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1、提高泥浆护壁钻孔灌注桩承载力的探讨东海大桥超百米长桩试桩承载力分析第26卷第2期Vo1.26No.2黄融,苏洪雯,毕桂平:提高泥浆护壁钻孔灌注桩承载力的探讨东海大桥超百米长桩试桩承载力分析建筑施工BUIIDINGCONSTRUCTION麟葡黑设提高泥浆护壁钻孑L灌注桩承载力的探讨东海大桥超百米长桩试桩承载力分析口黄融苏洪雯毕桂平(上海深水港建设指挥部大桥分指挥部2ol3o6)【摘要】东海大桥作为国内第一座的跨海大桥,在通航孔超百米钻孔长桩的试桩中首次采用了桩底压力注浆技术.在灌注桩成桩后,通过预埋在桩身的注浆管,将浆液均匀地注入桩端地层,以提高桩的承栽力,并减小桩基沉降量.【关键词】跨海大桥桩
2、底压力注浆钻孔灌注桩承载力【中图分类-TU753.3/文献识别码A【文章编号】10041001(2004)02009303DiscussiononIncreasingLoad-BearingCapacityofSlurryDrilledPile-AnalysisofLoad-BearingCapacityofTrialPileOver100mforShanghaiDonghaiBridgeHuangRongSuHongwenBiGuiping1课题的提出东海大桥为了满足海域通航要求和地貌状况,设置有主通航孔一座,主跨为420m的迭合梁斜拉桥;辅通航孔三座,主跨分别120m,140m,160m预
3、应力钢筋7昆凝土连续梁结构;为跨越海底深槽设置主跨为340m的颗珠山迭合梁斜拉桥:这些桥梁的基础均为2.5m的钻孔灌注桩共7l0根(其中嵌岩支承桩约320根).除嵌岩桩外,其余摩擦桩的桩长均在1001lOm.由于这些大直径长桩均在海域内施工,受风浪,水流等自然界的影响很大,设计与施工的经验较少,因此,决定在主,辅通航孔设计墩位进行足尺钻孔灌注桩试验.2试桩位置,地质状况及试验目的和方法在主,辅通航孔的墩位上各布置一只和使用的桩径,桩长相同的试验桩各一根.试桩1位于主通航孔PM336墩,试桩2位于辅通航孔PM241墩,桩径约为2.5m,桩长约为110m,其试桩位的地质资料(如表1,2):2.1试
4、桩目的2.1.1通过对桩底压浆前后单桩极限承载力的测试,检测单桩的设计极限承载力,测定分层土极限摩阻力(系数):2.1.2确定钻孔灌注桩的成孔工艺和机械系统配置.2.1.3通过桩底压浆的检测效果,确定桩底压浆形式及相关技术.2.2试验方法由于大直径长桩的极限承载力达到50000kN以上,位置又处于海上,加上试验的工期紧,很难采用施加外荷的方式来测定其极限承载力,故决定采用东南大学的自平衡测试技【收稿日期】200402132004年第2期术,对钻孔灌注桩在桩底压浆前后进行极限承载力的测试并对其单桩极限承载力进行分析.表l试桩1地基土物理力学指标土层土层描述层厚含水量密度口.孔隙塑性指液性指桩饲土
5、极限桩端土极限鳊号(m)w.%g/cm比e数ID数lL摩阻力标准段阻力标准值fs(kPa)值fp(kPa)(3)淤泥质粉盾粘土55056.01.701.5ll5.42255(4)淤泥质粘土9l056.9l621.6621.2l565(5)粘土J58042.11.79ll82O.2O.9325(6)粉质粘土2.0521.7l920.73l4600550(7).砂质粉土5.7030ll860.8960(7)t-粉细砂97531.31.8609a65(7)粉细砂33.o028.2l950.7775(91中粗砂9O090fl0)粉质粘土I1.oc28.01.930.8ll4.60.5360l1.I粉细
6、砂l5.9322.31.990.659545oo1l2含砾中粗砂l0.7625.72.oo0.68Il550o0表2试桩2地基土物理力学指标土层土层描述层厚含水量密度口:孔隙塑性指融雎指桩侧土极限桩端土极限鳊号(m)w%g/cm比e数lp数II摩阻力标准段阻力标准值f(kPa)值fp(kPa)(1)灰褐色淤泥6oo63.81.601.8223.9l6l0(4)复色淤泥质粘土8,5038.01831.06l601.01l0(5)灰色粉质粘土35027ll950.78l5.91oo25(6)灰绿色粉质粘土5.6023.52.oo0.69l6302440(7).草黄色砂质粉土7902741.9l0.
