專利名稱：橋梁超長大直徑樁基承載力測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種橋梁超長大直徑樁基承載力測試方法，屬于橋梁總體結(jié)構(gòu)建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對于橋梁樁的現(xiàn)場靜載試驗是國際上公認獲得單樁豎向抗壓、抗拔以及水平向承載力的最為可靠的方法。單樁豎向抗壓靜載試驗，就是采用接近于豎向抗壓樁實際工作條件的試驗方法。荷載作用于樁頂，樁頂產(chǎn)生位移(沉降)，可得到單根試樁Q-S曲線，還可獲得每級荷載下樁頂沉降隨時間的變化曲線，當樁身中埋設(shè)量測元件時，還可以直接測得樁側(cè)各土層的極限摩阻力和端承力。其主要存在的問題是堆載法必須解決幾百噸甚至上千噸的荷載堆放問題，用該法測試的單樁極限承載力最大大30000KN；錨樁法必須設(shè)置多根錨樁及反力大梁，所需費用昂貴、時間較長，還有一定的危險性，用該法測試的單樁極限承載力最大大34000KN。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種橋梁超長大直徑樁基承載力測試方法，克服了現(xiàn)有堆載法、錨樁法測試范圍有限或測試費用大、時間長等缺欠。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下模擬試驗法以經(jīng)典的莫爾-庫倫強度準則為理論基礎(chǔ)提出確定樁側(cè)摩阻力的中型剪切試驗，該試驗的設(shè)計過程中綜合考慮了地層環(huán)境、成樁工藝、實際地層壓力等各項因素的影響，分別采用每一層中點處的地層自重壓力產(chǎn)生的側(cè)向應(yīng)力、樁在極限載荷作用下產(chǎn)生的側(cè)向應(yīng)力以及插值求得的共五級壓力加荷，分別測定不同地層巖性在5級荷載作用下的剪應(yīng)力和水平位移，作出剪切應(yīng)力-剪位移曲線圖，然后再根據(jù)剪切應(yīng)力-法向應(yīng)力圖確定不同地層與樁身混凝土剪切摩擦之間的c、φ(C為土的屈服粘聚力，Φ為土的內(nèi)摩擦角)值大小。依據(jù)莫爾-庫侖準則τ＝σtanφ+c，求得不同地層與樁身之間的側(cè)摩阻力[τ]。確定樁端承載力以三軸壓縮試驗為模型模擬樁端地層的承載性能，將試樣制成直徑5cm高度10cm的標準圓柱體，以一定倍數(shù)折減的圍壓分別作用于多個試樣上，根據(jù)側(cè)向圍壓及試樣的三軸抗壓強度繪制摩爾應(yīng)力圓，求出摩爾強度包線，從而，依據(jù)實際樁端地層所受的側(cè)向應(yīng)力在此包線上求得其三軸抗壓強度，即可求出樁端極限承載力。在試驗設(shè)計、模型的制做等過程中充分考慮了形態(tài)效應(yīng)和尺寸效應(yīng)等相似問題。包括試驗與工程樁所處環(huán)境的相似性，確定樁側(cè)摩阻力的中型剪切試驗相似模擬以及確定樁端承載力的三軸試驗相似模擬等三個方面。例如考慮成樁過程中泥漿的影響，以及材料、幾何、應(yīng)力的相似關(guān)系等。
在確定樁極限承載力的研究中，以樁土間相互作用的法向應(yīng)力的三種取值方法為基礎(chǔ)，同時考慮了樁周巖土體屈服強度的影響，分別以自重引起的側(cè)向應(yīng)力、有限元數(shù)值計算產(chǎn)生的法向應(yīng)力、自重與有限元耦合產(chǎn)生的法向應(yīng)力計算出三種樁極限承載力，并經(jīng)過與現(xiàn)場實測的對比研究模擬試驗確定單樁極限承載力的準確性，為樁基承載力的確定提供了一種新的方法。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點模擬試驗法這一新方法的提出是樁基承載力研究領(lǐng)域的創(chuàng)新，該方法理論基礎(chǔ)扎實，試驗方法簡單易行，不需要大的加載設(shè)備，且加載噸位不受限制，通過現(xiàn)場鉆孔取樣，進行室內(nèi)試驗，全面模擬樁基的實際工程地質(zhì)特性，全面考慮了相似性問題，包括與實際工程環(huán)境的相似模擬，試驗式樣與樁及樁周地層的材料、幾何尺寸、受力狀態(tài)等方面的模擬，費用較低，經(jīng)濟合理，數(shù)據(jù)成果可靠。


圖1為本發(fā)明模擬試驗與樁實際受力相互轉(zhuǎn)化示意圖。
具體實施例方式
實施例1龍華大橋試樁項目以k43+745樁基礎(chǔ)試驗的實施例具體如下物理、力學性質(zhì)試驗一、容重的測定(一)土容重的測定土的容重是指土的單位體積的重量，本實驗采用環(huán)刀法。按下式計算容重

