一种基于下拉载荷试验计算摩阻力和中性点的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于下拉荷载试验计算负摩阻力和中性点的方法，根据现场测试多根试桩的下拉荷载数值，建立并求解多元方程组，计算中性点深度和负摩阻力，以推求工程项目不同地层、不同桩基参数工况下的下拉荷载数值。解决下拉荷载试验仅能获得单桩所有土层平均负摩阻力的问题，求解不同土层负摩阻力系数及中性点位置，采用该方法能够基于现场试验结果科学设计桩基负摩阻力，验算桩基承载力是否满足工程安全要求。程安全要求。程安全要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于下拉载荷试验计算摩阻力和中性点的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于下拉载荷试验计算摩阻力的中性点的方法，属于桩基测试


技术介绍

[0002]上部结构荷载通过桩基础传递给地基，竖向荷载由桩侧土产生的摩阻力和桩端土抗力承担，一旦桩周土由于自重固结、湿陷、地面荷载作用等原因而产生大于基桩的沉降，将引起对桩表面的向下摩阻力，即负摩阻力；正、负摩擦力的交界点，即桩-土之间无相对位移的截面位置被定义为中性点；下拉荷载为作用于单桩中性点以上的负摩阻力之和，可见，计算下拉荷载需首先确定土层负摩阻力和中性点位置。
[0003]下拉荷载试验是测试桩基负摩阻力的有效方式，试验原理是将水平横梁两端架设于反力桩上，试桩悬吊于反力梁中间，通过安装测力装置测得试桩承担的下拉荷载大小。现场试验对于确定单桩下拉荷载最为直接，但是，同一工程涉及不同地层组合、厚度、桩型、桩径、桩长等，单桩下拉荷载试验不可获得土层的负摩阻力和中性点位置，难以推算不同桩基的下拉荷载。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提出一种基于下拉荷载试验计算负摩阻力和中性点的方法，根据现场测试多根试桩的下拉荷载数值，建立并求解多元方程组，计算中性点深度和负摩阻力，以推求工程项目不同地层、不同桩基参数工况下的下拉荷载数值。
[0005]本专利技术采取以下技术方案：
[0006]一种基于下拉荷载试验计算负摩阻力和中性点的方法，包括以下步骤：
[0007]S1.假设地层层数为n，根据地层分层情况设置不同桩长的试桩，设试桩按桩长由短至长依次为T1、T2、T3
……
Tm，试桩T1桩端置于首层或第2层地层，试桩T2桩端置于第2层地层，其他每个测试土层至少有1根试桩桩端进入其中，同一地层可视工程需要设置多根试桩，m为试桩桩数，n为地层层数，则m≥n；
[0008]S2.计算试桩在各土层平均竖向有效应力，建立试桩在各土层的桩侧负摩阻力标准值表达式：
[0009][0010]其中，为桩侧负摩阻力标准值，σ'为土层平均竖向有效应力，ζ
n
为负摩阻力系数，为未知量；
[0011]S3.现场试验实测不同时刻、不同试桩的下拉荷载，选择计算时刻，根据试桩实测下拉荷载，联立方程组求解负摩阻力系数；
[0012]S4.绘制下拉荷载与桩长相关关系曲线，根据相应的试桩为Tx的下拉荷载最大值所对应的桩长，初步判断中性点位于试桩Tx-1与试桩Tx桩端标高之间；
[0013]S5.假设试桩Tx全长均承受负摩阻力，试算试桩Tx的下拉荷载，若计算结果等于试桩Tx实测下拉荷载，则中性点位于试桩Tx桩端；若计算结果大于试桩Tx实测下拉荷载，则，桩顶实测下拉荷载＝中性点以上负摩阻力引起的下拉荷载-中性点以下正摩阻力引起的上抬升力；
[0014]S6.根据试桩Tx和试桩Tx+1实测下拉荷载差值，估算Tx桩端所在地层的正摩阻力标准值；
[0015]S7.求解以中性点深度为变量的一元二次方程，确定中性点位置；负摩阻力系数与平均竖向有效应力相乘求得各土层桩侧负摩阻力标准值，中性点所在土层平均竖向有效应力计算至中性点深度。
[0016]本专利技术的有益效果在于：提出一种基于下拉荷载试验计算负摩阻力和中性点的方法，解决下拉荷载试验仅能获得单桩所有土层平均负摩阻力的问题，求解不同土层负摩阻力系数及中性点位置，采用该方法能够基于现场试验结果科学设计桩基负摩阻力，验算桩基承载力是否满足工程安全要求。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例中的基于下拉荷载试验计算负摩阻力和中性点计算简图；
