[发明专利]基于后继打桩拒锤时的单桩承载力确定处置桩体的方法

摘要

本发明公开了一种基于后继打桩拒锤时的单桩承载力确定处置桩体的方法。属于海洋工程打桩过程中判断桩体质量的技术。本发明根据施工现场的打桩记录，依据理论公式，通过一维波动方程模拟连续打桩过程，计算得到桩体贯入度与锤击数关系曲线，通过调整Q_s，Q_p，S_f，J_P，J_S计算参数使计算曲线与打桩记录曲线能较好吻合，从而确定Q_s，Q_p，S_f，J_P，J_S的取值。以此为基础进行后继打桩分析，通过调整f，q值，模拟拒锤现象。用最终确定的f，q值计算单桩的实际承载力，与设计计算的单桩承载力相比较，确定后继打桩拒锤时桩体的处置。本发明的优点在于：相关参数的获取手段简便易行，可靠性较高，该方法也适用于设计阶段预测打桩停锤一段时间后继续打桩是否会发生拒锤现象。

主权项

1.基于后继打桩拒锤时的单桩承载力确定处置桩体的方法，该方法根据施工现场的打桩记录，依据理论公式，通过对打桩过程模拟公式的分析计算，确定单桩的实际承载力，与原设计计算的单桩承载力相比较，最终确定后继打桩拒锤时桩体的处置方法，该方法特征在于包括以下过程：1)桩基础设计中采用以下公式计算单桩承载力： QD＝∑(fi·Asi)+q·Ap (1)式中，fi：第i层土的单位侧摩阻力，当土层为粘性土时f＝αc，当土层为非粘性土f＝KP0′tanδ，其中α为无量纲系数，α由下式计算：当ψ≤1.0时α＝0.5ψ-0.5；ψ＞1.0时α＝0.5ψ-0.25，其中ψ＝c/P0′，P0′为所讨论点的有效上覆压力；c为土的不排水剪切强度，由原位勘察试验获得，K为侧向土压力系数；δ为土和桩壁之间的摩擦角，由原位勘察试验获得；Asi：第i层土中桩的侧表面积，根据桩的实际尺寸计算获得；q：单位桩端承载力，当土层为粘性土时q＝9c；当土层为非粘性土q＝P0′Nq，其中Nq为承载力系数，查表1获得；Ap：桩端总面积，根据桩的实际尺寸计算获得； 表1无粘性砂质土的设计参数 密实度 土的类别 Nq 极松 松 中密 砂 砂质粉土 粉土 8 松 中密 密实 砂 砂质粉土 粉土 12 中密 密实 砂 砂质粉土 20 密实 极密 砂 砂质粉土 40 密实 极密 砂砾 砂 502)打桩过程中采用一维应力波动方程描述能量从打桩锤传递到桩底时桩体的受力与变形，$\frac{{\partial }^{2}u}{\partial x^2}=\frac{1}{C^2}\frac{{\partial }^{2}u}{\partial t^2}+R---\left(2\right)$ 式中，x：桩截面的位置坐标； u：x处桩截面的质点位移； t：时间，通常0.5tcr＜t＜tcr，tcr由公式$t_{\mathrm{cr}}=\frac{\mathrm{\Delta l}}{C}$确定，其中Δl为计算中桩的单位长度，可取1.0m；C：弹性应力波波速，$C=\sqrt{E/\rho };$ E：桩的材料弹性模量；ρ：桩的材料密度；R：桩体受到的土阻力，R＝F(f，q，ES，Fr，QS，Qp，Sf，γ，JS，JP，β)；其中F：单位桩侧摩阻力，由公式f＝αc，f＝KP0′tanδ确定；q：单位桩端承载力，由公式q＝9c，q＝P0′Nq确定；Ex：土体的压缩模量，由室内压缩试验获得；Fr：土体破坏比由室内静三轴试验获得；Qs，Qp：桩侧、桩端土体的最大弹性变形，该值与土质类别、加载、卸载、桩端形式、桩径多种因素相关，取值范围：2～5mm，最终由分析确定；Sf：土体的最大破坏变形，粘性土取值范围5～8mm，无粘性土取值范围8～12mm，最终由分析确定；γ：土体的容重，采用环刀法测定；JP：桩端土的阻尼系数，该值与土质类别相关，取值范围为0.4～0.8s/m，最终由分析确定；JS：桩侧土的阻尼系数，该值与土质类别相关，取值范围为0.1～0.5s/m，最终由分析确定；β：土体的疲劳因子，该值与打桩的锤击数、锤击能量及土质类别相关，打桩的锤击数和锤击能量由打桩记录获得，取值范围为0.0～1.0之间，最终由分析确定；土质类别根据室内试验测定的土体颗粒级配、塑限、液限、密实度查“土的分类定名表”确定；3)在打桩过程中通过打桩记录仪可以获取锤击能量、总锤击数、每一锤击的贯入度；打入深度，绘成曲线图，该曲线图可以反映实际打桩过程中桩体贯入深度不同时受到的土层阻力；4)根据公式(2)模拟连续打桩过程，将Qs，Qp，Sf，JP，JS计算参数代入公式(2)进行计算，实现对连续打桩过程的拟合分析，得到在设定的锤击能量下桩体贯入度与锤击数的关系曲线，并与第3)步中由打桩记录仪获取的曲线相比较，不断调整Qs，Qp，Sf，JP，JS计算参数的取值，获取多组贯入度与锤击数关系曲线，将其中与记录仪获得的曲线吻合度达到90％的曲线对应的Qs，Qd，Sf，JP，JS取值确定为最接近土层实际情况的计算参数；5)将第4)步确定的计算参数Qs，Qd，Sf，JP，JS值代入公式(2)，模拟后继打桩的拒锤现象，步骤如下：在后继打桩分析中只改变与桩体阻力R相关的f，q，β三个参数，其中f≤fmax且q≤qmax，fmax和qmax为桩侧与桩端阻力的最大值由下式确定： fmax＝Mσ′ (3) qmax＝Mσ′ (4)式中：M＝f/P0′，σ′＝P0′+0.5×Δu，$\mathrm{\Delta u}=c_u[2\ln \frac{r_1}{r_2}+(1.73A_f-0.58)],$其中Δu为超静孔隙水压力；cu为土体的不排水强度，由室内静三轴实验测得；r1为土体弹塑性交界面的半径；r2为桩体半径；Af为孔隙水压力系数；通过增大f，q和β值模拟拒锤现象最终确定发生拒锤时的f，q值；6)将第5)步确定的f，q值代入公式(1)即可获得后继打桩拒锤时的单桩承载力，将该承载力与原设计的单桩承载力进行比较：(1)当承载力大于等于原设计值时，则可以截桩；(2)当承载力虽然小于设计值，但可以通过适当降低上部荷载满足设计要求时，也可以截桩；(3)当承载力无法满足设计要求就需要采用喷射、气举，钻孔等工程措施，减小打桩阻力，直至将桩打入到设计深度为止。