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    买重庆时时彩怎样选号: 预制桩静力压桩中沉桩阻力的计算方法.pdf

    关 键 词:
    预制 静力 压桩中沉桩 阻力 计算方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610784369.5

    申请日:

    2016.08.31

    公开号:

    CN106372310A

    公开日:

    2017.02.01

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20160831|||公开
    IPC分类号: G06F17/50 主分类号: G06F17/50
    申请人: 铁道第三勘察设计院集团有限公司
    发明人: 郭帅杰; 宋绪国; 齐春雨; 陈洪运
    地址: 300300 天津市滨海新区空港经济区西二道82号丽港大厦201
    优先权:
    专利代理机构: 天津创智天诚知识产权代理事务所(普通合伙) 12214 代理人: 陈昌娟
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610784369.5

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.03.01|||2017.02.01

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了和种预制桩静力压桩中沉桩阻力的计算方法包括下述步骤:1、确定各土层的桩侧摩阻力、桩端阻力及沉桩地基的竖向分层数目;2、计算目标竖向分层以上土层的桩侧摩阻力;3、计算目标竖向分层的桩侧摩阻力和桩端阻力及建立超定方程组;4、求解目标竖向分层内的调整系数α(j)和β(j);5、确定预制桩沉桩阻力的表达式。该方法应用最小二乘法和平均解方法直接实现调整系数的最优解答,求解过程更为程序化和智能化,可以直接通过编程实现整个求解过程的计算解答,计算效率和计算精度均较高。

