北京某工程大吨位基桩双荷载箱自平衡测试与有限元分析
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摘要
超长桩以及超大吨位桩越来越广泛的应用于实际工程当中,传统的试桩方法在试验时会遇到很多问题,甚至由于现场测试条件的限制而无法进行试验,难以适应桩基不断发展的要求。自平衡试桩法在大吨位试桩方面具有独特的优势,它克服了传统试桩法的一些缺点,具有技术先进、省时、省力、测试自动化、安全可靠、不受场地条件限制等优点。本文的主要内容及工作如下:
1、本文对基桩自平衡测试中的若干技术问题做了探讨,包括上下段桩自平衡点确定方法、荷载箱埋设技术、等效转换方法以及工程桩试桩的后处理的问题。
2、本文结合北京某实际工程,其大吨位基桩的单桩设计极限抗压承载力为40000kN,极限抗拔承载力为16000kN。传统的试桩方法难以满足场地条件以及基桩大吨位的要求,为了在一根基桩测试中同时测得基桩的抗拔与抗压极限承载力,采用双荷载箱自平衡测试法来对基桩进行试验,详细介绍了试验的一系列工作及试验结果。
3、本文采用Plaxis 3D Foundation有限元程序对实际工程进行了数值模拟,并与实际工程进行了对比分析;同时,研究了扩底桩对桩的极限承载力的影响,研究表明,扩底桩可以很大程度上提高桩的竖向极限承载力。
4、本文采用简单转换法与精确转换法对自平衡测试结果进行了转换,并与数值计算进行了对比分析,分析表明,简单转换法可以应用于实际工程中。
5、本文所述数值模拟方法及在整个分析过程中分析总结的一些有益的结论,对本工程及类似工程可以起到了一定的借鉴作用。
With the developmet of economy internal and international, the super-long piles and super-tonnage piles are uesd more and more.The conventional test methods face great challenges in the tests.And sometimes they can not be carried out in the loading tests because of some limited condition.So the conventional loading tests can not keep the pace of the development of the foundation.The self-balanced method which can overcome disadvantage of the conventional loading test methods has some unique advantage such as advanced technique,saving time and expense, automatic test ,safety and credibility,lower site requirement. The main jobs and conclusions include:
1. Some key technical problems including the determination of the balanced point position,embedmet of the load cell,conversion method,using for the pile foundations are researched to a certain extent in this paper.
2. The design ultimate compressive bearing capacity was 40000kN,and the design ultimate uplift bearing capacity was 16000kN in the pile engineering in Beijing. The conventional loading test methods can’t satisfy the requierment of the condtion and super-tonnage.So the double-load cell self-balanced method was uesd to test the compressive bearing capacity and the ultimate uplift bearing capacity.
3. The practical project is numerically simulated by Plaxis 3D Foundation program to compare with the test and discuss the influence about the extending bottom pile.The research about the differnce between the extending bottom pile and the normal pile demonstrats t the xtending bottom pile can increase the ultimate bearing capacity to a great extent.
4. Simplified calculation method and precise conversion method was used to convert the results of the test. Comparative Analyses between the two methods and the numerical computation demonstrats that the simplified calculation method can give higher precision,and this method can be used in the actual project.
5. The numerical simulation method and some useful conclusions described in this paper can play a certain reference in this project.
1、本文对基桩自平衡测试中的若干技术问题做了探讨,包括上下段桩自平衡点确定方法、荷载箱埋设技术、等效转换方法以及工程桩试桩的后处理的问题。
2、本文结合北京某实际工程,其大吨位基桩的单桩设计极限抗压承载力为40000kN,极限抗拔承载力为16000kN。传统的试桩方法难以满足场地条件以及基桩大吨位的要求,为了在一根基桩测试中同时测得基桩的抗拔与抗压极限承载力,采用双荷载箱自平衡测试法来对基桩进行试验,详细介绍了试验的一系列工作及试验结果。
3、本文采用Plaxis 3D Foundation有限元程序对实际工程进行了数值模拟,并与实际工程进行了对比分析;同时,研究了扩底桩对桩的极限承载力的影响,研究表明,扩底桩可以很大程度上提高桩的竖向极限承载力。
4、本文采用简单转换法与精确转换法对自平衡测试结果进行了转换,并与数值计算进行了对比分析,分析表明,简单转换法可以应用于实际工程中。
5、本文所述数值模拟方法及在整个分析过程中分析总结的一些有益的结论,对本工程及类似工程可以起到了一定的借鉴作用。
With the developmet of economy internal and international, the super-long piles and super-tonnage piles are uesd more and more.The conventional test methods face great challenges in the tests.And sometimes they can not be carried out in the loading tests because of some limited condition.So the conventional loading tests can not keep the pace of the development of the foundation.The self-balanced method which can overcome disadvantage of the conventional loading test methods has some unique advantage such as advanced technique,saving time and expense, automatic test ,safety and credibility,lower site requirement. The main jobs and conclusions include:
1. Some key technical problems including the determination of the balanced point position,embedmet of the load cell,conversion method,using for the pile foundations are researched to a certain extent in this paper.
