變徑灌注樁剪應力等於零設計法的製作方法

2023-05-27 17:01:31

專利名稱：變徑灌注樁剪應力等於零設計法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於建築業的變徑灌注樁基樁設計方法。
樁基設計是建築物特別是高層(或重型)建築物施工的基礎和前提。目前，建築物樁基設計通常採用定值設計法或概率極限狀態設計法。定值設計法將某一具體工程的基樁允許承載力看作一個固定值，其取值法是將靜載荷試驗基樁的極限承載力除以安全係數，而安全係數是憑經驗確定的，因而在某些情況下不能真實、可靠地反映樁基礎的實際情況；概率極限狀態設計法不是將樁基設計中的各種不確定因素都籠統地歸結到安全係數中去，而是考慮各種隨機變量的特點，通過統計數學的分析計算確定出一個可靠度指標，因而較前者更為科學、合理和符合實際，但該方法仍是對樁基設計中某些隨機變量進行可能性的估計，因而仍然不能定量地、徹底地解決樁基礎的可靠性問題。
本發明的目的在於提供一種可以將樁基設計中遇到的各種不確定因素全部予以確定，從而可以定量、可靠地反映樁基礎的實際情況、保證待施工建築物樁基礎可靠性的變徑灌注樁剪應力等於零設計法。
本發明的技術方案和實施步驟是這樣的。本發明提供的變徑灌注樁剪應力等於零設計法乃是基於土力學中的庫倫定律(τ＝c+σtan)(即土的抗剪強度與作用在剪切破壞面上的正應力成正比)，根據必備的條件和資料利用庫倫公式直接計算樁的端阻和側阻，最終確定變徑灌注樁變徑段樁長、樁全長、樁孔徑、墊層尺寸等參數。所謂「剪應力等於零」是指當樁頂承受設計荷載時在墊層中軸線上的剪應力等於零。利用該設計方法的變徑灌注樁必須採用「計算機+傳感器+振動錘」組合而成的振動杆自控系統來製作；在製作過程中，振動桿頭部錐尖和雁翅在土體中產生的豎向力σ1與水平力σ3相等(即σ1＝σ3)，才能實現剪應力等於零。這是本設計方法能夠成立的基本條件。該設計方法的實施步驟如下1、審查土質條件是否符合下列要求場地土為一般粘性土或溼潤性黃土；天然含水量ω≤30％；液性指數IL＝0-0.75；2、根據工程地質勘察報告和建築物荷重設計繪製出建築物樁位圖，確定樁數n和各單樁豎向承載力設計值RR=Qn]]>式中，Q-建築物荷重，KN；n-樁數，根；3、基於公式R＝Rsk+Rpk(Rsk、Rpk分別為變徑灌注樁變徑段總摩阻力和樁端阻力設計值)(1)求出端阻力(即墊層頂面阻力)RpkRpk＝Ap.PA式中，墊層頂部橫截面積AP＝πr2，m2；r-樁孔半徑，m；PA-墊層製做加載力，KPa，在800-1200KPa內選定；
(2)求出變徑段1m高樁側摩阻力Rsk.lmRsk＝As·τs式中，1M高樁側表面積As＝πd1×1.0，m2；d1-變徑段樁徑，d1＝d+2Δr，d-孔徑；Δr-樁孔半徑擴張量，據經驗給出；τs-變徑樁側單位面積上的摩阻力，KPa，τs＝σ·tan·Kb，其中，σ-孔壁土加載力，KPa，在800-1200KPa內選定；＝18°-30°，樁間土內摩擦角；Kb-振動杆水平向力損失係數，0.5-1.0；(3)求出變徑段樁長L(m)L＝Rsk/Rsk.1m式中Rsk＝R-Rpk，KN；(4)求出樁全長Lo(m)Lo＝L+2.0(5)求出墊層尺寸墊層厚度H＝(2-3)·d，m；墊層孔徑Φ＝d，m式中，d-樁孔徑，m，在Φ460、Φ600、Φ800、Φ1000中選取其一。
本發明提供的設計方法採用庫倫公式直接計算樁端土和樁側土的抗剪強度，將樁基設計中的各種不確定因素全部予以確定，摒棄了現有樁基設計中的一系列繁雜手續和係數，所設計的樁基參數建立在確定的數據之上，因而更加準確可靠，從而可以保證變徑灌注樁製作及建築物施工的高質量，宜於推廣應用。