    权利要求书

    1.一种预制桩静力压桩中沉桩阻力的计算方法,其特征在于,包括下述步骤:
    1)确定各土层的桩侧摩阻力、桩端阻力及沉桩地基的竖向分层数目:
    a)确定土层数目:根据地层参数,确定预制桩最大贯入深度范围内的土层数目I;
    b)确定土层沉桩参数:从地基表面开始,以土层分界面为界限,采用土层厚度加权平均
    方法确定各土层的桩侧摩阻力值fs(i)和桩端阻力值qc(i),其中,1≤i≤I;
    c)确定竖向分层数目:由竖向分层间距ΔL确定竖向分层分界线的位置,根据预制桩最
    大沉桩深度和地基土层范围确定竖向分层数目J;
    2)计算目标竖向分层以上土层的桩侧摩阻力:
    利用式(1),通过叠加计算方法确定目标竖向分层以上各土层的总的桩侧摩阻力;目标
    竖向分层为第一层时,不计算第一分层以上土层的桩侧摩阻力,
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    式中:
    Fs1为目标竖向分层以上土层的总的桩侧摩阻力,单位为:牛顿;
    U为预制桩周长,单位为:米;
    n为编号为j的目标竖向分层以上的各竖向分层编号;
    β(n)为第n个竖向分层的桩侧摩阻力调整系数;
    fs(n)为第n个竖向分层的桩侧摩阻力参数,单位为:帕;
    ΔL为竖向分层间距,单位为:米;
    3)计算目标竖向分层的桩侧摩阻力和桩端阻力及建立超定方程组:
    a)计算目标竖向分层中的桩侧摩阻力和桩端阻力:
    根据预制桩沉桩过程中在目标竖向分层中的实际位置,采用微段积分叠加方法,得到
    目标竖向分层中的桩侧摩阻力Fs2(k);根据桩端位置处的桩端阻力值qc(j),由式(2)得到目
    标竖向分层中的桩端阻力:
    Qc(k)=α(j)·qc(k)·Ap (2)
    式中:
    k为目标竖向分层中不同贯入深度的桩体编号;
    Qc(k)为目标竖向分层中第k个贯入深度对应的桩端阻力,单位为:牛顿;
    α(j)为目标竖向分层中的桩端阻力调整系数;
    qc(k)为目标竖向分层范围内第k个贯入深度对应的桩端阻力参数,单位为:帕;
    Ap为桩端最大横截面积;
    b)建立超定方程组
    根据预制桩静力沉桩过程中的压桩力实测曲线,得到目标竖向分层内不同沉桩深度位
    置处的压桩力实测值Q(k),建立起式(3)形式的压桩力竖向平衡方程:
    Q(k)=Fs1+β(j)Fs2(k)+α(j)Qc(k) (3)
    式中,Q(k)为目标竖向分层内第k个贯入深度对应的压桩力实测值,
    将目标竖向分层内的各个压桩力实测值Q(k)依次代入式(3),建立起关于桩端阻力调
    整系数α(j)和桩侧摩阻力调整系数β(j)的线性超定方程组;
    4)求解目标竖向分层内的调整系数α(j)和β(j):
    第j个目标竖向分层线性超定方程组求解中,具体应用最小二乘法和平均解方法;当最
    小二乘解满足[0,1]范围要求时,将最小二乘解作为最终解;否则,应用平均解替代最小二
    乘法作为最终解;
    5)确定预制桩沉桩阻力的表达式:
    按上述步骤4)的方法,对所有竖向分层自上至下逐一计算,建立完成超定方程组并进
    行求解,完成所有竖向分层调整系数α(j)和β(j)的计算后,确定预制桩沉桩阻力表达式
    (4),
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    式中:
    N为对应于预制桩实际贯入深度的叠加微段总数目;
    β(i)为第i个叠加微段位置处的桩侧摩阻力调整系数;
    fs(i)为第i个叠加微段位置处的土层桩侧摩阻力参数,单位为:帕;
    li为第i个叠加微段长度;
    α(N)为不同贯入深度的预制桩桩端所在土层的桩端阻力调整系数;
    qc(N)为不同贯入深度的预制桩桩端所在土层的桩端阻力参数(Pa)。
    2.根据权利要求1所述的计算方法,其特征在于:步骤b)中,采用双桥静力触探数据、单
    桥静力触探数据或地区经验参数进行各土层沉桩参数的确定和赋值。
    3.根据权利要求2所述的计算方法,其特征在于:步骤b)中,当采用双桥静力触探数据
    时,直接应用双桥静力触探测试指标的侧阻和端阻指标进行各土层桩侧摩阻力参数fs(i)
    和桩端阻力参数qc(i)(1≤i≤I)赋值。
    4.根据权利要求2所述的计算方法,其特征在于:步骤b)中,采用单桥静力触探数据时,
    先将单桥静力触探获取的比贯入阻力Ps指标根据土层范围进行加权平均,之后,通过不同
    土层的比贯入阻力Ps同沉桩参数间的换算关系进行地基范围内的各土层桩侧摩阻力参数fs
    (i)和桩端阻力参数qc(i)(1≤i≤I)赋值。
    5.根据权利要求2所述的计算方法,其特征在于:采用区域经验参数时,根据土层范围
    进行各土层桩侧摩阻力参数fs(i)和桩端阻力参数qc(i)(1≤i≤I)赋值。
    6.根据权利要求1所述的计算方法,其特征在于:步骤c)中,所述竖向分层ΔL范围为2
    ~10m;同一竖向分层内的调整系数相同。

    说明书

    预制桩静力压桩中沉桩阻力的计算方法

    技术领域

    本发明涉及岩土工程桩基施工领域,特别是涉及一种预制桩静力压桩过程中的沉
    桩阻力计算方法。

    背景技术

    桩基础在岩土工程领域应用十分广泛,除了在一般工业与民用建筑中主要承受竖
    向抗压荷载外,还用于在桥梁、港口、公路、铁路、船坞、近海钻进平台、支挡结构及抗震工程
    中承担水平荷载和竖向抗压或抗拔荷载。根据成桩方法,桩基可分为打入桩、灌注桩和静压
    桩。其中,灌注桩通过预成桩孔灌注混凝土方法形成桩体结构,较易产生塌孔及泥浆污染环
    境问题;打入桩和静压桩均为预制桩体,打入桩主要通过锤击、振动等将预制桩沉入至设计
    标高,相较之下,静压桩由于采用无噪声的机械压入至设计标高,在现代城市建设中得到更
    为广泛的应用。预制桩静力压桩中的沉桩阻力估算直接涉及到沉桩机械的选择和现场施工
    工艺的确定,关系到预制桩能否顺利沉入至预定标高,因此,预制桩静力压桩中沉桩阻力的
    计算已经成为静压桩工艺优选和预制桩选型的重要依据。

