶体与桩表面的粘聚力和(岩)土与桩接触面间的摩擦力仍然存在,但螺纹桩的桩侧阻力主要为螺纹桩的螺牙与土的机械咬合作用力,初加荷载时,和传统直线型灌注桩一样在滑动前主要取决于粘聚力,随着荷载的加大,粘聚力破坏后桩体开始滑动,这时螺纹桩的螺牙与土的机械咬合作用力构成滑动阻力.滑动产生的主要原因为螺牙根部土的局部挤压变形.当荷载达到极限时,其破坏特征是以螺纹外的土体剪切强度耗尽及
5、达到了土的抗剪强度为特征,螺纹桩与土沿螺牙外经圆柱面上发生剪切滑移.2全螺旋灌注桩螺纹桩与传统直线型灌注桩侧阻力比较2.1传统直线型灌注桩桩侧阻力p的计算传统直线型灌注桩是以桩一土之间的摩擦阻力及机械咬合力确定单桩竖向极限承载力3.4一:Q:U二qsig.1i式中:q为桩侧第i层土的极限侧摩阻力标准值;为桩身周长,其值为2丌r;,为桩穿越第层土的厚度.2.2螺纹桩桩侧阻力92的计算螺纹灌注桩以土体的抗剪强度确定单桩竖向极限承载力:Qsh2Uili其中,为桩侧第i层土的极限抗剪强度标准值.为方便计算,以饱和粘性土为例进行比较.饱和粘性土中:r=Cs其中,C为土的不排水剪切强度.根据汤姆利逊(To
6、mlinson,1971)一一由78根桩试验结果统计提出的.法理论:qsil-=aCi其中,.为粘着力系数(0.21.0).为进一步简化比较,假定场地土质相同,桩长相同,直经相同,即U:,则有传统直线型灌注桩:Q=Uqig.1i由口法理论q:aC得:.Cf:.cf:口k2=(0.21.0)k2螺纹桩与传统直线型灌注桩承载力关系为Q:Gf:Ql/a=(15)Ql即螺纹桩在饱和粘性土场地土质相同,桩长相同,直经相同(:U)的条件下承载力是传统直线型灌注桩的15倍.3全螺旋灌注桩一螺纹桩承载力的计算方法3.1单桩极限承载力的计算按照建筑桩基技术规范(JGJ9494)中的公式,桩径按螺纹桩外径计算:Q
7、=Q+Q=qsi-li+qpp式中:Q为单桩竖向极限承载力标准值;Q为单桩总极限侧阻力;Q为单桩总极限端阻力;q为极限端阻力标准值;A为桩端面积.螺纹桩按该公式计算偏于保守,这里实际上把C=qsil-/Ct:(15)qs中粘着力系数.取值为.:1,即Q=Q.现有国产螺纹桩桩机设备提供的两种典型螺纹钻杆(专利产品)数据(见图2):图2螺纹桩桩机螺纹钻杆A型:R:250llllYl(r=150llllY1)B型:R=185llllYl(r=l15llllY1)第5期吴敏等:全螺旋灌注桩螺纹桩竖向承载力初探3.2单桩承载力桩虽然具有最简单的结构特征杆件,但由于包围桩的介质(岩土)的复杂性构成了单桩承
8、载力这个简单的谜,桩的研究者们为寻求谜底进行了不懈的努力,至今还没有找到一种较为精确计算桩承载力的方法.因此,建筑地基基础设计规范(GBJ789),建筑桩基技术规范(JGJ9494)都把静载试验作为确定单桩竖向承载力的第一标准,其他任何方法都是静载试验的补充_6_6.计算出的单桩竖向极限承载力标准值Q必须与单桩竖向静载试验值相对照,相校核,并以静载试验值为依据.单桩极限承载力标准值,最终应以现场静荷载试验确定.3.3单桩检测全螺旋灌注桩(螺纹桩)的完整性检测,采用北京市建筑工程研究院自行研制开发的PTA动测系统,该系统成功地对多支盘桩,DX桩(具有多个承力岔和承力盘)进行了完整性检测J,螺纹桩
9、可用应力反射法,反射波PTA动测系统予以完整性检测.4全螺旋灌注桩螺纹桩静载试验分析武汉某建筑物场区各土层详细情况如下:(1)分为两种土质a.杂填土:层厚0.32.4m,色杂,为砖块,碎QlkY084126210294378504石,煤炭等建筑垃圾及粘性土构成,成分杂乱,土质不均,结构松散,局部地段表层为水泥地坪.b.淤泥:埋深0.82.0m,层厚0.21.7m,灰黑色,软流塑,很湿,含腐植物及少量小碎石等,具臭味.(2)粘土:埋深1.23.0m,层厚3.84.6m,黄褐一黑灰色,可塑,湿,均有分布,含少量氧化铁,高岭土条带及螺壳.=90kPa,E=3.20MPa,吼18kPa.(3)粉质粘土
