专利名称：变径灌注桩剪应力等于零设计法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于建筑业的变径灌注桩基桩设计方法。
桩基设计是建筑物特别是高层(或重型)建筑物施工的基础和前提。目前，建筑物桩基设计通常采用定值设计法或概率极限状态设计法。定值设计法将某一具体工程的基桩允许承载力看作一个固定值，其取值法是将静载荷试验基桩的极限承载力除以安全系数，而安全系数是凭经验确定的，因而在某些情况下不能真实、可靠地反映桩基础的实际情况；概率极限状态设计法不是将桩基设计中的各种不确定因素都笼统地归结到安全系数中去，而是考虑各种随机变量的特点，通过统计数学的分析计算确定出一个可靠度指标，因而较前者更为科学、合理和符合实际，但该方法仍是对桩基设计中某些随机变量进行可能性的估计，因而仍然不能定量地、彻底地解决桩基础的可靠性问题。
本发明的目的在于提供一种可以将桩基设计中遇到的各种不确定因素全部予以确定，从而可以定量、可靠地反映桩基础的实际情况、保证待施工建筑物桩基础可靠性的变径灌注桩剪应力等于零设计法。
本发明的技术方案和实施步骤是这样的。本发明提供的变径灌注桩剪应力等于零设计法乃是基于土力学中的库伦定律(τ＝c+σtan)(即土的抗剪强度与作用在剪切破坏面上的正应力成正比)，根据必备的条件和资料利用库伦公式直接计算桩的端阻和侧阻，最终确定变径灌注桩变径段桩长、桩全长、桩孔径、垫层尺寸等参数。所谓“剪应力等于零”是指当桩顶承受设计荷载时在垫层中轴线上的剪应力等于零。利用该设计方法的变径灌注桩必须采用“计算机+传感器+振动锤”组合而成的振动杆自控系统来制作；在制作过程中，振动杆头部锥尖和雁翅在土体中产生的竖向力σ1与水平力σ3相等(即σ1＝σ3)，才能实现剪应力等于零。这是本设计方法能够成立的基本条件。该设计方法的实施步骤如下1、审查土质条件是否符合下列要求场地土为一般粘性土或湿润性黄土；天然含水量ω≤30％；液性指数IL＝0-0.75；2、根据工程地质勘察报告和建筑物荷重设计绘制出建筑物桩位图，确定桩数n和各单桩竖向承载力设计值RR=Qn]]>式中，Q-建筑物荷重，KN；n-桩数，根；3、基于公式R＝Rsk+Rpk(Rsk、Rpk分别为变径灌注桩变径段总摩阻力和桩端阻力设计值)(1)求出端阻力(即垫层顶面阻力)RpkRpk＝Ap.PA式中，垫层顶部横截面积AP＝πr2，m2；r-桩孔半径，m；PA-垫层制做加载力，KPa，在800-1200KPa内选定；
(2)求出变径段1m高桩侧摩阻力Rsk.lmRsk＝As·τs式中，1M高桩侧表面积As＝πd1×1.0，m2；d1-变径段桩径，d1＝d+2Δr，d-孔径；Δr-桩孔半径扩张量，据经验给出；τs-变径桩侧单位面积上的摩阻力，KPa，τs＝σ·tan·Kb，其中，σ-孔壁土加载力，KPa，在800-1200KPa内选定；＝18°-30°，桩间土内摩擦角；Kb-振动杆水平向力损失系数，0.5-1.0；(3)求出变径段桩长L(m)L＝Rsk/Rsk.1m式中Rsk＝R-Rpk，KN；(4)求出桩全长Lo(m)Lo＝L+2.0(5)求出垫层尺寸垫层厚度H＝(2-3)·d，m；垫层孔径Φ＝d，m式中，d-桩孔径，m，在Φ460、Φ600、Φ800、Φ1000中选取其一。
本发明提供的设计方法采用库伦公式直接计算桩端土和桩侧土的抗剪强度，将桩基设计中的各种不确定因素全部予以确定，摒弃了现有桩基设计中的一系列繁杂手续和系数，所设计的桩基参数建立在确定的数据之上，因而更加准确可靠，从而可以保证变径灌注桩制作及建筑物施工的高质量，宜于推广应用。
图1为制作变径灌桩所用振动杆的结构示意图。图中，标号“1”为振动杆体上的雁翅，标号“2”为振动杆的锥尖。
图2、图3分别为垫层制做时和制作完毕后力的方向图。
图中，σ1为竖向力，σ3为水平力。