    现阶段,预制桩静力压桩的沉桩阻力估算方法主要为经验公式算法,通过假定桩
    侧摩阻力分布形式、摩阻和端阻深度修正系数、侧摩阻灵敏度修正等方法对沉桩阻力进行
    估算,但是,不同区域沉桩场地的土层由于成因历史不同,土层参数变化较大,同时预制桩
    材料及桩体表面粗糙程度也有较大差异,当直接采用沉桩阻力经验公式计算时,沉桩阻力
    估算结果同实测值往往差异极大。此外,综合调整系数方法也较多的应用于沉桩阻力估算,
    但在确定各土层桩端阻力调整系数和桩侧阻力调整系数时,往往通过对比沉桩阻力预测值
    和实际压桩力曲线确定两个调整系数。通过综合调整系数方法计算沉桩阻力一般需要通过
    编程来实现,但是由于需要人为反复试算变动桩端阻力和桩侧摩阻力调整系数,程序实现
    并不方便,难以满足快速计算要求,且在人为确定调整系数过程中存在较大随意性和偶然
    性,往往导致最后确定的相同土层调整系数存在多解的情况,这也在一定程度上限制了综
    合调整系数方法在沉桩阻力计算方面的推广应用。

    发明内容

    本发明的目的是提供一种计算精度和计算效率均较高的预制桩静力压桩过程中
    沉桩阻力 的计算方法。

    为了达到上述目的,本发明的技术方案如下:

    一种预制桩静力压桩中沉桩阻力的计算方法,包括下述步骤:

    1)确定各土层的桩侧摩阻力、桩端阻力及沉桩地基的竖向分层数目:

    a)确定土层数目:根据地层参数,确定预制桩最大贯入深度范围内的土层数目I;

    b)确定土层沉桩参数:从地基表面开始,以土层分界面为界限,采用土层厚度加权
    平均方法确定各土层的桩侧摩阻力值fs(i)和桩端阻力值qc(i),其中,1≤i≤I;

    c)确定竖向分层数目:由竖向分层间距ΔL确定竖向分层分界线的位置,根据预制
    桩最大沉桩深度和地基土层范围确定竖向分层数目J;

    2)计算目标竖向分层以上土层的桩侧摩阻力:

    利用式(1),通过叠加计算方法确定目标竖向分层以上各土层的总的桩侧摩阻力;
    目标竖向分层为第一层时,不计算第一分层以上土层的桩侧摩阻力,


    式中:

    Fs1为目标竖向分层以上土层的总的桩侧摩阻力,单位为:牛顿;

    U为预制桩周长,单位为:米;

    n为编号为j的目标竖向分层以上的各竖向分层编号;

    β(n)为第n个竖向分层的桩侧摩阻力调整系数;

    fs(n)为第n个竖向分层的桩侧摩阻力参数,单位为:帕;

    ΔL为竖向分层间距,单位为:米;

    3)计算目标竖向分层的桩侧摩阻力和桩端阻力及建立超定方程组,包括以下步
    骤:

    a)计算目标竖向分层中的桩侧摩阻力和桩端阻力:

    根据预制桩沉桩过程中在目标竖向分层中的实际位置,采用微段积分叠加方法,
    得到目标竖向分层中的桩侧摩阻力Fs2(k);根据桩端位置处的桩端阻力值qc(j),由式(2)得
    到目标竖向分层中的桩端阻力:

    Qc(k)=α(j)·qc(k)·Ap (2)

    式中:

    k为目标竖向分层中不同贯入深度的桩体编号;

    Qc(k)为目标竖向分层中第k个贯入深度对应的桩端阻力,单位为:牛顿;

    α(j)为目标竖向分层中的桩端阻力调整系数;

    qc(k)为目标竖向分层范围内第k个贯入深度对应的桩端阻力参数,单位为:帕;

    Ap为桩端最大横截面积;

    b)建立超定方程组

    根据预制桩静力沉桩过程中的压桩力实测曲线,得到目标竖向分层内不同沉桩深
    度位置处的压桩力实测值Q(k),建立起式(3)形式的压桩力竖向平衡方程:

