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随着经济的发展,高层建筑、重型厂房、港口建设的增多,桩基础的应用越来越广泛。预应力高强混凝土(PHC)管桩由于其质量可靠、施工速度快、单位承载力造价低,应用也在快速普及。东营地区地表主要为第四纪黄河三角洲冲积平原,浅层地基土承载力差,一般工业与民用建筑地基均需作加固处理或采用桩基础,PHC桩得到了大量应用。
如此大的用桩量,如何保证质量,一直备受勘察、设计、施工、监理各方以及建设行政主管部门的关注。相对于地上结构,桩基工程除受岩土工程条件、桩-土体系相互作用、基础与结构设计、施工等因素的影响而具有复杂性外,其施工还具有高度的隐蔽性,从而使得桩基工程的质量检测往往比上部建筑结构更为复杂,更容易存在隐患。因此桩基础的检测显得更为重要。桩基检测包括完整性检测和承载力检测,承载力检测分为静载荷试验和高应变法试验,本文主要研究高应变法试验检测桩基承载力。
高应变法试验检测桩基承载力分为波动曲线采集和数据后处理两部分。波动曲线采集为现场试验部分,采集桩顶在冲击荷载作用下的力时程曲线和速度时程曲线。激发程度良好、充分反映桩-土作用信息的波动曲线是后处理确定桩承载力的基础,现场试验要确保严格按照国家规范进行。数据后处理部分,本文采用CASE综合分析法和波动方程拟合法,根据实测力时程曲线和速度时程曲线计算桩极限承载力。
CASE法计算部分首先对桩-土作用模型进行简化,使桩周围土体动阻力和静阻力解耦,推导出CASE法计算承载力标准公式,然后分别考虑土体位移滞后效应和土阻力造成的桩中上部侧阻力卸载效应,对桩承载力作出修正,并用FORTRAN语言编写IMPROVED_CASE_METHOD程序,计算桩承载力标准值和修正值。计算过程中,笔者首次提出了根据极限承载力时程曲线优化时段内波动率标准差确定CASE阻尼系数的方法,并用之计算试验桩的极限承载力,与静载试验吻合良好。最后,根据试验桩的计算结果研究桩极限承载力和桩顶运动速度、位移间的关系。
波动方程拟合法部分首先划分特征线网格,差分求解桩在土阻力和桩身内阻作用下的波动方程,推导出递推公式,然后由速度曲线计算力曲线,不断调整各项桩-土参数和假定的极限承载力值,使实测力曲线和计算力曲线的拟合质量达到最佳,此时假定的极限承载力即为桩实际极限承载力。然后根据桩周土层的侧阻力系数,检验计算的桩侧阻力分布是否合理。最后研究了部分桩-土模型参数的调整对拟合曲线的影响,为以后相似地质条件的工程积累了经验。