实施例1某高层建筑18层拟采用变径灌桩桩基，场地各土层均为粉质粘土，各土层天然含水量ω＝25-28％，液性指数TL＝0.25-0.75，各探孔深30m不见地下水，土质条件符合施工要求。按本设计方法得出如下结果1)根据荷载总重Φ＝3532000GKN，桩数118根，算出单桩竖向承载力R=Qn=3532000118=3000KN]]>2)端阻力Rpk RPK＝AP·PA＝0.785×1000＝785KN3)变径段1.0m高桩侧摩阻力Rsk.1mAs＝π·d1×1.0＝3.14×1.120×1.0＝3.52m2(变径段桩径d1＝1.0+2×0.06＝1.12m)τS＝σ·tan·Kb＝1000×tan22°×0.5＝202kPaRSK·1m＝AS·τs＝3.52×202＝711KN4)变径段桩长LRSK＝R-RPK＝3000-785＝2215KNL=RSK/RSK·1m=2215711=3.12m]]>5)桩全长LoLo＝L+2.0＝3.2+2.0＝5.2m6)垫层尺寸垫层厚度H＝2d＝2×1.0＝2.0m垫层孔径φ＝d＝1.0m实施例2某民用建筑8层，地质条件与例1相同，拟采用变径灌注桩。设计结果如下1)R=Qn=264000240=1100KN]]>2)RPK＝AP·PA＝0.166×1200＝199.2KN(AP=π·r2=3.14×(0.462)2=0.166m2,PA=1200KPa)]]>3)RSK·1m＝AS·τS＝1.633×294＝480.1KN(AS＝π·d1×1.0＝3.14×0.52×1.0＝1.633m2，d1＝0.46×2×0.03＝0.52m，τS＝σ·tan·Kb＝1200×tan26°×0.5＝1200×0.49×0.5＝294KPa)4)RSK＝R-RPK＝1100-199.2＝900.8KN5)L=RSK/RSK·1m=1100480.1=1.876≅2.0m]]>Lo＝L+2.0＝2.0+2.0＝4.0m6)H＝2d＝2×0.8＝1.6mφ＝d＝0.8m
权利要求
1.一种变径灌注桩剪应力等于零设计法，其特征在于，该设计方法乃是基于土力学中的库伦定律，根据必备的条件和资料，利用库伦公式直接计算桩的端阻和侧阻，最终确定变径灌注桩的变径段桩长、桩全长、桩孔径、垫层尺寸等参数；该方法的实施步骤如下1)审查土质条件是否符合下列要求场地土为一般粘性土或湿润性黄土；天然含水量ω≤30％；液性指数IL＝0-0.75；2)根据工程地质勘察报告和建筑物荷重设计绘制出建筑物桩位图，确定桩数n和各单桩竖向承载力设计值RR=Qn]]>式中，Q-建筑物荷重，KN；n-桩数，根；3)基于公式R＝Rsk+Rpk进行下列计算①求出端阻力(即垫层顶面阻力)RpkRpk＝Ap.PA式中，垫层顶部横截面积AP＝πr2，m2；r-桩孔半径，m；PA-垫层制做加载力，KPa，在800-1200KPa内选定；②求出变径段1m高桩侧摩阻力Rsk.1m；式中，1m高桩侧表面积As＝πd1×1.0，m2；d1-变径段桩径，d1＝d+2Δr，d-孔径；Δr-桩孔半径扩张量，据经验给出；τs-变径桩侧单位更积上的摩阻力，KPa，τs＝σ·tan·Kb，其中，σ-孔壁土加载力，KPa，在800-1200KPa内选定；＝18--30°，桩间土内磨擦角；Kb振动杆水平向力损失系数，Kb＝0.25-1.0；③求出变径段桩长L(m)L＝Rsk/Rsk.1m式中Rsk＝R-Rpk，KN；④求出桩全长Lo(m)Lo＝L+2.0⑤求出垫层尺寸垫层厚度H＝(2-3)·d，m；垫层孔径Φ＝d，m式中，d-桩孔径，m，在Φ460、Φ600、Φ800、Φ1000中选取其一。
全文摘要
本发明涉及一种用于建筑业的变径灌注桩剪应力等于零设计方法。该方法乃是基于土力学中的库伦定律,根据必备的条件和资料,利用库伦公式直接计算桩的端阻和侧阻,最终确定变径灌注桩的变径段桩长、桩全长、桩孔径、垫层尺寸等参数。此种设计方法采用库伦公式直接计算桩端土和桩侧土的抗剪强度,摒弃了现有桩基设计中的一系列繁杂手续和系数,所设计的桩基参数能真实反映土体的实际情况,因而更加准确可靠,从而可以保证变径灌注桩制作及建筑物施工的高质量,宜于推广应用。
文档编号E02D5/22GK1376834SQ02109560
公开日2002年10月30日 申请日期2002年4月24日 优先权日2002年4月24日
发明者张永久 申请人:张永久