    Q(k)=Fs1+β(j)Fs2(k)+α(j)Qc(k) (3)

    式中,Q(k)为目标竖向分层内第k个贯入深度对应的压桩力实测值,

    将目标竖向分层内的各个压桩力实测值Q(k)依次代入式(3),建立起关于桩端阻
    力调整系数α(j)和桩侧摩阻力调整系数β(j)的线性超定方程组;

    4)求解目标竖向分层内的调整系数α(j)和β(j):

    第j个目标竖向分层线性超定方程组求解中,具体应用最小二乘法和平均解方法;
    当最小二乘解满足[0,1]范围要求时,将最小二乘解作为最终解;否则,应用平均解替代最
    小二乘法作为最终解;

    5)确定预制桩沉桩阻力的表达式:

    按上述步骤4)的方法,对所有竖向分层自上至下逐一计算,建立完成超定方程组
    并进行求解,完成所有竖向分层调整系数α(j)和β(j)的计算后,确定预制桩沉桩阻力表达
    式(4),


    式中:

    N为对应于预制桩实际贯入深度的叠加微段总数目;

    β(i)为第i个叠加微段位置处的桩侧摩阻力调整系数;

    fs(i)为第i个叠加微段位置处的土层桩侧摩阻力参数,单位为:帕;

    li为第i个叠加微段长度;

    α(N)为不同贯入深度的预制桩桩端所在土层的桩端阻力调整系数;

    qc(N)为不同贯入深度的预制桩桩端所在土层的桩端阻力参数(Pa)。

    上述步骤b)中,采用双桥静力触探数据、单桥静力触探数据或地区经验参数进行
    各土层沉桩参数的确定和赋值。

    上述步骤b)中,采用双桥静力触探数据时,直接应用双桥静力触探测试指标的侧
    阻和端阻指标进行各土层桩侧摩阻力参数fs(i)和桩端阻力参数qc(i)(1≤i≤I)赋值。

    上述步骤b)中,采用单桥静力触探数据时,先将单桥静力触探获取的比贯入阻力
    Ps指标 根据土层范围进行加权平均,之后,通过不同土层的比贯入阻力Ps同沉桩参数间的
    换算关系进行地基范围内的各土层桩侧摩阻力参数fs(i)和桩端阻力参数qc(i)(1≤i≤I)
    赋值。

    优选的是,采用区域经验参数时,根据土层范围进行各土层桩侧摩阻力参数fs(i)
    和桩端阻力参数qc(i)(1≤i≤I)赋值。

    上述步骤c)中,所述竖向分层ΔL范围为2~10m;同一竖向分层内的调整系数相
    同。

    本发明在竖向分层范围的定义方式方面采用等间距设置,不同于传统经验方法或
    综合调整系数方法基于土层分界设置,能够有效反映出地基深度对调整系数取值大小的影
    响。通过每一个目标竖向分层内压桩力实测值数据同桩端阻力及桩侧摩阻力间的平衡关
    系,建立关于桩端阻力和桩侧摩阻力修正系数的超定方程组,且由于超定方程组可通过最
    小二乘法或任意联立超定方程组中的两个方程获得平均解的方法求解,有效避免了综合调
    整系数法中人为随机确定调整系数的缺陷,整个求解过程更为智能、直接和有效。因此,本
    发明的方法可有效确定不同沉桩深度情形下的静力压桩沉桩阻力,整个求解过程更为直
    接、有效和准确,能够应用于预制桩静力压桩沉桩阻力的先期估算,具有较高的创新性。

    本发明的方法是在综合调整系数方法的基础上,将沉桩地基土层沿深度方向等间
    距分层,通过每一分层压桩力实测值、桩侧摩阻力计算值和桩端阻力计算值,建立关于桩侧
    摩阻力和桩端阻力调整系数的超定方程组,分别应用最小二乘法和平均解方法得到每一竖
    向分层的调整系数,最终可以完成预制桩沉桩阻力计算表达式的确定。相较于传统的综合
    调整系数方法计算预制桩沉桩阻力需人为调整反复试算土层调整系数的缺陷,本发明的方
    法沿深度方向上等间距分层,破除了传统的沿土层界限分层计算的限制,应用最小二乘法
    和平均解方法直接实现调整系数的最优解答,求解过程更为程序化和智能化,可以直接通
    过编程实现整个求解过程的计算解答,计算效率和计算精度均较高。