[0018]图2为本专利技术实施例中的不同时刻的下拉荷载与桩长相关关系曲线。
具体实施方式
[0019]参照图1-图2，本实施例提供一种基于下拉荷载试验计算负摩阻力和中性点的方法，具体步骤如下：
[0020]S1.本实施例测试负摩阻力的地层层数为2层(n＝2)，包括填土层和软土层，共设置5根试桩(m＝5，T1＝20m，T2＝25m，T3＝30m，T4＝35m，T5＝40m)，试桩T1桩端置于第2层地层，试桩T2桩端也置于第2层地层，试桩为桩径600mm的预应力管桩。
[0021]S2.计算20m试桩与25m试桩填土层和软弱土层的平均竖向有效应力，以填土层和软弱土层的负摩阻力系数ξ
n1
、ξ
n2
为变量，建立20m和25m试桩填土层和软弱土层的桩侧负摩阻力标准值表达式:
[0022][0023]其中，和分别为试桩T1在填土层和软土层的桩侧负摩阻力标准值；和分别为试桩T2在填土层和软土层的桩侧负摩阻力标准值；σ'1为填土层平均竖向有效应力，σ'1＝69.5kPa，σ'2(20)和σ'2(25)分别为试桩T1和试桩T2在软土层的平均竖向有效应力，σ'2(20)＝169.8kPa，σ'2(25)＝188.0kPa。
[0024]S3.选择某一计算时刻，根据实测20m和25m试桩的下拉荷载S3.选择某一计算时刻，根据实测20m和25m试桩的下拉荷载和联立方程组，求解ξ
n1
、ξ
n2
；
[0025][0026]式中：d为桩径。
[0027]求得：ζ
n1
＝0.009，ζ
n2
＝0.003。
[0028]S4.绘制下拉荷载与桩长相关关系曲线，如图2所示，根据下拉荷载最大值所对应的桩长(试桩T3)，初步判断中性点位于试桩T2(桩端标高-20m，桩长25m)与T3(桩端标高-25m，桩长30m)桩端标高之间。
[0029]S5.假设试桩T3全长均承受负摩阻力，试算试桩T3的下拉荷载：
[0030][0031]其中，σ'2(30)为试桩T3在软土层的平均竖向有效应力，σ'2(30)＝206.2kPa，为试桩T3在计算时刻的实测下拉荷载，计算得＝35.5kN，实测30m试桩的下拉荷载为30.95kN，计算结果大于试桩T3的实测下拉荷载，表明此刻中性点位于深度25m～30m之间(标高-20m～-25m)，桩顶测试下拉荷载＝中性点以上负摩阻力引起的下拉荷载-中性点以下正摩阻力引起的上抬力；
[0032]S6.根据试桩T3和试桩T4实测下拉荷载差值，估算T3桩端所在地层的正摩阻力标准值：
[0033][0034]其中，q为软土层正摩阻力标准值，为试桩T4在计算时刻的实测下拉荷载，计算得q＝1.41kPa；
[0035]S7.求解以中性点深度为变量的一元二次方程，确定中性点位置，假设中性点与填土层层底的距离为H，根据试桩T3的实测下拉荷载建立一元二次方程：
[0036][0037]其中，γ
’
为软土层的浮重度，求得H＝17.4m，即标高-23.9m(中性点位置)。
[0038]负摩阻力系数与平均竖向有效应力相乘求得各土层桩侧负摩阻力标准值，中性点所在土层平均竖向有效应力计算至中性点深度，(填土)＝0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于下拉荷载试验计算负摩阻力和中性点的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.假设地层层数为n，根据地层分层情况设置不同桩长的试桩，设试桩按桩长由短至长依次为T1、T2、T3
……
Tm，试桩T1桩端置于首层或第2层地层，试桩T2桩端置于第2层地层，其他每个测试土层至少有1根试桩桩端进入其中，同一地层可视工程需要设置多根试桩，m为试桩桩数，n为地层层数，则m≥n；S2.计算试桩在各土层平均竖向有效应力，建立试桩在各土层的桩侧负摩阻力标准值表达式：其中，为桩侧负摩阻力标准值，σ'为土层平均竖向有效应力，ζ
n
为负摩阻力系数，为未知量；S3.现场试验实测不同时刻、不同试桩的下拉荷载，选择计算时刻，根据试桩实测下拉荷载，联立方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，杨石飞，王琳，路家峰，蔡永生，
申请(专利权)人：上海勘察设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：