2. The design ultimate compressive bearing capacity was 40000kN,and the design ultimate uplift bearing capacity was 16000kN in the pile engineering in Beijing. The conventional loading test methods can’t satisfy the requierment of the condtion and super-tonnage.So the double-load cell self-balanced method was uesd to test the compressive bearing capacity and the ultimate uplift bearing capacity.
3. The practical project is numerically simulated by Plaxis 3D Foundation program to compare with the test and discuss the influence about the extending bottom pile.The research about the differnce between the extending bottom pile and the normal pile demonstrats t the xtending bottom pile can increase the ultimate bearing capacity to a great extent.
4. Simplified calculation method and precise conversion method was used to convert the results of the test. Comparative Analyses between the two methods and the numerical computation demonstrats that the simplified calculation method can give higher precision,and this method can be used in the actual project.
5. The numerical simulation method and some useful conclusions described in this paper can play a certain reference in this project.
引文
[1]张威主编,基础工程,合肥:合肥工业大学出版社,2007, 103~106
[2]顾晓鲁,钱鸿缙等,地基与基础(第三版),北京:中国建筑工业出版社,2003,1~3
[3]《桩基工程手册》编写委员会,桩基工程手册,北京:中国建筑工业出版社,1995
[4]中华人民共和国建设部,JGJ041-94,建筑桩基技术规范,北京:中国建筑工业出版社,1995
[5]罗骐先,桩基工程检测手册,北京:人民交通出版社,2003
[6]胡志鸿,桩基检测分类及选择的探讨,工业技术,2009,12
[7]中华人民共和国建设部,JGJ106-2003,建筑基桩检测技术规范,北京:中国建筑工业出版社,2003
[8]Fumil Kuwabara,Osamu Motomura,Shinichi Yamato.Long-term Settlement Characteristics of a Friction Pile.Soils and Foundmions,1993,V01.33,No.4:26—35
[9]魏道垛,岩土工程应用技术新进展,上海:同济大学出版社,2002
[10]姜鲢玉,席俊,低应变法现场检测基桩完整性的问题与对策,山西建筑,2008,7(19):34
[11]李炎,低应变反射波法动力检测桩的完整性,山西建筑,2008,6(16):95
[12]刘屠梅,赵竹占等,基桩检测技术与实例,北京:中国建筑工业出版社,2006,104~106
[13]李洪泽,海河开启桥基桩自平衡测试与有限元分析,[硕士学位论文],天津:天津大学,2008
[14]《地基处理手册》编写委员会,地基处理手册,北京:中国建筑工业出版社,1995
[15] NakayaIIla J,Fujiseki Y.A pile 10ad testing method.Japallese Patent No.1973~27007(in Japannese)
[16]Toyokazu Fhjioka and Kiyoomi Yamada.The development of a new pile load testing system
[17] Jori Osterberg.New device for load testing driven piles and drilled shaft separates friction and end bearing.Piling and Deep Foundations.1989,42 1～427
[18]史佩栋,黄勤.桩的静载荷试验新技术.桩基工程技术,中国建筑工业出版社.1996,400~409
[19]史佩栋,陆怡.0 sterberg静载荷试桩法10年的发展,工业建筑,1999,V01.29,No.13:17~18
[20]李广信,黄锋,帅志杰.不同加载方式下桩的摩阻力的试验研究,工业建筑,1999,V01.29,No.12:19~2l
[21]黄锋,刘颖钢,李广信,吕来.桩承载力确定方法的探讨,清华大学学报,1998,V01.38,No.6:97~101
[22]杜广印,黄锋,李广信,抗压桩与抗拔桩侧阻的研究,工程地质学报,2000,V01.8,No.1:91~93
[23]龚维明,蒋永生,翟晋,桩承载力自平衡测试法,岩土工程学报,2000,V01.22,No.5:532～536
