维普资讯 http://www.cqvip.com 壬墨墨… 妻～翌翌…………………………………………………………… 预应力管桩单桩沉降试验研究 孙志亮 （上海亚新建设工程总承包有限公司） 摘要通过对预应力敞口管桩与闭口管桩的荷载一沉降试验，对比分析了敞口管桩与闭口管桩的Ｑ—ｓ 曲线形态，研究了两种桩的沉降特性，得出荷载沉降的解析算式，提出了相同受力情况下，闭口管 桩较敞口管桩在控制沉降问题上有很大的优越性。 关键词预应力管桩单桩沉降现场试验 预应力混凝土管桩作为一种比较新型的建筑桩 各桩长均为２１ ｍ，桩端持力层均为粘土。 基，因其桩身混凝土强度高、质量可靠、工期短、施工 １．１敞口桩沉降结果分析 速度快、综合造价低等诸多优点而得到了越来越广 （１）ｐ—Ｓ曲线：从图１、２可以看出预应力敞口 泛的应用。因管桩桩端截面形式的不同而分为敞口 管桩ｐ—Ｓ曲线属于缓变陡降型，破坏形式属于急 管桩与闭口管桩。敞口管桩的受力机理不同于其他 进刺入破坏。当桩顶荷载增加到单桩极限承载力 预制桩，存在“土塞效应”，即敞口管桩在沉桩过程 时，沉降大约在１Ｏ一２２ｍｍ之间，而当荷载继续增 中，桩端土一部分进入管内形成“土塞”’，进入管内 加，沉降量急剧增加至破坏。从Ｑ—ＡＳ曲线中可以 的土塞在沉桩过程中受到管内壁摩阻力作用而产生 得到当荷载在２—６级之间时，每级的沉降量几乎呈 一定压缩，其发展直接影响了桩的承载力和沉降。 ——卜．３９５ｘ—－．卜＿ｌ３ —— ２８５ ——’一４１４ 目前对预应力管桩“土塞效应”对承载力影响研究 的比较多，但对有这种“土塞效应”管桩的沉降问题 Ｑ／ｋＮ 研究的较少。本文通过在某工程对８根预应力敞口 ０ ２６０ ５２０ ７８０ ｌ０４０ ｌ３００ ｌ５６０ ｌ８２０ 管桩与闭口管桩的荷载一沉降试验，对比分析研究 了敞口管桩与闭口管桩的沉降特性，并得出在桩顶 ｜Ｌ 荷载达到第３级荷载之前，两种桩的沉降几乎相同， 随着继续加载，闭口桩沉降与敞口桩相比，沉降速度 ■ 减缓，在达到管桩单桩极限承载力之前，闭口管桩沉 降仅为敞口管桩的３０％一５０％左右。 图１ ３９５ 、１３８ 、２８５ 、４１４ 桩Ｑ—Ｓ曲线 １ 荷载一沉降试验结果对比及分析 —＿．一３９５ ——．＿＿ｌ ３８ —●一 ２８５一——●一４Ｉ ４ 在考虑了管桩静压过程、平面分布、桩机型号以 及施打顺序等因素后，选取了敞口桩４根，闭口桩４ Ｏ／ｋＮ 根。试桩采用３００ｔ压桩机提供反力，通过油压千斤 ０ ２６０ ５２０ ７８０ １０４０ Ｉ ３００ １１ ５６０ Ｉ ８２０ 顶对桩进行逐渐加载。 雾 为研究闭口桩的沉降特性，在敞口桩与闭口桩 ｜Ｌ 桩底设置了沉降杆，以测得桩底沉降。同时，我们在 ■ ２０２ 、３６１ 、３８７ 、４６２ 桩桩帽上焊接１０ｍｍ厚的钢 板，并在表面刷涂沥青密封，以防止地下水渗入桩端 软化持力层。 