论文范文静压管桩单桩承载力及其与压桩力关系研究.docx

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论文范文静压管桩单桩承载力及其与压桩力关系研究

论文范文：

静压管桩单桩承载力及其与压桩力关系研究

第1章绪论

1.1概述

桩基是建筑基础的一种，属于深基础，它的作用是使上部结构的荷载能够通过它直接传递到较深处的坚硬、压缩性不大的土层或岩层，而不传递到上层的较为软弱的地层。

桩基础是一种非常古老的基础形式，它的应用可以追溯到一万两千年到一万四千年前。

那时，还没有水泥，聪明的人类就选择天然材料作为桩体，例如石桩和木头桩。

后来随着科技和工业的发展出现了水泥，并且钢筋混凝土得以应用，并在建筑行业开始流行，随之就出现了钢筋混凝土桩。

20时间前期，尤其是二战之后，桩基础的技术和理论成果有了迅猛的发展，而桩基础的研究和应用也就越来越广，出现了各种各样的桩型，包括各种管桩。

比如：

预应力混凝土管桩、钢管桩等等。

随着科学技术的发展和桩基的广泛应用，人们对桩基础的设计、施工、承载机理以及桩与上部结构之间的关系有了比较系统、深入和客观工程实践经验与理论研究。

时至今日，桩基已经是基础工程的一个重要分支。

预应力混凝土管桩是在工厂制作然后运往施工现场进行施工的。

在生产工厂，利用预应力的先张法工艺与离心成型工艺生产预应力管桩，预应力管桩成型以后还要进行蒸压养护，最后形成预应力管桩成品，见图1-1至图1-4。

运抵施工现场后，可以通过静压的方法沉入地下，也可以通过锤击的方法沉桩，最后形成建筑物的深基础。

因为管桩在工厂制作，所以可以批量生产，规格尺寸准确误差小、成桩质量控制性强、节能、低碳环保、浪费少、充分利用资源。

如果现场采用静压法施工，可使施工现场整洁规范、施工文明、无噪声、无污染、施工所需劳动量少、机械化程度高、施工速度快、从而减低成本。

并且，预应力管桩具有强度高、单桩承载力高、耐久性可靠性都较高。

再加之现在城市生活对环境的要求，“静压”的工艺越来越受欢迎，因此，工程中对预应力混凝土静压管桩的应用越来越多。

1.2预应力管桩特点

预应力混凝土管桩具有鲜明的特点和优势，但与传统桩相比也有其不足，具体表现如下：

预应力混凝土管桩的优势表现为：

1.承载力高。

预应力管桩一般可以采用强度等级很高的混凝土，甚至超过C80。

并且可以打入到很深的深度，当沉桩时桩尖挤压土层（包括砂层和风化岩层），受扰动的土层被挤密而改变了初始状态，桩端承载力无形得到了提高，所以，最终的单桩极限承载力会比较大。

2.设计所受拘束少，桩型广泛。

大多数预应力管桩厂家能够生产直径300毫米到600毫米的管桩，并且可以提供单桩承载力600KN到7000多KN的选择。

这些管桩在多层与高层的建筑中都能得以很好的应用。

在相同的地质条件下，可以通过上部传来的荷载大小的不同而采用不同桩径的桩，从而充分发挥桩的承载能力，又得了到安全可靠的基础。

3.造价低廉。

如果以混凝土的体积或单位桩长作对比，预应力管桩造价也许不占优势，但这样计算并不科学，因为管桩承载力较高，所以，应使用单位承载力的造价进行对比，这样，如果二者在同一地质条件下，管桩的单位承载力造价低于传统桩，所以，预应力管桩的实际造价是比较低廉的。

4.适应性强，因为预应力管桩的桩径和桩长均可以进行选择，所以，实际工程中可以根据地质勘查报告合理的选择桩径与桩长，这样，就可以充分利用设计所需用的各个桩，达到不浪费，节省时间等目的。

