吉布提鐵路預(yù)應(yīng)力管樁動(dòng)測承載力研究

摘要：為研究基樁在動(dòng)荷載作用下的承載力特性，基于樁周土的動(dòng)三軸試驗(yàn)，研究了土的動(dòng)力參數(shù)與土層厚度之間的關(guān)系，在Bowles計(jì)算方法上，采用各土層不同的阻尼系數(shù)及彈性變形數(shù)值對該方法進(jìn)行修正。對位于泥質(zhì)粉砂巖持力層的12根試驗(yàn)樁進(jìn)行極限荷載試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算，結(jié)果表明：在埋深較淺的位置處，土的阻尼對于錘能量消耗要大于深部;相同土的阻尼比隨著樁的埋深增大而減小?；诟倪M(jìn)的計(jì)算方法表明，樁的豎向承載力與改進(jìn)計(jì)算結(jié)果非常吻合，豎向承載力的誤差均在20%以內(nèi)。證明本文改進(jìn)方法是有效的。

關(guān)鍵詞：動(dòng)測承載力;三軸試驗(yàn);阻尼比;高應(yīng)變測試

0" "引言

動(dòng)側(cè)管樁承載力是20世紀(jì)60年代提出的一種測量管樁承載力的方法[1]，其原理主要是通過波動(dòng)方程對樁側(cè)、樁端以及樁身缺陷進(jìn)行分析的一種手段。眾多學(xué)者對此進(jìn)行研究，Bowles[2-3]編寫了有限差分程序，該方法主要利用波動(dòng)方程對基樁重錘作用下的動(dòng)力性能進(jìn)行分析計(jì)算。Liang等[4]基于理論分析方法，對端阻力和側(cè)阻力進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)一步推導(dǎo)得到樁側(cè)和樁端阻尼系數(shù)。楊志琛[5]基于靜載試驗(yàn)，獲取了出高應(yīng)變法和靜載法的關(guān)系，并給出了各種條件下樁阻尼系數(shù)的取值范圍。熊凱峰等[6]進(jìn)行了12根管樁的高應(yīng)變動(dòng)力測試和參數(shù)取值研究，對于實(shí)際工程進(jìn)行指導(dǎo)。劉士偉[7]基于實(shí)際工程案例，討論了樁側(cè)土和樁底土最大彈性變形值兩個(gè)參數(shù)的取值問題，并給出了這兩個(gè)參數(shù)的合理取值方法。

本文利用現(xiàn)場原位試驗(yàn)和數(shù)值模擬的結(jié)果，對Bowles方法進(jìn)行改進(jìn)，假定樁測阻尼位非常數(shù)，阻力分布為彈塑性，并編寫了計(jì)算程序。對持力層為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的3根基樁畸形進(jìn)行原位測試，對測試結(jié)果與Bowles及數(shù)值模擬進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了本文修正方法的有效性。

1" "工程概況

本項(xiàng)目為吉布提鐵路Nagad至Doraleh段港口支線，即Doraleh地區(qū)新建Doraleh港到Nagad的鐵路路基的預(yù)應(yīng)力管樁法軟基處理。對所用預(yù)應(yīng)力管樁先進(jìn)行三軸試驗(yàn)。試驗(yàn)共布置12根高強(qiáng)度混凝土預(yù)應(yīng)力管樁，管樁的持力層均為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，其中樁間距為8m。Φ500mm和Φ400mm管樁分別為10根和2根。測微計(jì)安裝于7～11號(hào)樁，通過各級荷載下的樁身應(yīng)變和內(nèi)力求得樁端阻力、樁側(cè)阻力及樁身位移。

2" "樁周土動(dòng)三軸室內(nèi)試驗(yàn)及分析

2.1" "試驗(yàn)概況

試驗(yàn)采用美靜動(dòng)真三軸儀，選取其中粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、淤泥質(zhì)土和淤泥4種土類進(jìn)行動(dòng)強(qiáng)度、動(dòng)彈摸、阻尼比等測試。根據(jù)試驗(yàn)條件，本文采用單向振動(dòng)三軸方式進(jìn)行，試驗(yàn)工作量統(tǒng)計(jì)如表1所示。