[24]戴国亮,吉林,龚维明等.自平衡试桩法在桥梁大吨位桩基中的应用与研究,公路交通科技,2002,V01.19,No.2:63～66
[25]龚维明,翟晋,薛国弧,桩承载力自平衡测试法的理论研究,工业建筑,2002,V01.32, No.1:37～40
[26]江苏省技术监督局,江苏省建设文员会,DB32/T 291-99,桩承载力自平衡测试技术规程,1999
[27]中华人民共和国交通部,JT/T 738—2009,基桩静载试验自平衡法,2009
[28]龚维明,蒋永生,桩承载力自平衡测试法,岩土工程学报,200,22(5):532-536
[29]龚维明,戴国亮,桩承载力自平衡测试技术及工程应用,中国建筑工业出版社,2006,63～66
[30]肖凯,基桩自平衡测试法的理论及工程应用研究,[硕士学位论文],湖北:湖北工业大学,2008
[31] K.W.Biggar,D.C.Sego.Field Pile L0ad TeStS in Saline Permafrost.II.Analysis of Results. Can.Geotech.J,1 993,No.30,46---59
[32]翟晋,自平衡测桩法的应用研究,[硕士学位论文],南京:东南大学,2000
[33]戴国亮,桩承载力自平衡测试法的理论与实践,[博士学位论文],南京:东南大学,2003
[34] Bengt H.Fellenius,Richard Kulesza,jack Hayes.O-Cell Testing and FE Analysis of 28-m-deep Barrene in Manila,Philippines.Joumai of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,V01.125,No.7,July,1 999,ASCE,566-575
[35]Osterberg J.New Device for load testing Driven Piles and Drilled Shaft Separates Fricition and End Bearing. In:Balkerma Rotterdam AA Edition.Piling and Deep Foundation. Netherlands ; 1989,421-427
[36]魏巍,嵌岩灌注桩自平衡试验与分析,[硕士学位论文],湖南:中南大学,2008
[37]程宝辉,基桩竖向承载力的自平衡试桩法理论研究,[硕士学位论文],武汉:武汉理工大学,2003
[38]杨忠,佴磊,自平衡测桩技术中“平衡点”位置确定,水文地质工程地质,2006,No.3:117
[39]杨忠,佴磊,Osterberg法中荷载箱位置对测桩的影响分析,岩土工程技术,2006,4,V01.20,No.2
[40]鲁良辉,桩承载力自平衡测试转换方法研究,[硕士学位论文],南京:东南大学,2004
[41]贾璐,廖小建,桩身反力自平衡静载试验技术平衡点选择计算,中国市政工程,2007,No.1(Serial No.125)
[42]杨有莲,朱俊高,自平衡法试桩转换系数数值试验,水利水电科技进展,2008,V01.28,No.1
[43]马远刚,陈开利,杨春和,自平衡试验等效转换的附加压缩量修正,交通科学,2009,Serial No.236
[44]熊巨华,蒋益平,杨敏,自平衡试桩结果的解析转换法,同济大学学报,2007,Vol.35 No.2
[45]蒋益平,杨敏,熊巨华,自平衡试桩荷载-沉降曲线的解析算法,岩石力学与工程学报,2006,Vol.25 Supp.1
[46]程宝辉,基桩自平衡测试结果的数据转换,国外建材科技,2004,第25卷,第2期
[47]2000Edition Standard specification for roads and bridges Louisiana
[48]齐静静,徐日庆,龚维明,湿陷性黄土地区自平衡测试结果转换方法研究,浙江大学学报,2006,Vol.40,No.12
[49]曹汉志,桩的轴向荷载传递及荷载一沉降曲线的数值计算方法,岩土土程学报,1986,8(6);39-49
[50]阳吉宝,超长桩的荷载传递机理,岩土土程学报,1998,20(6):108～l 12
[51] Ulrich Vollenweder.Prufung nach dem pfahfusspresserfahren.Zurich:Journey of ETH, 1997:18—22
[52]朱伯芳,有限单元法原理与应用(第二版),北京:中国水利水电出版社,2000
[53]钱家欢,殷宗泽.土工数值分析.北京:中国铁道出版社,1991,214～218
[54] Ctough G W'DllnCan J M.Finite Element Analyses ofRetaining Wall Behavior.ASCE,1971,97(12):165—167
[55]栾长青,上海轨道交通9号线宜山路站基坑降水开挖工程性状及室内模型试验研究,[博士学位论文],上海:同济大学,2009
[56]元翔,世博轴深大基坑开挖施工技术研究,[硕士学位论文],上海:同济大学,2008
[57]Plaxis 3D Foundation Material Models Manual
[58] Plaxis 3D Foundation Tutorial Manual
[59]龚晓南,土塑性力学,杭州:浙江大学出版社,1990
[60]黄文熙主编,土的工程性质,北京:水利电力出版社,1983
[61]毕继红,王晖,工程弹塑性力学,天津大学出版社, 2005
[62]李忠献,工程结构试验理论与技术,天津大学出版社,2003
[63]沈珠江,朱百里,计算土力学,上海:上海科学技术出版社,1990
[2]顾晓鲁,钱鸿缙等,地基与基础(第三版),北京:中国建筑工业出版社,2003,1~3
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[59]龚晓南,土塑性力学,杭州:浙江大学出版社,1990
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