    附图说明

    图1是沉桩地基土层桩侧摩阻力、桩端阻力参数赋值示意图;

    图2是沉桩地基竖向分层示意图;

    图3是目标竖向分层中的压桩力平衡超定方程组建立过程示意图;

    图4是沉桩场地静力沉桩过程的实际压桩力曲线;

    图5是本发明的计算方法的流程图;

    图6a双桥静力触探土层摩阻力曲线;

    图6b是双桥静力触探土层端阻力曲线;

    图7a是加权处理后的土层摩阻参数曲线;

    图7b是加权处理后的土层端阻参数曲线;

    图8a是竖向分层间距4m时的预制桩静力压桩沉桩阻力的模拟计算结果;

    图8b是竖向分层间距8m时的预制桩静力压桩沉桩阻力的模拟计算结果。

    其中:

    1:地基表面 2:土层分界面 3:竖向分层分界线 4:预制桩

    5:目标竖向分层以上土层桩侧摩阻力曲线 6:目标竖向分层中不同贯入深度的桩

    7:目标竖向分层中桩侧摩阻力曲线 8:压桩力实测曲线

    9:竖向分层间距4m时的平均解沉桩阻力计算曲线

    10:竖向分层间距8m时的最小二乘解解沉桩阻力计算曲线

    11:竖向分层间距8m时的平均解沉桩阻力计算曲线

    具体实施方式

    下面结合附图对本发明的预制桩静力压桩中沉桩阻力的计算方法进行进一步说
    明。

    本发明的预制桩静力压桩中沉桩阻力的计算方法包括下述步骤:1、确定各土层的
    桩侧摩阻力、桩端阻力及沉桩地基的竖向分层数目;2、计算目标竖向分层以上土层的桩侧
    摩阻力;3、计算目标竖向分层的桩侧摩阻力和桩端阻力及建立超定方程组;4、求解目标竖
    向分层内的调整系数α(j)和β(j);5、确定预制桩沉桩阻力的表达式。下面对所述各步骤进
    行详细说明。1、确定各土层的桩侧摩阻力、桩端阻力及沉桩地基的竖向分层数目:

    根据图1中沉桩地基深度方向上的各土层分布范围,确定预制桩最大贯入深度范
    围内的土层数目I。从地基表面1开始,由静力触探获取的地基参数以土层分界面2为界限,
    采用土层厚度加权平均方法确定各土层范围内的摩阻fs(i)和端阻qc(i)(1≤i≤I)。其中,
    采用双桥静力触探数据时,可直接应用双桥静力触探测试指标的侧阻和端阻指标进行各土
    层摩阻fs(i)和端阻qc(i)(1≤i≤I)赋值;采用单桥静力触探数据时,应先将单桥静力触探
    获取的比贯入比Ps指标根据土层范围进行加权平均,之后,通过不同土层比贯入比Ps同侧阻
    参数和端阻参数间的换算关系,进行沉桩地基范围内的各土层摩阻fs(i)和端阻qc(i)(1≤i
    ≤I)赋值;采用区域经验参数时,则直接根据土层范围进行各土层摩阻fs(i)和端阻qc(i)(1
    ≤i≤I)赋值。

    沉桩地基深度范围内各土层摩阻fs(i)和端阻qc(i)(1≤i≤I)赋值完成后,进行图
    2中预制桩贯入过程中的端阻力和侧阻力调整系数竖向分层定义,首先确定等间距竖向分
    层间距ΔL,得到竖向分层分界线3位置,之后根据预制桩最大沉桩深度和地基土层范围确
    定竖向分层数目J。竖向分层分界线3并不同于土层分界线2,每一竖向分层中可能仅包含同
    一土层,也可能包含几种完全不同土层,但同一竖向分层中的端阻力调整系数α(j)和摩阻
    力调整系数β(j) (1≤j≤J)均保持不变。

