一种钻孔灌注桩承载力计算方法与流程

1.本发明涉及建筑技术领域，具体涉及一种钻孔灌注桩承载力计算方法。


背景技术：

2.桩基础因为存在承载力高、稳定性好、沉降量小而均匀等诸多优点，被广泛的用于桥梁、高楼大厦等的建设当中。桩基础是通过承台把若干根桩的顶部联结成整体，共同承受动静荷载的一种深基础，而桩是设置于土中的竖直或倾斜的基础构件，其作用在于穿越软弱的高压缩性土层或水，将桩所承受的荷载传递到更硬、更密实或压缩性较小的地基持力层上。钻孔灌注桩是桩的一种，是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。
3.钻孔灌注桩的承载能力主要取决于桩侧、桩端土壤的物理力学性质和桩与周围土壤之间的相互作用。钻孔灌注桩在施工过程中混凝土会向桩周土壤内部扩散，提高桩周土壤的粘聚力和内摩擦角，进而提高桩基的承载能力，传统的设计计算方法未考虑该部分土壤参数的提高，造成实际承载力计算结果偏小。如何提供准确的一种钻孔灌注桩承载力计算方对于桩基设计具有至关重要的作用。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种钻孔灌注桩承载力计算方法，解决背景技术中提出的至少一个技术问题。
6.(二)技术方案
7.本发明采用的技术方案是：一种钻孔灌注桩承载力计算方法，所述方法包括：
8.获取工程场地内不同深度处的土样；
9.根据取土深度确定室内试验的混凝土浆液渗透压力；
10.利用渗透装置制备不同深度处的桩土过渡带试样；
11.对制得的不同深度处的桩土过渡带试样进行养护；
12.利用高清数码相机获取不同深度处桩土过渡带试样的混凝土浆液渗透图像；
13.对桩土过渡带图像进行处理获得不同深度处桩土过渡带宽度；
14.拟合获得桩土过渡带宽度随场地土深变化的函数关系w(l)；
15.基于所述函数关w(l)系获得钻孔灌注桩在桩身埋置深度范围内的等效扩散宽度d；
16.基于所述函数关系w(l)和等效扩散宽度d获得钻孔灌注桩等效直径d
′
；
17.获得钻孔灌注桩竖向极限承载力计算公式，基于所述承载力计算公式计算钻孔灌注桩承载力。
18.优选的，所述混凝土浆液渗透压力等于混凝土浆液重度与取土深度的乘积。
19.优选的，所述渗透装置包括：
20.模型箱，所述模型箱内部填充有土壤，所述土壤为从工程场地内不同深度处获取的土样；
21.圆柱孔，所述模型箱的土壤内部垂直于所述模型箱底部设置有所述圆柱孔，所述圆柱罩的高度与所述模型箱的深度一致；
22.加压装置，所述加压装置能够对所述圆柱孔内部的混凝土浆液进行加压。
23.优选的，所述对桩土过渡带试样进行养护为控制现场的温度和湿度后静置。
24.优选的，所述不同深度处的桩土过渡带宽度w为对桩土过渡带图像进行二值化处理后计算求得：w＝s/h；
25.其中s为桩周浆液扩散面积；h为试样高度。
26.优选的，等效扩散宽度为：
27.其中w(l)为桩土过渡带宽度w与桩周埋深l的函数关系；l1为桩顶埋深；l2为桩端埋深。
28.优选的，所述灌注桩等效直径等于桩身周围浆液平均宽度加上原始桩径求得，即：
29.其中，d
′
为灌注桩等效直径；d为灌注桩原始直径。
30.优选的，所述钻孔灌注桩竖向极限承载力计算公式：
[0031][0032]
其中，q
sik
为桩周极限侧摩阻力标准值；q
pk
为桩端极限阻力标准值。
[0033]
(三)有益效果
[0034]
本发明提供了一种钻孔灌注桩承载力计算方法，与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0035]
1、本发明实施例提供的一种钻孔灌注桩承载力计算方法，包括获取工程场地不同深度处的土样；确定室内试验的浆液渗透压力；制备不同深度处的桩土过渡带试样；根据现场施工条件对桩土过渡带试样进行养护；通过图像处理软件得到不同深度处的桩土过渡带宽度；绘制桩土过渡带宽度随着场地土深度增加的变化关系并进行拟合得到函数关系；基于该函数关系得到考虑桩土过渡带宽度的灌注桩等效直径；获得考虑桩土过渡带宽度的灌注桩竖向承载力计算公式。该方法充分考虑了钻孔灌注桩实际施工过程中混凝浆液入渗土壤的过程，能更加精准的计算钻孔灌注桩的竖向承载力，有效避免了传统计算方法未考虑桩土过渡带造成计算获得的竖向承载力偏小的问题。
附图说明
[0036]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
[0037]
图1为本发明实施例的渗透装置；
[0038]
图2为本发明实施例的渗透装置加压后的示意图；
[0039]
图3为本发明实施例桩周浆液扩散示意图；
[0040]
图4为本发明实施例4m处位置处土样剖面二值化前的示意图；
[0041]
