打桩中的桩身应力.doc

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1、打桩中的桩身应力作者：格兰德.林金斯桩基础必须设置在合适的土层上，且桩身结构必须完好无损。由于土强度的不确定性，导致工程师在设计文件中指定要使用静载荷试验来验证承载力或动力试验来验证桩的结构完整性，同时也使用较大的安全系数。通常桩身的结构强度较土的强度大。然而，当桩的结构失效时，可能导致桩的实际承载力较设计承载力低得多，且降低了它的有效长度。在设计荷载的作用下，桩的沉降量超过了允许范围，尤其在拉伸应力作用下。不幸的是，我们不能仅从打桩记录上检查出桩基有没有出现问题。这样动测法常常用来评价桩基是否存在缺陷

2、，以及缺陷的程度和缺陷的位置。打桩时的锤击应力大概是桩在整个使用寿命中经受最恶劣的环境条件之一。工程师数十年来对打桩应力的感兴趣直接导致了波动方程分析程序（WEAP）的发展。容许应力可直接从桩身材料的静态试验中得到，然而，大多数专家认为，在短的持续荷载的作用下，材料强度许用值应该取得更高些。此外，实际桩的强度常常超出它本身材料的标称强度。这是因为有些额外的安全储备，且打桩的桩身应力是暂时的。经验告诉我们，桩的强度允许取到它的结构材料强度的标称值附近。美国联邦高速公路管理局推荐轴向的打桩应力容许值如下表（

3、实际上由于弯曲应力的出现导致极端应力出现时建议取高一点）：表1桩型压应力拉应力预应力混凝土桩（美制）0.85f’c-fpefpe+3.0(f’c)0.5预应力混凝土桩（SI）0.85f’c-fpefpe+0.25(f’c)0.5混凝土预制桩0.85f’c0.70f’y钢桩0.90f’y0.90f’y木桩3sa3sa表中：f’y为钢材的屈服强度，f’c为28天混凝土强度，fpe为有效预应力，sa为木材静态容许应力，表中单位量纲分别采用美制（英制）（单位：psi）和国际单位制（SI）（单位：MPa）。在不同

4、的机构和不同的国家规范中对限值的要求是不同的，对此感兴趣的读者，GRL公司愿提供更多的信息。在波动方程分析程序中如GRLWEAP，桩锤、桩垫和桩设置成一个计算模型，沿着桩身的每点应力被计算出来。如果计算出的应力太高，我们可以降低锤的冲程，或选小一点的桩锤，或将桩垫设置得软一点，或者提高桩身材料强度，或者选择截面更大一点的桩。总之，GRLWEAP程序计算出桩身轴向的应力大小，使工程师确信锤击应力始终在材料强度容许范围之下。许多工程师规定在打桩初期要用一种叫“打桩分析仪”（俗称PDA）的来验证打桩应力在容许

5、的范围之内。这种测量轴向应力的传感器常常装在靠近桩顶的桩侧上。测量得到的轴向应力通常是打桩期间桩受到的最大压应力。在实际工作中习惯的做法是将获得的测量值适当地提高些，这也是符合逻辑的，因为它是从一个假设的模型中获得的估算值。实际上，比如澳大利亚的规范中（AS2159）就特别提到“在打桩中测出的应力限值，可以相应地提高10％”。PDA动测仪同样能估算出传感器下桩身某一位置最大拉应力，这点对于混凝土桩十分重要。桩底最大压应力同样可以从波动理论中估算出来。沿着桩身轴向的拉应力和桩底压应力两者都是平均值。弯曲和

6、局部的接触应力，比如在沉桩时桩尖遇到倾斜岩面时，必须区别对待。那种极端压应力均能被每个传感器检测到，至少在同一水平（或译：至少在同一数量级）上。然而，这种极端应力不能固定在同一限值内，正如不能固定平均轴向强度一样。一个动力测试方案对于打入式桩基工程的刚开始沉桩调查（试桩）是一种最有效且安全的方法。轴向打桩应力知道了，下一步的调整工作就好办，如需要，我们可以调整桩锤的能量，或调整桩垫，使锤击应力不至于超过限值。如果桩的破损几率太高，动测法还可以揭露问题的程度及问题的原因，并提供一个合理的纠正措施。偶尔在低

7、锤击应力下桩也会损坏，可能的原因包括：桩身质量低劣（桩身材料、加固或接头部位劣质）、不恰当的装卸、堆放、不均匀或缺少垂直度、过松或过紧的箍环、不平整的表面、过高的局部接触应力、不恰当的导向装置、施加了过量的弯曲应力、沉桩过程中遇到地下障碍物等等。钢桩的压屈损坏可能是由于管壁太薄，不能承受水平土压力和邻近沉桩时产生的土压力。桩底的破损可能是遇到地下障碍物或者不均匀接触硬的持力层如岩石。混凝土桩身的破坏可能由于出现一种叫做“弹簧土”或叫做“橡皮土”引起较高的桩身拉应力造成的。翻译：敖成友(译自：Garlan

8、dLinkins,P.E.DrivingStressesinPiles)校对：林国宏