7、8a55.I草黄灰黄色粉砂I2.5023.31.9806865.2灰黄色粉砂8oo2002.020.6075(7),灰色粉砂与粉3.50l9.52020.60l3.404880质粘土互层(9)灰色含砾细粉砂耒钻穿I8.020905l9030o03试验结果分析与建议一93苇26卷第2期V01.26No.2黄融,苏洪雯,毕桂平:提高泥浆护壁钻孔灌注桩承载力的探讨东海大桥超百米长桩试桩承栽力分析建筑施工BI211DlNGCONSTRUCTl0N两根试桩在压浆前进行加载试验,试桩1测得承载力为设计值的82.67%;试桩2测得承载力为设计值的68.18%.试桩1采用直管压浆,压入水泥量为8t,试桩2采用
8、U型管分次压浆,压入水泥量为6.7t,现将测试结果列表(见表3,4,5和图1,2,3,4):我们针对试验结果,决定在工程中采用:(1)根据试桩的情况制定了钻孑L灌注桩施工技术要求,它包括设备,钻孑L速度,钢筋笼的制作和安装,护壁泥浆的制备,清孑L和混凝土浇灌,改进的压浆管形式,压浆液的制备,压浆工艺,终止压浆的标准等.(2)本工程试桩采用自平衡法静载试验,按规定标准浆后.所测得的单桩承载力均已超过设计值10%30%,所以设计的工程桩是安全可靠的.(3)在压浆前,当桩下段发生40ram以上位移时,所测到的原设计桩持力层的摩阻力仅为地质勘查资料数据的1/51/3,而压浆后,位移桩段所测得的摩阻力超
9、过地质勘查表3试桩承载力及位移分析试桩l试桩l试桩l试桩2试桩2试桩编号下荷栽葙加羲下荷栽葙抽栽下荷栽葙加簌(压基前)(压基前)(压基后)(压浆前)(压浆后)预定加栽值(kN)2114oo2260oo222Ooo23oooo23ooO0最终加栽值(kN)268402192oo2192oo21Ooo0224o00荷羲葙处向上位移(mm)4.45215510565.7249.49向上残余位移(mm)3.5918.5444,05i郜桩i镕弹性l()0.863.015.44荷羲葙赴向Y(mm)66.0519.05641091.oo5.77向下残余位移(mm)54.0117.813.96T郜桩i体性l(
10、)12.041.241.81桩顶向上位移(mm)7.2234.78桩顶残余位移(mm)6,0723.24上段桩压缩变形(mil1)1433147l表4试桩自平衡静载荷试验成果分析表试桩1试桩1试桩1试桩2试桩2试桩编号下荷栽葙加栽下荷栽葙加栽下荷羲箱加栽(压基前)(压基前)(压基后)(压基前)(压墓后1菏栽葙上部桩的实测176oo336O022Ooo220O0陵限承栽力0(kN)菏栽葙下部桩的实测608022080l76oo8oo0>24Ooo陵限承栽力O.(kN)(下荷羲葙下部)下瞢羲籀下部)ii部桩段*度()11874.811872.1572l5尊羲箱上部桩自重(kN)8688550
11、88688531253l2菏裁箱上部桩侧摩0.70.7070.70.7阻力修正系数1单桩竖向抗压极393505319031840>47840限承栽力QI(kN)表5压浆量及其极限承载力提高幅度桩号压浆土层压浆压浆前承压浆后承提高百分量(t)栽力(kN)栽力(kN)值(kN)比(%)PM336粉细砂841oo0>52000>11000>26.8PM24含粒粉细砂6.7300OO570002700090.94.13薹董桩端阻力rkN13II)Il桩顶荷栽(kN)21llI),rII,(a)桩端阻力一位移曲线(b)等效转换曲线图1试桩1压浆前曲线桩端阻力(kN)IIlIll1
12、IIl3llIII,Il3三墓薹一1.I桩项荷栽(kN)3III1IlIl,IIIIa)桩端阻力一位移曲线(b)等效转换曲线图2试桩1压浆后曲线言21砉:暴H_堂13(a)压浆前桩端阻力一位移曲线(b)压浆前等效转换曲线图3试桩2压浆前曲线桩硕荷载d,D(a)桩端阻力一位移曲线(b)等效转换曲线图4试桩2压浆后曲线资料数据.说明桩的持力层在钻孑L成桩过程中受到了扰动,加上首拌混凝土下落过程中将桩底沉碴泛起,进而削弱了其摩阻力,而经压浆后,不但恢复了它原来的摩阻力,而且由于压力灌浆的作用,进一步改良了持力层土质特性,故摩阻力得到了进一步的提高,而且桩的端承力也得到了大幅度地提高,主要是其桩端截面
13、达到甚至还超过了原设计截面.(4)本试验并未测出试桩的最大承载力,因为这种长桩本身的混凝土压缩值较大,千斤顶的实际位移并未达到40mm,且原规范试验标准制定对当时钻孑L桩的直径和长度远远小于本试桩的直径和长度,所以在荷载箱位移达40mm时即终止加荷.而根据国外资料分析,他们的荷载箱位移一般达到80ram时才停止加荷,因此本试验桩的承载力远比现测定的要大,估计极限承载力可达80000100000kN.建筑施工第26卷第26卷第2期V01.26N0.2黄融,苏洪雯,毕桂平:提高泥浆护壁钻孔灌注桩承载力的探讨东海大桥超百米长桩试桩承栽力分析建筑施工B【】LDINGCONSTRUCT10N表6试桩l压
14、浆前分层土摩阻力(单位:kPa)菏载一lO8m一l63m一254rn一3l2m一3325m3895m一487m一597m645131一66m一737m一一8l7m一907ml01.7m一编号一163m一254m一31.2m一33.25m一3895131一48.7fll一597m一645131一66I11一73.7fl一8l7m一9O.7m一l0l7m一l1Om110.120.231.854656.958.62121616.0920.2518.6211.927.624.753.4320.250,363.2257ll0.3812.82l95022.77260624.5l18.67l2138.375
