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设计阶段试桩承载力测试的方法与优点
发布时间:2019-12-19

 

I-480 Valley View Bridge

俄亥俄州克利夫兰市附近的I-480峡谷观景桥项目,该项目设计的目的是在两个建筑物之间建造第三座桥梁结构。

 

 

01

 

 

打入桩设计方案有两种选择
 

第一种是不考虑土阻力恢复,即打桩结束时的承载力就要达到设计承载力,这种方案用桩量会增加,也就是说成本较高;

第二种方案是考虑土阻力的恢复,即经过计算,打桩结束后经过一段时间,承载力可以达到设计承载力要求,这种方法用桩量较少,比较节省成本,但是在设计阶段需要对打入桩进行更详细的测试和分析。

 

 

02

 

 

Walsh Construction和CH2M的设计团队承接了此项目,在设计过程中采用了考虑土阻力恢复的设计方案,深化了设计阶段打入桩承载力测试方案,并将此方案交由GRL公司进行测试与分析。该方案充分利用了Cuyahoga河谷土壤结构为淤泥与粘土的特性,在打桩休止期后,桩周土重塑孔隙水压力消散,土阻力增加,使得桩承载力提高,从而优化了结构的桩基础设计。为I-480峡谷观景桥项目节省了大量的施工成本和时间成本。

第三座桥梁基础建设完成后,实际使用的总桩长为64000英尺(19500米)。尽管没有准确的计算出施工成本节省量,但是相较于不考虑土阻力恢复的方案,总桩长节省了105000英尺(32000米)(即采用不考虑土阻力恢复的方案,实际总桩长约为19500米+32000米)。且与现有两座桥梁基础的总桩长相比,第三座桥梁基础总桩长减少了66000英尺(20100米)

 
 

 

 

03

 

 

本次试桩项目总共测试了24根桩,每根桩都进行了打桩监控、短期复打、长期复打动力测试试验。此外,还做了三次静载试验

测试桩为闭口管桩,桩径18英寸(460mm),打桩锤型号:ICE I-46。

 

打桩监测

在打桩监控过程中发现,整个场地土层的跳跃性很大,打桩监控时实测的承载力变化范围从234kips到834kips(1043KN-3720KN)

 

短期复打测试

沉桩结束后1-7天的时间内,对桩进行了短期复打测试,发现土阻力有明显的恢复短期复打后的承载力一般为初打承载力的2-6倍

 

静载荷试验

另外,在沉桩30天后,对其中的三根桩进行了静载荷试验。堆载的重量为2000kips(8920KN),每根测试桩都安装了12-15个应变计用以观测,以确保数据的准确度,并预埋钢筋计来分析土阻力的分布。试验结果表明,经过30天的恢复期后,三根桩的承载力分别增加到945、1495、1870kips(4210、6670、8340KN)

 

长期复打试验

在沉桩后28-56天内,对测试桩进行了长期复打试验。由于土阻力的增加,ICE I-46的锤重已不能满足高应变测试要求,不利于土阻力的充分发挥,因此换用了GRL公司的APPLE4落锤。试验结果表面,长期复打所测得的承载力是打桩刚结束时承载力的4-12倍

 

土阻力恢复时程曲线

根据初打的承载力、短期复打的承载力、长期复打的承载力和静载试验的承载力,绘制了土阻力恢复的时程曲线。

 
 

在基桩动测和静载试验中,收集和分析了大量的试验数据,并将多次测试结果与设计方制定的试桩方案进行了比对,从而对锤的性能和试桩方案进行了评价。将试验结果导入GRLWEAP进行精细化分析,充分利用锤的性能和绘制出来的土阻力恢复时程曲线,确定符合实际的打桩准则。

GRLWEAP2010精确模拟打桩过程软件

 

GRLWEAP软件是美国PDI(桩基动力学公司)于上世纪七十年代开发的一款波动方程分析软件。通过该软件,用户可以模拟桩在冲击或振动入土过程中的运动及受力状况,是全世界打桩行业领先的专业分析软件。现GRLWEAP有两个版本:标准版和海工版,海工版特别适用于海上非均匀桩或斜桩。

 

 

 

本次试桩承载力试验采用了合理的测试方案先进的测试设备与技术,优化了桩基础设计方案,节省了大量的工程成本,是一个很好的范例。



 

 

 

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