所有试验桩中除３９５ 和３６１ 桩长为２０ｍ，其余 图２ ３９５ 、１３８’、２８５ 、４１４ 桩Ｑ一△Ｓ曲线 （收稿日期］２００６—９一ｌ８ ３３ 维普资讯 http://www.cqvip.com ＧＥＯＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＷＯＲＬＤ ＶＯＬ １０ Ｎｏ．３ 线性增加，即此时桩侧摩阻力发挥主要作用，而桩端 摩阻力发挥很小。随荷载继续增加，即加至１４３０ｋＮ 时，桩顶沉降较上一级沉降增加，桩侧摩阻力达到极 限值，桩端摩阻力继续发挥作用。 表１土层主要参数 表２静载试验结果汇总表 （２）桩身变化与桩底沉降分配：有关敞口桩桩 身变化与桩底沉降分配问题，本文以３９５ 桩为例。 图３显示，在第３级荷载之前，桩底沉降微小， 几乎不变，此时的桩顶沉降为桩身的变化量。即桩 承载力基本上只由桩侧摩阻力承担。在荷载逐渐增 （１ １ ０ ◆Ｑ．Ｓ一●一Ｑ．Ｓ底—・一Ｑ．Ｓ桩身 加至３９０ｋＮ时，桩端阻力逐渐发挥作用，此时管桩 承载力主要是桩侧摩阻力和桩端阻力的综合作用。 当荷载继续增加至１４３０ｋＮ时，桩侧摩阻力发挥至 极限值，桩端阻力继续发挥至极限值，桩底沉降大幅 度增长至破坏。由图４知，荷载加至第三级时，桩顶 沉降主要为桩身的弹性变形，桩底沉降仅为桩顶沉 ｌ ２０ ３０ ４０ ５０ 图３ ３９５ 桩Ｑ—Ｓ，Ｑ—Ｓ底，Ｑ—Ｓ桩身曲线 降的１７％。继续加载，桩身弹性变形在桩顶沉降中 的比例逐渐减小，而桩底沉降所占比例则线性增加。 ３４ 荷载加至７８０～１４３０ｋＮ时，桩身变化和桩底沉降基 本持平各占５０％左右，即此时为桩侧摩阻力和桩端 维普资讯 http://www.cqvip.com 岩土工程界第一。卷第３期 嗣匿 ｉ 摩阻力的发展阶段。荷载继续增加，桩身变化量基 时发挥。而荷载加至１４３０ｋＮ时，桩身变化仍持续 本保持不变，此时的沉降量主要是桩底沉降。 增大，但桩底沉降大幅度增加至破坏。即在桩侧摩 阻力达到极限后，桩端阻力才逐步增长到其极限值。 由图７知，桩身变化量在桩顶沉降中的比例在前３ 级荷载时较大，约为９０％左右，随后，逐渐减小。在 荷载为１４３０ｋＮ时，桩身变化量开始趋向定值，其在 ０ ２６Ｏ ５２０ ７８０ １０４０ ｌ３ｏｏ Ｉ ５６０ Ｉ８２０ 桩顶沉降中的比例急速减小。桩底沉降荷载的增 Ｏ，ｋＮ 加，其在桩顶沉降中的比例逐渐增加，在荷载超过 图４ ３９５ 桩Ｑ—ｓ ／Ｓ，Ｑ一５桃 ／Ｓ曲线 １４３０ｋＮ时，桩顶沉降主要为桩底沉降值。 １．２闭口桩沉降结果分析 （１）Ｑ—Ｓ曲线：预应力闭口管桩Ｑ—Ｓ曲线属 于突变陡降型，破坏形式属于桩端持力层的剪切破 坏。从图５得知，在荷载加至极限承载力之前，桩顶 ０ ２６０ ５２０ ７８０ ｌ０４０ ｌ ３００ ｌ ５６０ ｌ８２０ 沉降缓慢增长，荷载达到１３￣ｋＮ时，沉降仅为５— Ｏ，Ｉ（Ｎ １０ｍｍ。加至１４３０ｋＮ后，沉降骤增至破坏。而从图 图７ ３６ｌ 桩Ｑ一５底／Ｓ，Ｑ一５机身／Ｓ曲线 ６则得知，在荷载加至极限承载力之前，除第一级荷 载时沉降量稍大以外，其余几级荷载时，每级沉降量 １．