5.施工简单。

因为桩身有预应力，起吊时用吊钩吊住桩体两端即可，操作简便，实施容易。

6.不受机器条件影响，操作灵活。

因为管桩的长度范围很大，一般可从5、6米到50多米，所以施工中可以根据实际需要进行搭配与组合，选用可行、方便、灵活的施工方案。

不需受到施工机器与地质条件的限制。

7.施工速度快。

施工中对现场要求较低，施工前所需准备工作少，施工机械化程度高，所需劳动量少，所以，施工速度快，所用工期短。

第2章预应力混凝土静压管桩压桩机理分析和压桩力研究

2.1预应力静压管桩压桩机理分析

静压管桩，顾名思义桩是被外力压入地基土内的，主要施工机具是压桩机，施工时，依靠压桩机的自重和配重作为反力。

其反力通过电动油泵的液压等方式作用在桩顶或者桩身上，用压桩机的压桩力去克服桩入土所受到的阻力，当二者大小相等而达到动态平衡后，桩在自身重力作用下将会渐渐的被压入土中。

静压桩再被压桩机压入土体的过程当中不可避免的会对周边土体产生扰动，受扰动的土体会产生复杂的运动。

原状土的初始应力状态因为这个过程中的“挤土”而受到了一定的破坏，存在于桩端下部的土体将会受到压缩而产生变形，所以，在桩尖压缩土体的同时土体也将力作用于桩尖，从而对桩尖产生阻力。

随着压桩力的逐渐增大，桩尖土体所受到的作用力也会越来越大，最后，会超过它的抗剪强度，这时，土体会发生很大变形而达到极限状态最终破坏。

随着桩尖继续压缩土体，使其产生塑性变形而流动，被压实和发生侧向位移，以及桩端土体的下沉，压密等一系列过程出现和发展，桩得以持续下沉，其结果就是桩尖刺破本层土体，进入到下一层土体中。

之后桩周的土体会被继续压缩和挤开而重复这一过程。

在地下更深处的土体，由于存在较厚的上覆土层，在其压力的作用下土体主要被挤向桩周水平向。

这时，靠近桩周的土体的结构也会遭到破坏，从而会形成压密区。

因为桩被压入时的向四周的辐射向压力很大，所以，临近桩周的土体也会受到很大扰动，而受扰动后会形成扰动区。

此时，周身四周会受到桩周土体的应力所产生的桩侧摩阻力的抵抗，桩端将受到桩端阻力的抵抗。

而当桩的自重和压桩机给桩施加的静压力之和大于桩下沉时的桩侧摩阻力和桩端阻力之和时，桩就会继续下沉，如图2-1。

2.2桩侧摩阻力分析

在沉桩过程中，随着桩身入土深度的增加，桩侧摩阻力和桩端阻力的数值比例会不断发生变化。

土体的抗剪模量和压桩工艺都将影响压桩过程桩侧摩阻力的变化与分配。

土体的抗剪能力越强，其产生的桩侧摩阻力就会越高，所以，抗剪模量高的土桩侧摩阻力就会高。

试验研究表明，压桩过程中桩侧摩阻力可划分为无侧阻区1L、滑移区2L、挤密区3L，而压桩工艺将影响这些区域的分配，如图2-2。

无侧阻区：

施工过程中，作用在桩顶的油压泵不可避免的会产生一定的震动，继而导致桩入土时会有一定晃动，其后果是浅层土体与桩身接触不紧密而有部分空隙；同时，浅层的土体由于剪切破坏会产生辐射状的开裂变形，也会导致桩侧摩阻力的大大降低，所以经试验与分析1L范围内桩侧摩阻力可取为0.