15、.1430.410.484.5967513.81170326.8429.4431.7730.4025.4116.65l2006.8640.55O.6159578217.25212234.1936.1237.5336.2932.1621.1615.628.5750.891.1310.69114132213258938.5040.1442.1939.4534.23,24.3224.44l1.9l61.221.64l5.42I20.45270030.5742.8044.17,46.86l42.6136.2927.48l332615.2471.562.1620.1626.7631.8835.2447l
16、148.1951.5245.5040.733337355522.2382.703.3323.4937.2637.3340.1】50.5751.4854.054840451839.2637.84292293.8345l2683477642.78449954.0354.7756.5951.29496245.1540.1336.21104.97568301658264823498657.4958.065912I53.63表7试桩1压浆后分层土摩阻力(单位:kPa)菏载一10.8m一一16.3m一一25.4m一一31,2m一一3325nl一3895m一48.7rn一一59.7m一一645m一一73.7
17、m一一81.7fl1一9O.7m一一1017m缟号一16.3m一25.4m一3l,2m一3325m一38.95m一48.7m一59.7m一64.5m一73.7m一81.7m一907nl一l01.7m一l10m_10.010.030160220.310.561.031.061164.22652135815.6320.010.040.180.260.380.631.111.452.656.56105319.6223.6230010.070.230.290.430.8l1631.763,4389613.93263631.2640020.10.3l0440561062.132.6346710.2618
18、.5432.8637.9550.050.170.530.760.951.532.7642678614.523.4936.7741.6860.090.20.610.861.071.873.034.888.1316.7329.5342.9347.6670.140.260.690.961.462063.665.248.8518.2133.5149.5355.2780.210.310761.171.832.244.146.769.2519.7738.0456.5461.2890.280.370.891532.162.864778.6410.5221.9340.3762.4168.75100.360.4
19、21.121.842.463.25516l1.2714.4926.6944.2666.5371.82l10530691682.633.5347679614.9719.7530.4748.2367.2572.56表8试桩PM241压浆前分层土摩阻力(单位:kPa)荷载一10.1m一16m一一24.5m一一28nl一一33.6m一一41.5H1一.54m63m一一7lm一72m一78m一一85.5m96m编号一16m一24.5m一28m一33.6m一415m一54m一63m一71m一72m一78m一85.5m一96m一108.5m10.120.21.072955.3262318.4722.1623
20、.2l35.7634.794.733.1620.150.36195J5.198.2210.927.0530.8832.4346.1944.1310.7378530.211.114.697.15l5.24l87732.2633.6237.1553.1951.1819.1512.7640.271.96678l165218924.2337.7738.6740.92表9试桩PM24l压浆后分层土摩阻力(单位:kPa)荷栽一10.1ml6m一245m28m一33.6m一415m54m一63m一一71m一一72m一78m一一85.5m一96m编号一16m一24.5m一28m一33.6m一41.5m一54m
21、一63m一71m一72m一78m一85.5m一96m一108.5m10.120.201.072.956.63I8.8716.2419.4421.7018.8517.6211.768.5320.160.362.02519l】22l39024.3226.7628.4620.5319.4318.1614.2730211.144.698.64182418.7730.7631.7333.4723.4922.7521.47l8.7340.301.96678126523.8924.2336.5637.6038.7931.36287626.5323.4350.383.3610.0318.3127.9929l1
22、42.5343.4844.9034.8633.7931.9228.7660.464.7613.2723.9732.0933.8848.5049.3651.0039.7338.4337.5233.43_70.546.1616.5229.63l36.1838.6654.4655.2457.1144.5343.2642.6239.0680.627.5619.7635.2940.2843.4360.4361.1263.2148.1l47.4348.6944769.10.769.7924.9342.33444449.74640764.7966.6352.6151.7252.2951.73100.89l2.0330.0949.3648.6156.0667.7168.4770.0457.1656.4458.0357.62l159.3358.7963436275【参考文献】1,谢红兵.郑机.林国雄.帕克西桥钻孔桩桩底压浆及0cell试验lJ1.世界桥梁.200222,傅旭东.钻孔灌注桩桩底压力灌浆的工艺效果及机理【J2004年第2期桥梁建设.1999.13,于志强.王锡朝.王旭.钻孔灌注桩的压力灌浆工艺度承栽力研究I川.中南公路工程.1997.34,桩基承栽力自平衡法静载试验测试报告一东海大桥试桩工程.东南大学土木工程学院.2003.51395