图5为本发明实施例4m处位置处土样剖面二值化后的示意图；
[0042]
图6为本发明实施例浆液扩散宽度与土壤深度的拟合函数；
[0043]
其中模型箱1、土壤2、圆柱孔3、加压装置4、密闭活塞5。
[0044]
具体实施方法
[0045]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明：
[0047]
桩基础的承载能力主要取决于桩侧、桩端土壤的物理力学性质和桩与周围土壤之间的相互作用。桩周土壤是多孔介质且可压缩、可变形，在灌浆的过程中会有部分混凝土沿着土中的孔隙向周边土壤扩散，形成桩土过渡带，且桩土过渡带在灌注桩桩侧、桩端的分布因土层孔隙、可压缩性以及浆液所受应力等的差异而存在差别。混凝土向桩周土壤内部扩散，会提高桩周土壤的粘聚力和内摩擦角，进而提高桩基的承载能力。设计桩基时考虑桩土过渡带浆液的扩散会使得对于桩基承载力的计算更为准确，同时可以节省一定的材料，更为环保经济。基于此，本发明实施例提供一种钻孔灌注桩承载力计算方法，具体如下所述。
[0048]
具体实施案例，如图1-图6所示：
[0049]
第一步：获取桩周不同深度处的土样，从工程场地地面下4m、8m、12m、16m分别获取原状土样，并用塑封膜包裹运回实验室；所述场地取土深度应能覆盖钻孔灌注桩桩顶至桩底埋深范围；
[0050]
第二步：根据取土深度确定室内试验的浆液渗透压力；混凝土浆液的自重一般为25kn/cm3，由此可得地面下4m、8m、12m、16m处桩周混凝土的渗透压力分别为100kpa，200kpa，300kpa，400kpa；
[0051]
第三步：利用渗透装置制备不同深度处的桩土过渡带试样；将第一步取的土样分层填入到渗透加压装置的模型箱1中，在填土过程中将圆柱罩(圆柱罩为有机玻璃，有机玻璃外部打毛)置于模型箱1中，将土壤2填入玻璃罩和模型箱之间；待填土过程全部完成后，将圆柱罩撤除，中间即形成一个圆柱孔3；将混凝土浆液灌入至圆柱孔3中，并使用加压装置4对其进行加压渗透，渗透压力按照第二步确定的施加。加压装置4和圆柱孔3连接处设置密封活塞5。
[0052]
第四步：根据现场施工情况对制备完成的桩土过渡带试样进行养护；所述对桩土过渡带试样进行养护的温度和湿度根据现场施工环境确定，如现场的温度为20℃，湿度为95％，养护天数为28天，则将制备而成的桩土过渡带试样置于养护箱内按照同样的条件进行养护；
[0053]
第五步：绘制桩土过渡带宽度随着桩深增加的变化关系并进行拟合得到函数关系；以4m处的桩土过渡带图像为例，如4，w1和w3分别为最大扩散宽度和最小扩散宽度，通过计算机软件对其进行二值化后获得图5，具体的不同深度处的桩土过渡带宽度w通过利用image pro plus软件对桩土过渡带图像进行二值化处理后计算求得，其中w＝s/h；s为桩周
浆液扩散面积；h为试样高度，如图3。
[0054]
利用计算机软件识别最大扩散宽度w1宽度内黑色区域面积s(混凝土扩散部位面积)，则黑色区域混凝土浆液的平均扩散宽度为w＝s/lh，最终求得场地地面下4m处的混凝土桩土过渡带宽度为8.22mm；同理求得场地地面下8m处的桩土过渡带宽度为16.04mm；场地地面下12m处的桩土过渡带宽度为17.7mm；场地地面下16m处的桩土过渡带宽度为29.56mm。对数据进行拟合可以得到地面下16m范围内的桩土过渡带w和桩周埋深l的函数关系如图5所示，函数关系为w＝1.7637l。
[0055]
第六步：试验得出的混凝土浆液扩散函数为线性函数，基于等效扩散宽度的计算公式得到则得到桩长范围内的桩土过渡带平均宽度为进一步基于钻孔灌注桩等效直径公式则得到考虑混凝土浆液宽度后的灌注桩等效桩径为原始桩长加上两倍等效桩长其中，d
′
为灌注桩等效直径，考虑桩土过渡带宽度；d为灌注桩原始直径，未考虑桩土过渡带宽。以桩长12m、桩径600mm的灌注桩为例，其桩周浆液的平均扩散宽度为10.58mm，则可得考虑混凝土浆液宽度后的灌注桩等效桩径为621.16mm；若桩长为15m、桩径300mm的灌注桩，则其桩周浆液的平均扩散宽度13.23mm，则考虑混凝土浆液宽度后的灌注桩等效桩径为626.46mm。
[0056]
第七步：常规的灌注桩承载力计算公式为：
[0057]
式中d为灌注桩原始直径，未考虑桩土过渡带的宽度，将式里的d用本方法得到的等效桩径替代后则得到考虑桩土过渡带宽度的灌注桩承载力计算公式为：
[0058]
利用该公式可以对本地区灌注桩的竖向承载力进行预测计算，式中l1和l2分别为桩顶和桩端埋深。
[0059]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0060]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。