圖1為製作變徑灌樁所用振動杆的結構示意圖。圖中，標號「1」為振動杆體上的雁翅，標號「2」為振動杆的錐尖。
圖2、圖3分別為墊層製做時和製作完畢後力的方向圖。
圖中，σ1為豎向力，σ3為水平力。
實施例1某高層建築18層擬採用變徑灌樁樁基，場地各土層均為粉質粘土，各土層天然含水量ω＝25-28％，液性指數TL＝0.25-0.75，各探孔深30m不見地下水，土質條件符合施工要求。按本設計方法得出如下結果1)根據荷載總重Φ＝3532000GKN，樁數118根，算出單樁豎向承載力R=Qn=3532000118=3000KN]]>2)端阻力Rpk RPK＝AP·PA＝0.785×1000＝785KN3)變徑段1.0m高樁側摩阻力Rsk.1mAs＝π·d1×1.0＝3.14×1.120×1.0＝3.52m2(變徑段樁徑d1＝1.0+2×0.06＝1.12m)τS＝σ·tan·Kb＝1000×tan22°×0.5＝202kPaRSK·1m＝AS·τs＝3.52×202＝711KN4)變徑段樁長LRSK＝R-RPK＝3000-785＝2215KNL=RSK/RSK1m=2215711=3.12m]]>5)樁全長LoLo＝L+2.0＝3.2+2.0＝5.2m6)墊層尺寸墊層厚度H＝2d＝2×1.0＝2.0m墊層孔徑φ＝d＝1.0m實施例2某民用建築8層，地質條件與例1相同，擬採用變徑灌注樁。設計結果如下1)R=Qn=264000240=1100KN]]>2)RPK＝AP·PA＝0.166×1200＝199.2KN(AP=r2=3.14(0.462)2=0.166m2,PA=1200KPa)]]>3)RSK·1m＝AS·τS＝1.633×294＝480.1KN(AS＝π·d1×1.0＝3.14×0.52×1.0＝1.633m2，d1＝0.46×2×0.03＝0.52m，τS＝σ·tan·Kb＝1200×tan26°×0.5＝1200×0.49×0.5＝294KPa)4)RSK＝R-RPK＝1100-199.2＝900.8KN5)L=RSK/RSK1m=1100480.1=1.8762.0m]]>Lo＝L+2.0＝2.0+2.0＝4.0m6)H＝2d＝2×0.8＝1.6mφ＝d＝0.8m
權利要求
1.一種變徑灌注樁剪應力等於零設計法，其特徵在於，該設計方法乃是基於土力學中的庫倫定律，根據必備的條件和資料，利用庫倫公式直接計算樁的端阻和側阻，最終確定變徑灌注樁的變徑段樁長、樁全長、樁孔徑、墊層尺寸等參數；該方法的實施步驟如下1)審查土質條件是否符合下列要求場地土為一般粘性土或溼潤性黃土；天然含水量ω≤30％；液性指數IL＝0-0.75；2)根據工程地質勘察報告和建築物荷重設計繪製出建築物樁位圖，確定樁數n和各單樁豎向承載力設計值RR=Qn]]>式中，Q-建築物荷重，KN；n-樁數，根；3)基於公式R＝Rsk+Rpk進行下列計算①求出端阻力(即墊層頂面阻力)RpkRpk＝Ap.PA式中，墊層頂部橫截面積AP＝πr2，m2；r-樁孔半徑，m；PA-墊層製做加載力，KPa，在800-1200KPa內選定；②求出變徑段1m高樁側摩阻力Rsk.1m；式中，1m高樁側表面積As＝πd1×1.0，m2；d1-變徑段樁徑，d1＝d+2Δr，d-孔徑；Δr-樁孔半徑擴張量，據經驗給出；τs-變徑樁側單位更積上的摩阻力，KPa，τs＝σ·tan·Kb，其中，σ-孔壁土加載力，KPa，在800-1200KPa內選定；＝18--30°，樁間土內磨擦角；Kb振動杆水平向力損失係數，Kb＝0.25-1.0；③求出變徑段樁長L(m)L＝Rsk/Rsk.1m式中Rsk＝R-Rpk，KN；④求出樁全長Lo(m)Lo＝L+2.0⑤求出墊層尺寸墊層厚度H＝(2-3)·d，m；墊層孔徑Φ＝d，m式中，d-樁孔徑，m，在Φ460、Φ600、Φ800、Φ1000中選取其一。
全文摘要
本發明涉及一種用於建築業的變徑灌注樁剪應力等於零設計方法。該方法乃是基於土力學中的庫倫定律,根據必備的條件和資料,利用庫倫公式直接計算樁的端阻和側阻,最終確定變徑灌注樁的變徑段樁長、樁全長、樁孔徑、墊層尺寸等參數。此種設計方法採用庫倫公式直接計算樁端土和樁側土的抗剪強度,摒棄了現有樁基設計中的一系列繁雜手續和係數,所設計的樁基參數能真實反映土體的實際情況,因而更加準確可靠,從而可以保證變徑灌注樁製作及建築物施工的高質量,宜於推廣應用。
文檔編號E02D5/22GK1376834SQ02109560
公開日2002年10月30日 申請日期2002年4月24日 優先權日2002年4月24日
發明者張永久 申請人:張永久