γ=wv]]>式中γ為容重(克/厘米3)；w為濕土重(克)；v為環(huán)刀容積(厘米3)。
計算精確至0.01克/厘米3。本試驗進行平行測定，取二者的平均值。實驗記錄數(shù)據(jù)及結(jié)果見表2-1-1表2-1-1第四系砂土容重試驗表

二、土的粒度分析試驗(一)砂土的粒度成分分析測定砂土的粒度成分采用篩分法，試驗用的篩直徑分別是2mm，0.5mm，0.25mm，0.1mm。由于土樣最大顆粒直徑小于10mm，取100～200g砂土樣進行篩分。稱量留在各篩盤上的土質(zhì)量，準確至0.1g。
通過本次篩分析試驗，對所取的擾動砂土樣進行了定名。

三、含水量的測定土的含水量ω(亦含水率)是在100～150℃下烘到恒重時所失去的水分質(zhì)量和達恒重后干土質(zhì)量的比值，以百分數(shù)表示。含水量按下式計算，精確到(0.1％)。
ω0＝(m0/md-1)*100
式中ω0---含水量(％)、m0---天然土質(zhì)量g)、md---干土質(zhì)量(g)本次共做了13組樣，分別是細砂，粘土和粗砂。試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果見表2-1-6由表2-1-4可見，粘土含水量較高，平均值為29.38％，粗砂含水量低于細砂。
表2-1-4砂土含水量試驗成果表

四、塑、液限的測定(一)液限試驗采用錐式液限儀測液限，采用重量為76克，錐角為30度的圓錐儀。取飽和的粘土樣各約60克，仔細攪勻后裝入試杯中，添滿后將圓錐儀輕輕放入后約15秒鐘，當錐體入土深度恰為10mm時的含水量即為液限。共作了2個樣。其試驗成果如表2-1-5所示。
表2-1-5粘土液限試驗結(jié)果表

并產(chǎn)生裂縫長為1cm的土條時土樣的含水量，即為塑限含水量，同樣采用烘干的方法進行測定。試驗結(jié)果如表2-1-6所示。
表2-1-6粘土塑限試驗結(jié)果表

五、壓縮固結(jié)試驗本項試驗的目的是確定第四系受壓時其壓應(yīng)力與壓縮變形量的曲線關(guān)系，從而與巖石的應(yīng)力～應(yīng)變曲線相似，用以確定其屈服特征值。
表2-1-7第四系粘土和砂土樣固結(jié)壓縮試驗成果表

巖石物理力學性質(zhì)試驗一、巖石容重的測定測定巖石的密度用的方法是將巖樣加工成圓柱狀，直徑在5.5～6.8厘米，高度在11.0～15.0厘米，算出巖樣的體積。用電子天平稱取其重量，以重量除以體積的巖石的密度。實驗共做了7組17塊樣，其實驗數(shù)據(jù)和實驗成果見表2-2-1表2-2-1巖石容重試驗成果表

二、巖石的單軸抗壓試驗及彈模泊松比的測定(一)單軸抗壓強度試驗無側(cè)限的試樣在軸向壓力作用下出現(xiàn)壓縮破壞時，單位面積上所承受的荷載稱為巖石的抗壓強度。以每秒0.5-1.0Mpa的速度加荷，直到試樣破壞。巖石單軸抗壓強度為R＝P/A式中R----巖石抗壓強度(Mpa)P----最大破壞荷載(KN)A----垂直于加荷方向的試樣面積(cm2)表2-2-2巖石單軸抗壓強度試驗數(shù)據(jù)成果表

(二)變形試驗巖石變形試驗，是測量無側(cè)限的試樣軸向和橫向變形，據(jù)此計算巖石彈模和泊松比。根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變曲線求出E和μ值.試驗各用兩個百分表測軸向和橫向變形，百分表的精度是0.01mm。
通過做出的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以求出彈性模量E和泊松比μ值以及屈服強度值如下表
表2-2-3巖石變形試驗參數(shù)一覽表

2599t/m-，μ為0.345；樁端中風化泥巖彈性模量為1462t/m-，μ是0.33。平均屈服強度σy在41.0-60.0t/m2之間。
三、巖石三軸壓縮強度試驗參見圖1，試樣在側(cè)向恒壓，并在軸向連續(xù)加載下導致破壞，稱為側(cè)向等壓的三軸壓縮試驗。試樣均是直徑5cm、高度10cm的標準圓柱體，試驗時當側(cè)壓力達到指定值后，使之保持穩(wěn)定，然后繼續(xù)施加軸向荷載直到試樣破壞。
本次試驗以泥巖在樁端處巖土體自重產(chǎn)生的側(cè)向壓力下，作三軸試驗。以側(cè)向應(yīng)力為三軸試驗的圍壓值，進行試驗。試驗成果如表2-2-4所示。依據(jù)三軸抗壓強度值提供樁端承載力。
表2-2-4巖石三軸壓縮試驗成果表

