粘土快速荷载试验分析方法的比较.doc

粘土快速荷载试验分析方法的比较 Michael J. Brown 1 and John J. M. Powell 2 ( . of Dundee , Dundee DD1 4HN,. 土木工程部高级讲师(通讯作者) ) 摘要:快速荷载桩基试验( RLT ), 如静动试验,已发展为常用的静态和动态试验之外可供选择的另一种桩基检测技术。卸载点法( UPM ) 通过分析快速荷载试验结果得到等效荷载—沉降特性,但该方法适用于粗粒土,在粘土和淤泥中表现较差。为了克服这些不足,已有学者考虑了土壤类型的影响,对 UPM 法进行了改进,还提出了新的分析方法。为了验证改进的 UPM 法和新分析方法的有效性,文章对两粘土场地上的桩基试验结果进行了分析。第一个场地上覆高到极高塑性的第四纪伦敦粘土,第二个场地是低到中等塑性的冰碛土。结果显示,某一新方法因考虑了与土壤有关的速率效应参数(基于粘土的塑性指数)随桩基沉降的变化,对很高塑性粘土的静态等效荷载—沉降特性的预测情况最佳。总体来看, UPM 法在低到中等塑性冰碛土中中表现最好,这是因为 RLT 试验在该类土中已积累了较多的经验。还可以看到,若在更多土壤类型上开展相关试验, RLT 分析方法将会得到更大的发展。基于上述研究成果,文章最后考虑阻尼和速率效应参数随桩基沉降的变化,提出了改进的 UPM 和 Schmuker 法。关键词:桩荷载试验,静态试验,桩土相互作用,粘土,冰碛土,细粒土,阻尼。引言以往桩基测试一般采用静态或动态荷载试验。在20世纪 90年代,另一类桩基检测方法——快速荷载测试( RLT )法(如静动法)得以发展。然而,分析手段欠缺可靠性使得 RLT 技术无法用于细粒土体,阻碍了其更为广泛的应用( Paikowsky ,2004 )。一般采用卸载点法( UPM ) 分析静动试验,该法允许仅基于试验中测量结果进行分析( Middendorp ,2000 ) 。虽然有报道指出卸载点法能较好地适用于粗粒土或岩石中的桩( Brown ,1994 ) ,但亦有学者发现所得的恒定阻尼参数不能准确反映粘土或淤泥的速率效应, 导致桩基极限承载力的过高预估( Holeyma n 等, 2000 )。为此, 诸多学者基于土壤类型的简单描述引入了一系列校正因子以改进 UPM 法( Mc Vay 等,2003 ; Paikowsky ,2004 )。引入校正因子后一般能对极限承载力给出更好预测,但会过度校正工作荷载下桩-土刚度。校正因子是基于一个有限的数据集, 因而不能反映不同粘土中速率效应的差异( Powell & Brown ,2006 ; Weaver & Rollins ,2010 )。针对 UPM 的不足之处,后续又发展了几种分析方法,且均考虑了不同土质的速率效应( Brown ,2008 ; Schmuker ,2005 )。本文介绍了现有的 UPM 分析方法,通过现场两种不同粘土上的桩基试验对它们的效果进行了比较,基于此,提出改进的 RLT 分析方法。有效分析方法卸载点法卸载点法对细粒土上单桩的极限承载力预测一般偏高,引入与土体有关的平均校正因子可纠正这一偏差(Paikowsky ,2004) 。已有文献中,粘土拟采用 5 的 UPM 校正因子(?), 这是基于有限实例的结果( McVay 等,2003 )。近期研究发现对于粘土 的校正偏小,应采用更大的校正,如校正因子取用 ( Weaver & Hyde ,2010 )。从图 1 可以看出, UPM 法过高地估计了桩的极限承载力,这是因为所得的阻尼系数偏小,这也是该法的最大缺点。实际上在试验中阻尼系数是不断变化的, 分析中并未考虑这一影响,导致对工作荷载下桩基沉降的过高估计( Stokes 等, 2008 )。用静动法将3071 kN的荷载循环加载到一个长 12m 、直径 600mm 的钻孔灌注桩上, 土质条件为低至中等塑性冰川土( Brown & Hyde ,2008 ),得到图1 所示的结果。其中,加载过程包括先对桩基进行 2天5个周期的静动法加压, 3 周后开展等贯入率试验( CRP ) ,再在 5 天后进行维持荷载试验。图 1 中所示的是在每个桩测试中桩的累积沉降复位为零的结果,图中只显示了最终的和最大的静动循环荷载。上述桩基相对较短,且位于较均匀的粘土中,其波数(N w)远远超过最低值 12, 分析中可将其视为质量块或刚体,本文实例的分析也将沿用此假定。当桩的波数低于 12 时,需考虑应力波的影响。 Middendorp (2000 )在其文章中对桩波数的确定也给出了详细的说明。图 法对静动试验数据的分析结果【上图中,纵坐标:沉降( mm )S ettlemen t (mm