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1、岩土工程界第11卷第9期地基基础工程预测抗拔桩承载力的双曲线模型12李森唐孟雄(1.中山大学工学院2.广州市建筑科学研究院)摘要结合广州市两重大工程灌注桩静载荷试验资料,应用双曲线模型及其改进型拟合抗拔桩荷载-位移曲线,预测极限抗拔承载力,对各模型进行对比分析,提出适于抗拔桩预测的双曲线模型,探讨了极限荷载的取值规律,可为类似桩的抗拔设计提供参考。关键词抗拔桩荷载-位移曲线极限承载力双曲线模型nnn近年来,抗浮、抗拔问题日益突出,抗拔桩应用1122xi,y=yi,lxx=xi-nx。[1-2]n∑n∑∑日趋广泛
2、,对其研究仍较粗浅。目前,工程上准i=1i=1i=1确确定单桩垂直承载力仍应通过现场静载荷试验,2简约双曲线模型利用荷载-位移曲线(Q-s曲线)确定极限荷载和[3]单桩受荷后,荷载较小时,桩土体系尚处于弹性极限位移。但受荷载装置、试桩费用、工程进度等条件限制,许多桩未能加载至破坏,不能直接得到阶段,Q-s曲线表现为直线型,不属于双曲线范围。极限承载力等重要参数[4]。此时,利用最小二乘法将该段的Q,s坐标值舍去,由曲线段的Q,s值(至[7]少4组)组成双曲线模型,称简约双曲线模型。原理求出相关参数,采用数学模型
3、描述Q-s曲线,对工程设计和科学研究大有裨益。双曲线模型简单3调整双曲线模型适用,在工程中多有应用,但对于抗拔桩是否适用及[8]假设Q-s曲线符合以下方程:使用时相关规律,尚有待探讨。本文结合广州市两s工程灌注桩的试桩资料,对双曲线模型及其改进型Q=1.5(5)As+Bs/(s+sn-1)+C的使用规律作深入探讨,可为工程实际提供参考。式中,Q,s仍分别为桩顶荷载(kN)和桩顶位移1原始双曲线模型(mm),A,B,C为拟合参数,sn-1为倒数第二级荷载下实测桩顶位移(mm)。假设抗拔桩Q-s曲线符合如下双曲线方
4、1.5令y=s/Q,x1=s,x2=s/(s+sn-1),[5-6]程:则有:y=Ax1+Bx2+C(6)sTQ=(1)11⋯1As+B令矩阵X=x11x12⋯x1n,Y=[y1,y2,式中,Q为桩顶荷载(kN),s为桩顶位移(mm),x21x22⋯x1nA,B为拟合参数。则桩的极限承载力Qu可由下式TT给出:⋯,yn],Z=[A,B,C],则由最小二乘法原理有:T-1Ts1Z=(XX)XY(7)Qu=lim=(2)s※∞As+BA对(5)式取极限得:(1)式进行线性变换可化为:s1Qu=lim1.5=(8)s
5、※∞As+Bs/(s+s)+CAs/Q=As+B(3)n-1令y=s/Q,x=s,则有:4工程实例分析y=Ax+B(4)上式依最小二乘法原理,可得:A=4.1工程实例1n广州建设工程质量安全检测中心对琶洲会馆人∑xiyi-nx·y/Lxx,B=y-Ax,式中,x=i=1工挖孔桩进行现场抗拔静载荷试验。随机选取其中〔收稿日期〕2008-03-2451地基基础工程GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.11No.9#####3根试桩,分别记作1、2、3桩。其中1、2桩桩径曲线与实测曲线见图4
6、～6。##均为1600mm,入土桩长分别为14.3m、14.2m,3桩由图4～6可证实实例1的结论,其中4桩原始桩径1400mm,入土桩长12.1m。桩端持力层均为模型拟合结果出现较大偏差,可见原始模型拟合曲中(微)风化岩。现采用上述三模型拟合Q-s曲线具有一定风险。极限荷载预测值Qu可按(2)、线,与实测曲线比较,如图1～3所示。(8)式取值,但s※∞夸大了极限荷载时的桩顶位上图显示,三模型均有较好的拟合精度。其中调移,得到的预测值Qu往往比实测值Qu大。文献整模型的拟合精度最高,几乎未出现明显的偏离现[10
7、]取s=0.03D(D为桩身直径)对应的荷载为抗象,原始模型拟合精度最低,尤其在转折曲线段,出现拔容许承载力,本例取0.03D=9mm,记作Q9。各较大的偏离现象,简约模型有所改善,但效果有限。模型极限荷载预测值Qu与实测值Qu如表1所示。4.2工程实例2表1表明,按(2)、(8)式取值,三模型预测值均远大于实测值,原始模型预测值与实测值之比Qu/Qu广州新电视塔进行了混凝土短桩摩阻试验。现###平均为1.96,简约模型为1.42,调整模型为1.56。取随机选取3根试桩,分别记为4、5、6桩,桩径均为预测值Qu
8、=Q0.03D时,三模型的预测值与实测值偏差300mm,桩长500mm,桩端持力层为中(微)风化粉均不大,原始模型与实测值平均偏差8.33%,简约模砂质、钙质泥岩。试验方法按国家标准《建筑地基[9]型3.67%,调整模型2.67%。原始双曲线模型误差基础设计规范》要求执行,各桩均加载至破坏,极相对较大,调整模型略优于简约模型。限荷载值分别为750kN,720kN,600kN。拟合Q-s