注巖樣尺寸為5cm×10cm圓柱狀樣樁端承載力為246.0×3.14＝772.0t
中型剪切摩擦試驗及承載力取值分析通過室內(nèi)剪切摩擦試驗，模擬樁與地層之間的相互作用，從而得出樁與地層之間的摩阻力。通過對試樁位置地層巖性的分析，模擬樁的實際工程地質(zhì)環(huán)境，得出樁身混凝土與地層的實際摩阻力。為求得地層與樁身之間摩阻力大小，試驗過程中考慮樁的地層巖性，通過鉆孔獲得實際的地層巖土試樣、模擬成孔工藝對樁承載力的影響(即成樁過程中泥漿護壁對樁承載力的影響)、混凝土試塊采用工程實際配比來確定。
根據(jù)室內(nèi)中型剪切摩擦試驗及有限元數(shù)值模擬進行樁承載力取值分析。取值的原則主要基于摩爾-庫侖強度準則τ＝σtanφ+c，c，φ作為各土層特定的屬性參數(shù)，其值為常量，由試驗確定。因而決定樁與地層之間側(cè)摩阻力大小的參量為σ，不同的法向應(yīng)力σ值的大小確定不同的[τ]，從而確定樁與不同地層之間的摩阻力值[τ]大小。在進行樁承載力分析取值過程中，主要考慮了以下幾種情況不計承臺以上3m土層時樁承載力值分析(為便于與現(xiàn)場載荷試驗孔進行對比)；不計沖刷線以上14m土層時樁承載力值分析.本次承載力取值研究以K43+745號樁為例，計算不同條件下的樁承載力值。
K43+745樁承載力值表(不計承臺以上時3m)

K43+745號樁承載力值表(不計沖刷線以上14m)

權(quán)利要求
1.一種橋梁超長大直徑樁基承載力測試方法，模擬試驗法以經(jīng)典的莫爾-庫倫強度準則為理論基礎(chǔ)提出確定樁側(cè)摩阻力的中型剪切試驗，該試驗的設(shè)計過程中綜合考慮了地層環(huán)境、成樁工藝、實際地層壓力等各項因素的影響，分別采用每一層中點處的地層自重壓力產(chǎn)生的側(cè)向應(yīng)力、樁在極限載荷作用下產(chǎn)生的側(cè)向應(yīng)力以及插值求得的共五級壓力加荷，分別測定不同地層巖性在5級荷載作用下的剪應(yīng)力和水平位移，作出剪切應(yīng)力-剪位移曲線圖，然后再根據(jù)剪切應(yīng)力-法向應(yīng)力圖確定不同地層與樁身混凝土剪切摩擦之間的c、φ值大??；依據(jù)莫爾-庫侖準則τ＝σtanφ+c，求得不同地層與樁身之間的側(cè)摩阻力[τ]，確定樁端承載力以三軸壓縮試驗為模型模擬樁端地層的承載性能，將試樣制成直徑5cm高度10cm的標準圓柱體，以一定倍數(shù)折減的圍壓分別作用于多個試樣上，根據(jù)側(cè)向圍壓及試樣的三軸抗壓強度繪制摩爾應(yīng)力圓，求出摩爾強度包線，從而，依據(jù)實際樁端地層所受的側(cè)向應(yīng)力在此包線上求得其三軸抗壓強度，即可求出樁端極限承載力。
全文摘要
本發(fā)明公開一種橋梁超長大直徑樁基承載力測試方法，以莫爾－庫倫強度準則為理論確定樁側(cè)摩阻力的中型剪切試驗，以樁土間相互作用的法向應(yīng)力的三種取值方法為基礎(chǔ)，同時考慮了樁周巖土體屈服強度的影響，分別以自重引起的側(cè)向應(yīng)力、有限元數(shù)值計算產(chǎn)生的法向應(yīng)力、自重與有限元耦合產(chǎn)生的法向應(yīng)力計算出三種樁極限承載力。本發(fā)明試驗方法簡單易行，不需要大的加載設(shè)備，且加載噸位不受限制，通過現(xiàn)場鉆孔取樣，進行室內(nèi)試驗，全面模擬樁基的實際工程地質(zhì)特性，全面考慮了相似性問題，包括與實際工程環(huán)境的相似模擬，試驗式樣與樁及樁周地層的材料、幾何尺寸、受力狀態(tài)等方面的模擬，費用較低，經(jīng)濟合理，數(shù)據(jù)成果可靠。
文檔編號E02D33/00GK101059408SQ200710055630
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者孫福申, 佴磊, 李艦航, 冷曦晨, 陳波, 王心毅, 辛建營 申請人:吉林省交通科學研究所