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鋼管樁靜力拔樁側摩阻力的計算對比分析

作者:來源:日期:2019-12-3 9:33:26人氣:1421
      0引言

      多數橋梁及水上工程施工都會采用鋼管樁作為臨時施工平臺或施工棧橋的下部基礎,一般會根據實際需要的承載能力選取不同規格的鋼管樁以.及確定不同的打入深度,通常情況下施工結束后是要將臨時施工設施拆除并將地基中的鋼管樁拔出以便回收利用,然而對于通過不同方式打入地基中的鋼管樁,入土深度、樁徑、地基土質、土體固結時間等因素的不同都會導致拔樁的上拔力的不同,所以想要將其成功拔出也不是一件非常容易的事,需要前期對拔樁力進行理論計算分析,并據此來選擇拔樁設備型號。


      目前國內外對側摩阻力的計算都是參考一定的規范公式,其中美國按照API- RP2A的方法計算印,而國內大多參考公路橋涵地基與基礎設計規范0或建筑樁基技術規范闊中提供的半經驗公式。因為都是有關土力學的計算,且采用的方法不同,所以二者的計算結果也會有所差異園。文中就是通過幾種不同的工況來對比分析這兩種計算方法的差別,為同類工程提供理論指導。1計算方法原理

      1.1 國外計算方法

      文中涉及的樁土摩擦力計算方法主要是API- RP2A中的計算方法,由此得到的側摩阻力計算公式為:


      其中:F為側摩阻力;r為鋼管樁半徑;K,為水平土壓力系數,一般取值0.5 ~ 1.0,表示水平與垂.直有效正應力之比:po為土層有效覆蓋土壓力;y為覆蓋土層土重度;φ”為樁與土之間的摩擦角,一般樁土摩擦角與土的內摩擦角之比為0.6 ~ 0.7。

      該計算方法的原理是認為樁與土的側摩阻力主要是由于計算截面之上土層對樁的擠壓引起的,而樁周土對樁的水平壓力又與豎向土壓力有關,所以上述計算方法從豎向土壓力入手,進而得出樁土側摩阻力。

      1.2 國內計算方法

      國內對于拔樁過程側摩阻力的計算并無相對應的理論公式,一般參照摩擦樁單樁軸向受拉承載力計算方法計算,據此可得樁側摩阻力計算公式為:


      其中:q;為土層極限側阻力標準值;u為樁身周長;a;振動沉樁對各土層樁側摩阻力的影響系.數,對于錘擊、靜壓沉樁和鉆孔樁>a; = 1.0;l為土層厚度。

      該計算方法主要以經驗值為主進行計算,樁側摩阻力是根據大量的實驗得出的結果,具有較好的可信度,但取值不同對計算結果影響較大。2  計算結果對比

      為了較好的對比分析這兩種計算方法的區別,下面將分三類不同的工況分別用這兩種方法計算樁側摩阻力自刀

      2.1不同入土深度計算 .

      通過假定土質情況相同、樁徑相同,而計算不同的入土深度對應的樁側摩阻力,為了能夠更好地分析樁長的影響,假定土層是單層土,為可塑黏性土,樁徑設為630mm,入土深度取值范圍為10~30m,梯度設為2m.

      查閱相關資料可得可塑黏性土的參數如下表:


      現分別用上述兩種計算方法對不同的入土深度進行計算,計算結果見圖1.


      由計算結果及圖表對比可以看出在入土深度較小時兩種計算方法的計算結果比較接近,隨著入土深度的增加,二者的差別也逐漸增大;同時入土深度對第一種計算方法的樁側摩阻力影響較大。

      2.2 不同樁徑計算

      針對不同樁徑,選取入土深度為17m,土層還是為單一的可塑黏性土,樁徑取值范圍為200 ~1500mm,梯度為100mm,計算結果見圖2.

      由上述計算結果可知,隨著樁徑的增大,兩種計算方法的結果差別也是逐漸增大,但是差值增大趨勢并不像入土深度那樣明顯;另外可以看出國外計算方法的摩阻力值隨著樁徑增大而增大的趨勢更大。


       2.3 不同土質計算

       為了較好的分析土質對計算結果的影響,在此對于不同的土質還是取單層土,樁徑和入土深度分別取600mm和15m,土質分類如下表:


      由上述計算結果可以看出和前兩種工況一樣,國外計算方法的摩阻力都比國內計算方法的摩阻力大;同一類土,隨著含水率的降低和顆粒的增大摩阻力也隨之增大。

       3計算結果分析

      3.1 不同入土深度計算結果分析

      對于上述不同入土深度樁側摩阻力的計算結果,兩種計算方法的差值之所以是三種情況中最大是因為國外計算方法是由豎向土壓力推導水平土壓力,進而沿深度方向積分得到樁側摩阻力,而樁側摩阻力是如圖深度的二次函數;而國內計算方法的樁側摩阻力只是深度的一次函數,而且還和側摩阻力標準值有關,而這一數值只能根據由大量實驗數據總結的取值范圍取值,這對計算結果的影響較大。

      3.2 不同樁徑計算結果分析

      對于不同樁徑樁側摩阻力,由計算結果分析可得:國外計算方法對于水平土壓力的處理是根據實際情況推導的,即土壓力隨入土深度線性增大回,而國內計算方法是根據實驗數據取了一個中間值作為單位長度方向土壓力的代表值,這兩種處理的方式是引起兩者計算結果差別的主要原因,而樁徑的不同也會增大二者的差別。所以對于單層土積分法會比較接近實際情況,因為如果單一土層深度較深,取中間值的誤差會比較大,對計算結果影響也會較大,就會造成理論計算和實際差距較大;而對于多層土兩者差別就會減少。

      3.3 不同土質計算結果分析

      對于不同土質的情況,由計算結果分析可得:黏性土是比較特殊的,它對樁側摩阻力的影響并不像其他的土一樣,由圖3可以看到,對于細砂、中砂、粗砂,兩種計算方法的結果雖不相同,但是變化趨勢是一樣的,而對于黏性土二者的變化卻并不一樣,主要是因為含水率對側摩阻力影響較大,而對土的重度和內摩擦角影響較小,所以對于黏性土兩種計算方法的差別會比較大,但是實際上含水率的不同對樁側摩阻力的影響應該是較大的。


       4結論

      通過分不同的入土深度、不同的樁徑、不同的土質這三種工況對API- RP2A計算方法和國內規范法計算對比分析可得出以下結論:

      (1)國外計算方法通過理論推導的方式計算得出樁側摩阻力,雖然是從最基本的計算推導誤差較小,但是其中和的取值也會造成一定的差別;而國內計算方法是根據經驗數據計算,取值有較大的浮動,主要以經驗為主。二者的計算結果雖然有差別,但是通過分不同工況計算可以看出對于入土深度較小以及樁徑也較小的情況二者計算的結果還是比較接近的,由此可見對于小樁徑、小樁長的情況,兩種理論計算的結果應該和實際比較接近。.

      (2)兩種計算方法各有可取之處,也各有存在不足的地方,相比較而言,積分法采用的理論推導.會比較接近實際情況,總體會略好一些。

      (3)文中是為了比較入土深度、拔樁、土質等因素對兩種計算方法的影響,所以假設的情況可能會與實際情況略有不同,所以在今后的研究中應該假設多層土的情況分析。

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