    2)计算目标竖向分层以上土层的桩侧摩阻力:图3中,预制桩4桩端位于目标竖向
    分层中时,需要进行目标竖向分层以上土层的桩侧摩阻力计算,确定目标竖向分层以上土
    层桩侧摩阻力曲线5。首先确定目标竖向分层编号j数值,当目标竖向分层为第1层j=1时,
    则目标竖向分层以上土层桩侧摩阻力为0,当目标竖向分层不为第一层时,需要应用式(1)
    中j>1情形下的累积公式确定目标竖向分层以上土层桩侧摩阻力曲线5,并采用各对应土
    层的摩阻参数和桩侧摩阻力调整系数进行叠加计算,且目标竖向分层以上土层桩侧摩阻力
    曲线5在目标竖向分层沉桩阻力计算中保持为定值。


    式(1)中,Fs1为目标竖向分层以上土层桩侧摩阻力(N);U为预制桩周长(m);n为编
    号为j的目标竖向分层以上的各竖向分层编号;β(n)为目标竖向分层以上第n个竖向分层侧
    摩阻力调整系数;fs(n)为第n个竖向分层的摩阻参数,若该竖向分层为单一土层,则取该土
    层摩阻,若为多个土层,则取各土层摩阻参数加权值(Pa);ΔL为竖向分层间距(m)。

    3)计算目标竖向分层的桩侧摩阻力和桩端阻力及建立超定方程组:

    目标竖向分层编号为j,根据图3中预制桩沉桩过程中目标竖向分层中不同贯入深
    度桩体6在目标竖向分层中的实际位置,确定目标竖向分层中桩侧摩阻力分布曲线7,采用
    微段积分叠加方法,得到目标竖向分层中的桩侧摩阻力Fs2(k)。根据目标竖向分层中不同贯
    入深度桩体6在目标竖向分层中的实际位置,同样确定桩端土层端阻力qc(j),由式(2)得到
    桩端阻力大小。

    Qc(k)=α(j)·qc(k)·Ap (2)

    式中,k为目标竖向分层中不同贯入深度的桩体编号;Qc(k)为目标竖向分层中第k
    个贯入深度对应的桩端阻力(N);α(j)为目标竖向分层中的桩端阻力调整系数;qc(k)为目
    标竖向分层范围内第k个贯入深度对应的桩端阻力(Pa);Ap为桩端最大横截面积;

    同时,根据图4中预制桩静力沉桩过程中的压桩力实测曲线8,可以得到目标竖向
    分层内不同沉桩深度对应的压桩力实测值Q(k)。预制桩静力沉桩过程中,不同深度位置处
    的压桩力Q(k)同桩侧总摩阻力及桩端阻力相同,由此,可建立起式(3)形式的压桩力竖向平
    衡方程。

    Q(k)=Fs1+β(j)Fs2(k)+α(j)Qc(k) (3)

    式中,Q(k)目标竖向分层内第k个贯入深度对应的压桩力实测值。

    实际上,目标竖向分层内总共存在K个压桩力实测值,那么式(3)即可转换为关于
    目标竖向分层内桩端阻力调整系数α(j)和桩侧摩阻力调整系数β(j)两个未知量的线性超
    定方程组,式(5)为线性超定方程组的展开形式。


    4)求解目标竖向分层内的调整系数α(j)和β(j):

    线性超定方程组(5)求解中,满足所有方程的桩端阻力调整系数α(j)和桩侧摩阻
    力调整系数β(j)并不存在,仅能通过数值分析方法进行近似处理,得到其近似解。线性超定
    方程组解答中最易实现并具有较高求解精度的求解方法为最小二乘法和平均解方法,因
    此,本发明关于式(5)求解同时采用最小二乘法和平均解方法实现。其中,最小二乘法可同
    过系数矩阵和常数项矩阵变换直接实现,平均解方法是联立式(5)中任意两个方程进行α
    (j)和β(j)的一次求解,当α(j)和β(j)满足系数取值范围要求时保留,否则舍去,直至完成
    式(5)中所有任意两个方程组的联立求解,并把满足范围要求的α(j)和β(j)解分别平均,将
    两调整系数的各自平均值作为最终的桩端阻力调整系数α(j)和桩侧摩阻力调整系数β(j)。