10、:埋深4.36.0m,层厚2.34.6m,黄褐一黑灰色,湿度较湿,均有分布,含云母片及少量氧化铁,腐植物.=90kPa,E=3.4JDMPa,=16kPa,C=45kPa.本次螺纹桩试桩共进行两根,桩顶标高为一5.7m,桩长4.8m,桩身位于第三层,其静载试验结果如图3,图4.实验结果表明,螺纹桩极限承载力是同直径直线型桩的2.5倍,螺纹桩极限承载力与公式Q以2=?+g符合,其中,r为桩侧第i层土的极限抗剪强度标准值.饱和粘性土中:r=.实验结果说明了螺纹灌注桩是以土体的抗剪强度确定单桩竖向极限承载力的,有着明确的物理慨念,同时与汤姆利逊lJ由78根桩试验结果统计提出的a法理论相符合.0004
11、50900lgt/mm153045609O12O240.卜_.,._.-H378kNJ.?.11r-.-36.00.卜.4500;图3试桩荷载一沉降曲线图4试桩沉降量一沉降时间曲线cc,肿肿肿肿肿o49ccll2武汉大学(工学版)5螺旋灌注桩(螺纹桩)经济分析(1)螺纹桩在饱和粘性土场地土质相同,桩长相同,直经相同的条件下承载力是传统直线型灌注桩的15倍.由于承载力同桩直径呈线性关系,混凝土用量(体积)同桩直径呈平方关系,若承载力增大2倍,桩直径同步增大2倍,混凝土用量增大4倍,全螺旋灌注桩(螺纹桩)之所以能大幅降低混凝土用量,节约成本,就是由于有效地提高了承载力,呈平方关系减少混凝土用量.(
12、2)设计计算中采用现有规范进行计算时,最保守的方法是取粘着力系数=1,即Q=Q.由于螺纹钻杆螺牙间的泥土取代了部分混凝土,同桩径螺纹桩混凝土用量只有传统直线型灌注桩的60%70%.节约混凝土用量30%4|D%.6兰古化螺纹桩改变了传统直线型灌注桩竖向承载力的机理,本文对全螺旋灌注桩一螺纹桩的承载力机理进行了初步探讨,比较了螺纹桩与传统直线型灌注桩竖向承载力的基本性状.根据试验及理论分析,对螺纹桩设计计算方法进行了初步探讨.螺纹桩带有螺纹,能有效提高承载力,螺纹桩与传统直线型灌注桩的关系如同日常生活中螺丝钉与钉子之间的关系,与现有直线型桩相比具有显着的技术经济效益.螺纹桩是一种新型桩,同长螺旋桩
13、,粉喷桩,钻孔压浆桩,多支盘桩,DX桩一样,在理论上,实践中都需要继续发展完善,不断地普及推广.参考文献:1李波扬,吴敏.一种灌注桩的施工方法P.中国专利:ZL961196025,20000930.2刘金砺.桩基础设计与计算M.北京:中国建筑工业出版社,19903黄熙龄,陆忠伟,何信芳,等.建筑地基基础设计规范(GBJ789)M.北京:中国建筑工业出版社,1989.4刘金砺,黄强,费鸿庆,等.建筑桩基技术规范(JGJ9494)M.北京:中国建筑工业出版社,1995.5TomlinsonMJ.桩的设计与施工M.朱世杰译.北京:人民交通出版社,1984.6黄强.桩基工程若干热点技术问题M.北京:中
14、国建材工业出版社,1996.7沈保汉,贺得新,陈轮.Dx多节挤扩灌注桩J.岩土工程界,2002(4):3035PrinmrydiscussiononverticalloadbearingcapacityofscrewedfillingesWUMin.LIBoyang(SchoolofUrbanStudies,uhanUniversity,Wuhan430072,China)Abstract:Theloadbearingcapacityofascrewedfillingpilescrewedpileisdiscussedandanalyzed.Theessentialcharactersofascrewedpileunderactionofverticalloadarecomparedwithaconventionalfillingpile.ThedesignandcalculationmethodofSCreWedpilesisalsodiscussedbasedonbothexperimentandtheoryanalysis.Keywords:screwedpile;screwedfillingpile;loadbearingeapaeib