(1)格氏公式
式中e --打桩最后阶段平均每锤的贯入度,cm;
n --桩及桩垫材料系数,无桩垫时,n=0.5;
ε --恢复系数,无桩帽时ε2=0.25;
Q --锤重,kN;
q --桩、桩帽、桩锤的非冲击部分重量,kN;
H --落锤高度,cm;
A --桩的横截面积,cm2;
m --安全系数,永久建筑为2;
Rk --单桩承载力标准值,kN。
根据现场设备情况和设计要求,有关参数取值为:
Q=30kN, q=26kN,A =1.810cm2,H=100×0.8=80cm,Rk=600kN
将有关数据代入格氏公式后得:
e=0.54cm/击
(2)广东打沉管灌注桩公式
式中 e--打桩最后阶段平均每锤的贯入度,cm;
Q--锤重,kN;
H--落锤高度,m;
A--参数,桩径ø=480mm, A=9;
B--参数,桩径ø=480mm, B=120;
N --总锤数,此时取800锤;
Rk--单桩承载力标准值,kN。
将有关数据代入广东打沉管灌注公式后得:
e=0.18cm/击
由上述计算结果可知,广东公式要求较之更加严格。该地成功经验为:对于桩径ø=480mm、设备锤重为30kN、设定锤落距为1.0m情况,最后三阵锤击,每阵10锤,贯入度<6cm。综合考虑计算结果和当地成功经验,设计规定,最后三阵锤击,要求贯入度控制在6cm/10击以下。
但在实际施工中,桩管打至设计标高时,大部分桩贯入度都超过了设计要求,个别桩多达22~50cm/10锤,距设计要求相差很大。为了减小贯入度,对于部分贯入度较大的桩采用了灌砂复打,挤密砂土的新方法。考虑到本小区桩基工程量大,基桩总数约为3 000余根,为了工程安全和节省投资,并为后续施工提供依据,为此对贯入度较大的以及经灌砂复打的桩,选择了6根桩进行了静载测试,有关数据如表2、3。
因为此次静载测试目的并不是做桩的破坏试验,所以最大试验荷载以满足设计要求为限。至最大试验荷载时,没有出现极限特征。
从测试试验结果看出:(1)该地区的灌注桩沉管贯入度实际值是设计值的2~8倍(至设计标高时),这时即使不加长桩长或复打,桩的承载力也完全能达到设计要求。可见贯入度设计值偏小。(2)对于贯入度特别大的3号桩,经灌砂复打,测试结果表明,桩的承载力也能达到设计要求,且最大沉降量仍未超过规范极限值。可见,若严格控制贯入度不甚合理,
分析其原因有以下几点:
(1)由于构造上的原因,锤击式沉管灌注桩的预制桩靴比桩管外径大6~8cm,施工时,土对桩管的挤压力减少使桩管下沉阻力减少,因而使沉管贯入度增大。
(2)成桩后灌注桩的实际桩径往往比管径大6%~7%,这是因为桩靴直径较大所致。由于实际桩径扩大使得桩的承载力相应增加,因此尽管施工时的贯入度相对较大,但静载试验加载至最大荷载时沉降量仍然较小。
(3)灌注桩的实际桩身表面是凹凸不平的,桩身混凝土与周围土互相咬合,致使土的摩阻力较预制桩大,且施工时桩管的摩阻力小于成桩后的摩阻力。
(4)沉管时由于连续锤击震动,土体内摩擦角变化很大。而在桩身灌注混凝土28天后,进行静载试验时,土体结构基本稳定,承载力有一定幅度提高。
(5)灌砂复打对桩周土和桩端土进行了挤密,使桩侧摩阻力提高,桩端土的强度提高。
(6)打桩公式适用于预制桩和钢管桩估算其打桩阻力,将它用于沉管贯入度的计算只是权宜之计。经过综合分析试验结果,以及其成因分析,认为可以适当加大贯入度的设计值。为了安全起见,后续桩的贯入度控制在2倍设计值范围内;个别贯入度较大的桩,采用灌砂复打的方法,将其控制在相同范围内。该项工程竣工已近6年,运行正常。这说明当时贯入度控制原则是安全合理的。
4结论
(1)对于砂土地基,采用灌砂复打,充分利用其挤密效应,是一种经济有效地减小贯入度的方法。