    必须说明的是,现有工程经验表明,桩端阻力调整系数α(j)和桩侧摩阻力调整系
    数β(j)具体大小均应位于[0,1]范围,但是,当压桩力实测值规律性差或者土层参数离散型
    较大时,极有可能导致最小二乘法求解结果不满足[0,1]范围要求,此种情况下应用符合调
    整系数范围要求的平均解解答替代最小二乘法,最终确定相对合理的桩端阻力和桩侧摩阻
    力调整系数。

    5)确定预制桩沉桩阻力的表达式:

    上述第4步调整系数α(j)和β(j)的计算,仅完成目标竖向分层第j层调整系数的求
    解,之后应按照相同思路继续进行下一竖向分层调整系数α(j)和β(j)计算,直至确定土层
    中所有竖向分层的调整系数α(j)和β(j)。为确定沉桩地基范围内所有竖向分层调整系数,
    应自上至下逐一计算,建立完成超定方程组并进行求解。根据上述分析过程,本发明一种预
    制桩静力压桩沉桩阻力计算方法的实现流程最终可归结为图5中流程图。当完成所有竖向
    分层调整系数计算后,确定预制桩沉桩阻力表达式形式如式(4)所示。


    式中,N为对应于预制桩实际实际贯入深度侧摩阻叠加微段总数目;β(i)为第i个
    叠加微 段位置对应的桩侧摩阻调整系数;fs(i)为第i个叠加微段位置对应的土层摩阻参
    数(Pa);li为第i个桩侧摩阻积分微段长度;α(N)为不同贯入深度的预制桩桩端所在土层桩
    端阻力调整系数;qc(N)为不同贯入深度的预制桩桩端所在土层桩端阻力(Pa);

    实例计算

    以上各项内容为本发明实施方式中所涉及到的主要过程,为便于本行业技术人员
    的理解与应用,本实施方式的具体应用中将结合双桥静力触探数据的处理、土层摩阻和端
    阻参数赋值、竖向分层定义以及各目标竖向分层中压桩力平衡超定方程组的建立求解过程
    进行实例计算,得到土层中每一竖向分层的桩端阻力和桩侧摩阻力调整系数后,得到最终
    的压桩力计算表达式和压桩力计算曲线。特别指出的是,不同土层的摩阻和端阻参数确定
    结果变化较大,具有成熟应用经验时,可选用单桥静力触探数据、标贯数据或区域经验参数
    直接进行土层赋值,本实施例主要基于双桥静力触探数据进行土层摩阻和端阻参数赋值。

    本发明的计算方法中,如无特殊说明,出现的所有物理量均采用标准单位制。

    (1)初始参数

    ①土层参数:

    根据沉桩地基双桥静力触探测试结果,分别得到图6(a)双桥静力触探土层摩阻力
    曲线和图6(b)双桥静力触探土层端阻力曲线。通过沉桩地基范围内各土层厚度内的加权处
    理,进一步得到沉桩地基各土层摩阻参数和端阻参数,其中,图7(a)是加权处理后的土层摩
    阻参数曲线,图7(b)是加权处理后的土层端阻参数曲线。

    为对比不同竖向分层数目对压桩力计算结果的影响,实测计算中分别进行竖向分
    层间距4m和8m两种情形下的压桩力计算。

    土层数目:I=7层;

    土层层底深度:1.9m,4.6m,10.9m,13.6m,16.8m,20.6m,24.5m;

    土层层厚:1.9m,2.7m,6.3m,2.7m,3.2m,3.8m,3.9m;

    土层摩阻参数:29934Pa,81570Pa,44688Pa,104244Pa,49295Pa,52862Pa,
    82192Pa;

    土层端阻参数:1817772Pa,4960472Pa,1467684Pa,2045132Pa,1346664Pa,
    1800336Pa,11223283Pa;