３敞口桩与闭口桩沉降比较分析 ＡＳ变化不大，ＡＳ基本上为桩身弹性变形。而随桩 （１）受力机理比较：比较图３与图８，知预应力 顶荷载的增加到１４３０ｋＮ，桩端阻力得到充分发挥， 敞口管桩桩端阻力的发挥早于闭口桩桩端阻力的发 沉降量也较上一级沉降增加。两荷载继续增加，桩 挥。敞口桩随沉降增大，部分桩底土进入管内，形成 侧摩阻和桩端阻力均达到极限值，沉降量骤增破坏。 土塞。其受力性状表现为桩侧摩阻力随桩沉降逐步 Ｏ，ｋＮ 发挥，而管桩沉降引起桩端阻力发挥，但因敞口桩桩 ０ ２６０ ５２０ ７８０ ｌ０４０ ｌ３００ ｌ ５６０ ｌ８２０ ０ ———。～ 卜＿、－． ＝－１ ２０２ 端截面面积较小，端阻力也比较小。此时，管内土塞 ５ ｌ０ 、－： 摩阻力也开始发挥作用，其摩阻力仅为桩侧摩阻力 ３６１ 一 — １５ ｌ ２ｏ 的２５％左右。桩侧摩阻力达到极限值后，桩端阻力 ２５ ＼ ３０ ＼ 也随即达到极限值。 ３５ ＼ Ｑ＆Ｎ １ ｎ ２６０ ５２０ ７８０ ｌ【Ⅵｎ ｌ ０ｎ １ ｍ ｌｇ２ｏ ４０ ０ ４５ １０ 图５ ２０２ 、３６１ 桩Ｑ—ｓ曲线 ｇ ２０ 宴 ３Ｏ Ｏ，ｋＮ ０ ２６０ ５２０ ７８ｏ ｌ０４０ ｌ３００ ｌ ５６ｏ １８２０ ４Ｏ ： —— ～ ５Ｏ １０ ｌ ｜ 图８ ３６１ 桩 一 ， 一Ｓ底， 一Ｓ机身曲线 ９ ２５ ８ ＼ Ｉ ３６１ 闭口桩则不然，因其桩端闭口，即桩端截面积为 ２０２ 敞口桩截面积的１．５６倍。在桩静压施工时，与敞口 图６ ２０２ 、３６１ 桩Ｑ—Ａｓ曲线 桩相比，进入敞口桩管内的土被挤到桩周，即产生很 大的挤土效应。同时桩端阻力也比敞口桩的桩内侧 （２）桩顶沉降与桩底沉降分配：有关闭口桩桩 摩阻力与端阻之和大很多。 身变化与桩底沉降分配问题，本文以３６１ 桩为例。 （２）沉降量比较：比较图ｌ与图５，在桩顶荷载 在第４级荷载之前，桩顶沉降主要是桩身变化， 达到极限承载力之前，闭口桩沉降均小于敞口桩沉 管桩承载力基本上只由桩侧摩阻力承担，桩端阻力 降。在管桩达到极限承载力时，闭口管桩的沉降量 尚未发挥。继续加载至ｌ３００ｋＮ时，桩身变化和桩 仅为敞口管桩的３０％～５０％。笔者认为原因有二。 底沉降基本均线性增加，桩侧摩阻力和桩端阻力同 其一是闭口管桩的桩侧摩阻力与桩端阻力均优于同 ３５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 垦 ………ＧＥＯＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＷＯＲＬＤ……………………………………………………ＶＯＬ１０…Ｎｏ．３…． ………………种情况下的敞口管桩。其二，闭口桩桩端密封，避免 了地下水渗入桩端持力层，相反，对于敞口桩，地下 水直接进入持力层，地下水对持力层的软化对桩端 阻力与桩侧摩阻力极为不利。 （３）桩底沉降所占比例比较：比较图４与图８， 在荷载达到极限承载力之前，敞１：３桩桩底沉降所占 比例均高于闭口桩。