滑移区：

滑移区位于桩身的中段，这部分桩段对应的土层在压桩中受扰动后因为上覆土压力的存在只能水平向移动，所以，桩身与接触面的土体产生滑动摩阻力，但接触面的土体还没有恢复固结，抗剪强度还没达到应有水平，故这一区段内的桩侧摩阻力实际值小于试验值，即桩侧摩阻力实际值小于原状土能达到的桩侧摩阻力。

挤密区：

挤密区是桩身的下部分与土体的作用区域。

这部分土体在压桩过程中将经历由原状土到剪切破坏，再由剪切破坏的土体到重新固结的过程，桩端的土体在压力作用下会被挤密而有效应力得以增加，所以其抗剪强度将比原状土的抗剪强度略大，即实际桩侧摩阻力稍大于原状土所能达到的桩侧摩阻力。

第3章预应力静压管桩承载特性研究.................18

3.1竖向荷载作用下单桩承载机理分析...................18

3.1.1承载机理分析..................18

3.1.2单桩竖向承载力的影响因素分析..................19

第4章终压力与单桩极限承载力关系分析......................33

4.1工程概况...............33

4.2工程地质条件与水文地质条件.....................33

第5章单桩极限承载力实际值与计算值工程实例分析..............50

5.1静压管桩施工......................50

第5章单桩极限承载力实际值与计算值工程实例分析

本章和第四章采用同一工程实例。

5.1静压管桩施工

5.1.1压桩前准备

测量放线确定桩的位置：

测量人员根据甲方提供的邯郸市东方新城二期总平面布置图测量定位进行建筑物主要轴线的，经甲方监理检查无误后，再根据桩位平面图，线和桩位测放采用极差坐标法进行轴使用全站仪、钢卷尺，。

标高点根据甲方提供东方新城一期小区北住户墙上高程点51.9403m，引出本工程的±0.000绝对高程52.65m。

测放完成后，先自行检，根据《工程测量规范》（9350026?

）的有关规定：

轴线允许差?

10mm，差群桩桩位的放样容许偏20mm，单排桩10mm。

考虑到施工现场施工造成的场地表层土变形，每天测放桩位的数量以能满足两日压桩数为宜。

管桩的现场堆放和验收：

堆放管桩的场地要求必须平坦、坚持，堆放层数不宜多于两层。

运至现场的成品桩的质量在施工前应进行检查，每批次成品证桩必须有出厂检验合格，其质量应符合表5-1的规定：

结论与展望

结论

随着科技的进步和建筑水平的发展，再加之人们对建筑越来越高的要求，使得预应力混凝土静压管桩发展非常迅速，并且应用前景十分广阔，本文结合邯郸地区工程实际，可得出如下结论。

1.预应力混凝土静压管桩压桩力。

施工过程中压桩力是实时变化的，其值的大小与进入土层厚度、桩端土层性质有关，但其并非随着管桩进入土层深度而持续增长。

在桩穿过硬土层时，压桩力持续增长，但当硬土层被穿透而进入到下一层的较软土层后，所需的压桩力又会明显减小，所以，在设计中应该合理的选择持力层。

2.压桩力终压值与单桩极限承载力关系。

本工程中的桩穿越粉土层、粉质黏土层和部分砂土夹层，大部分端持力层位于粉质黏层，从1#楼来看，单桩极限承载力为压桩力终压值的1.52-1.71倍，通过2#楼可知，单桩极限承载力为终压值的1.24-1.53倍，即：

对于有效桩长30-35米左右的混凝土管桩，当管桩穿越若干粉土层和粉质黏土层而桩端持力层在粉质黏土层时，如果桩端进入持力层较浅，其值小于5倍桩径时，单桩极限承载力大概为终压力的1.52-1.71倍。

当桩端进入持力层较深，其深度大于5倍桩径时，单桩极限承载力为终压力的1.24-1.53倍。

3.通过两栋楼未穿透沙土和粉土的几十根桩来看，当桩端位于粉土和砂土层时，静压桩力会很高，明显的大于单桩极限承载力，其值大约为单桩极限承载力计算值的1.5-1.8倍，并且，桩端位于持力层越深，其静压桩力将会越大。

4.如果桩端穿过较厚沙土或粉土层，压桩力可能急剧上升，此时的桩侧摩阻力和桩端阻力都比较大，有可能沉桩十分困难，强行压桩可能导致管桩自身破坏，此时，应该考虑停止压桩，而以压桩力为沉桩控制标准。

参考文献（略）