    竖向分层间距长度:ΔL=4m,8m;

    竖向分层总数目:J=6层,3层;

    ②预制桩参数:

    预制桩长:L=22.0m

    预制桩截面尺寸:0.40×0.40m;

    预制桩周长:U=1.6m;

    预制桩截面积:Ap=0.16m2;

    (2)超定方程组的建立和求解

    ①4m竖向分层间距

    竖向分层间距长度ΔL=4m情形下,每隔0.5m由压桩力实测值建立一组平衡方程,
    每一竖向分层均可得到式(5)形式的由8个线性方程组构成的超定方程组,由最小二乘解和
    平均解方法得到第1至第6竖向分层中的桩端阻力调整系数α(j)(1≤j≤6)和桩侧摩阻力调
    整系数β(j)(1≤j≤6)具体数值。

    最小二乘解:

    α(j)={0.3294,0.4099,0.4956,0.7403,0.4652,0.3171}

    β(j)={1.1655,0.6361,0.6891,0.2495,0.9526,1.3875}

    平均解:

    α(j)={0.4627,0.4301,0.5493,0.7192,0.6379,0.6501}

    β(j)={0.4141,0.6159,0.4555,0.3214,0.5256,0.4401}

    根据竖向分层间距长度ΔL=4m情形下的调整系数最小二乘解和平均解计算结
    果,桩侧摩阻力调整系数β(1)和β(6)均超过[0,1]范围,因此,应采用桩端阻力和桩侧摩阻
    力调整系数的平均值解答代入式(4)得到沉桩地基预制桩静力压桩过程中的沉桩阻力表达
    式。相应的,图8(a)是竖向分层间距4m时的预制桩静力压桩沉桩阻力的模拟计算结果,竖向
    分层间距4m时的平均解沉桩阻力计算曲线9同压桩力实测曲线8十分接近,说明本发明提出
    的一种预制桩静力压桩沉桩阻力计算方法在应用上是可行的。

    ②8m竖向分层间距

    竖向分层间距长度ΔL=8m情形下,每隔0.5m由压桩力实测值建立一组平衡方程,
    每一竖向分层均可得到式(5)形式的由16个线性方程组构成的超定方程组,由最小二乘解
    和平均解方法得到第1至第3竖向分层中的桩端阻力调整系数α(j)(1≤j≤3)和桩侧摩阻力
    调整系数β(j)(1≤j≤3)具体数值。

    最小二乘解:

    α(j)={0.4120,0.5299,0.3255}

    β(j)={0.5060,0.4614,0.5542}

    平均解:

    α(j)={0.4319,0.5149,0.4435}

    β(j)={0.4741,0.4918,0.4868}

    根据竖向分层间距长度ΔL=8m情形下的调整系数最小二乘解和平均解计算结
    果,桩侧摩阻力调整系数α(j)和β(j)均满足[0,1]范围要求,可分别采用桩端阻力和桩侧摩
    阻力调整系数的最小二乘解答和平均值解答代入式(4)得到沉桩地基预制桩静力压桩过程
    中的沉桩阻力表达式。相应的,图8(b)是竖向分层间距8m时的预制桩静力压桩沉桩阻力的
    模拟计算结果,竖向分层间距8m时的最小二乘解沉桩阻力计算曲线10以及竖向分层间距8m
    时的平均解沉桩阻力计算曲线11同压桩力实测曲线8均较为接近,且沉桩阻力最小二乘解
    计算曲线10较平均解计算曲线11更为平均,更多的反映出一定范围沉桩阻力的平均变化特
    征,对局部突变特征的计算效果相对较弱,但是两种方法计算结果都是有效的,即本发明的
    计算方法在应用上是可行的。

    此外,对比竖向分层间距分别为4m和8m时的沉桩阻力计算结果,竖向分层间距为
    8m时得到的预制桩沉桩阻力计算结果同压桩力实测值更为接近,因此,在实施本发明时,关
    于竖向分层间距取值在具体应用中需要根据沉桩地基情况和预制桩桩长进行灵活调整。

    关于本文
    本文标题:预制桩静力压桩中沉桩阻力的计算方法.pdf
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