2.2" "試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及分析

動(dòng)模量和阻尼比計(jì)算如下

E_d=△F/ △ε" （1）

λ_d =" A/ （4πA） （2）

式中，E_d為動(dòng)模量，△F為動(dòng)應(yīng)力增量，△ε動(dòng)應(yīng)變增量，A為滯回曲線的面積，A_s為過原點(diǎn)形成的三角形面積。

由此計(jì)算得到3組粉質(zhì)黏性土動(dòng)三軸試驗(yàn)下的滯回曲線、阻尼比以及不同圍壓下動(dòng)模量，限與篇幅本文僅給出了其中一組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見圖1和表2。

計(jì)算結(jié)果表明，在圍巖變化逐漸增大的過程中，阻尼比逐漸減小，第一組粉質(zhì)黏土的阻尼比有0.245減小至0.171。根據(jù)滯回曲線可知，每次的應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)的阻尼比變化很小。根據(jù)動(dòng)模量的計(jì)算結(jié)果可知，模量值隨圍壓的增大而增大。據(jù)以上分析得到結(jié)論如下：

埋深較淺的樁，土的阻尼消耗的錘擊能量較大，因此土層分布情況對錘擊樁的動(dòng)力響應(yīng)影響較大。隨著埋深增大，相同土的阻尼比隨之降低，因此土層較深時(shí)，樁側(cè)阻尼系數(shù)取值應(yīng)取小值。文中僅給出了粉質(zhì)粘性土的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及變化規(guī)律，根據(jù)其他類型圖的結(jié)果表明，其他土的各試驗(yàn)具體量值不同于粉質(zhì)黏土，但規(guī)律與前述粉質(zhì)黏土相同。

3" "試驗(yàn)樁數(shù)值分析和計(jì)算結(jié)果

基于FORTRAN語言編制了相應(yīng)的計(jì)算程序，計(jì)算樁側(cè)阻力極限值與每厘米的錘擊數(shù)的關(guān)系，進(jìn)一步得到錘擊管樁的貫入度與極限阻力關(guān)系。

采用本文編制的改進(jìn)方法與試驗(yàn)樁進(jìn)行對比分析。樁參數(shù)如下：單元數(shù)劃分10;樁側(cè)阻力為非線性分布;假定樁端土彈性變形量Qp為8 mm;樁尖阻尼系數(shù)Jp為0.17。表3為樁側(cè)最大彈性變形，表4為本文采用的樁側(cè)阻尼系數(shù)。極限阻力與錘擊數(shù)關(guān)系見圖2。根據(jù)圖2，得出各試驗(yàn)樁的豎向極限阻力見表5。

4" "數(shù)值計(jì)算與現(xiàn)場試驗(yàn)對比分析

表6匯總得到了改進(jìn)數(shù)值方法計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，本文改進(jìn)的模型與試驗(yàn)結(jié)果非常吻合。其中12根樁的豎向承載力誤差均在±20%以內(nèi)，滿足工程要求。結(jié)果證明，本文改進(jìn)方法是合理的;本文改進(jìn)方法與靜載試驗(yàn)偏差介于1.2～15.0;本文改進(jìn)方法計(jì)算結(jié)果與高應(yīng)變測試結(jié)果偏差介于3.4～13.8?？傮w結(jié)果表明，改進(jìn)方法比原有方法計(jì)算結(jié)果更為精確。

5" "結(jié)論

本文基于室內(nèi)試驗(yàn)對樁周圖進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)，并采用改進(jìn)的動(dòng)測法計(jì)算模型對12根基樁進(jìn)行承載力計(jì)算，得到如下結(jié)論：

在埋深較淺的位置處，土的阻尼對于錘能量消耗要大于深部，因此土層分布對于高應(yīng)變樁的土動(dòng)力學(xué)學(xué)響應(yīng)影響嚴(yán)重。隨著埋深增大，相同土的阻尼比隨著土層的增大而減小。在實(shí)際工程應(yīng)用中，如果樁測埋深下雨15m，則阻尼系數(shù)應(yīng)取規(guī)范給出的中間值與高值之間，如果大于15m，則取低值與中間值之間。

基于改進(jìn)的計(jì)算方法表明，樁的豎向承載力與改進(jìn)計(jì)算結(jié)果非常吻合，豎向承載力的誤差均在20%以內(nèi)。證明本文改進(jìn)方法是有效的。

參考文獻(xiàn)

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