这也可以看出，对于控沉基础而 言，闭口桩较敞口桩在控制沉降上有很大的优越性。 言，闭口桩较敞口桩在控制沉降上有很大的优越性。 （４）影响预应力管桩的沉降的因素很多，如桩 端持力层的软化、桩侧土液化对桩底沉降的影响等。 参考文献 ［１］刘金砺．桩基设计施工与检测．北京：中国建材工业 出版社，２００１． ［２］ 宰金章，朱光裕．开口钢管桩土塞的机理与性状研究 （桩基技术新进展学术讨论会论文集）．宁波．１９９１， ６． ２结论 （１）敞口管桩与闭口管桩沉降均属于陡降型。 因敞口管桩与闭口管桩桩端截面形式不同，桩端持 力层为粘土时，在达到极限承载力之前，闭口管桩沉 ［３］陈凡，徐天平．基桩质量检测技术．北京：中国建筑工 业出版社，２００３． ［４］ 史佩栋．实用桩基工程手册．北京：中国建筑工业出 版社，１９９９． ［５］ 中国土木工程学会．第九届土力学及岩土工程学术 降仅为敞口管桩沉降的３０％一５０％。 （２）闭口桩与敞口桩相比，沉桩时进入敞口桩 会议论文集．北京：清华大学出版社，２００３． ［６］ 施鸣升．沉人粘性土中桩的挤土效应探讨．建筑结构 学报，１９８３（３）． 作者通讯地址：上海市灵石路９３０号地质大厦５０３室 邮 编：２０００７２ 管内的土被挤到桩周，即产生很大的挤土效应，桩侧 阻力得到提高；同时桩端阻力也比敞口桩的桩内侧 摩阻力与端阻之和大很多。 （３）在荷载达到极限承载力之前，敞口桩桩底 沉降所占比例均高于闭口桩。即对于控沉基础而 （上接第３２页） ５ 结论 均存在一个合理的范围。 参考文献 （１）无论对于均质地基还是双层地基，其荷载 分担比和沉降特性均受桩长、桩土模量和垫层的影 ［１］ 朱小友，尹华濂．二元组合桩基及其在高层建筑中的应用． 建筑结构，１９９９． 响，但其规律性稍有差异；一般情况下，上硬下软双 层地基沉降大于均质地基，均质地基沉降大于上软 下硬双层地基沉降。 ［２］李小荣．深厚液化土地基的抗液化综合措施．广东地质， ２０００，１５（１）：５７～６０． ［３］应永法，章雷．复合桩地基构想．地基处理，２０００，１１（１）． ［４］ 吴建华，张涛．素砼桩、水泥土桩及土共同工作的复合地基 设计．江苏建筑，１９９９，（１）：４２～４４． （２）无论对于均质地基还是双层地基，其沉降 均随着桩长的增加而减小，到一定程度，桩长的增 加对沉降的减小效果不大。 （３）对于均质地基和上软下硬双层地基，其沉 降均随着桩土模量比的增加而减小；对于上硬下软 双层地基，刚性桩的置换率起着控制作用。 （４）垫层模量的增加可减少复合地基的沉降， ［５］ 唐朝文．刚性桩与柔性桩复合桩基的受力与变形性状研究， 浙江大学硕士论文，２００２，２． ［６］ 杨秀红．ＣＦＧ桩联合碎石桩组合型复合地基的有限元分析． 辽宁工程技术大学硕士学位论文，２００１，５． 第一作者通讯地址：西安习武圆９号西北综合勘察设计院 邮编：７１０００３ ’ 其厚度的增加同样可减少复合地基的沉降，此两者 ３６