大直径后注浆灌注桩可靠度分析.ppt

岩土工程可靠度分析课程报告,大直径后注浆灌注桩承载力可靠度分析,文献综述,可靠指标的计算原理,工程实例计算,概率极限状态方程,结论,文献综述,1.1 大直径后注浆灌注桩基本理论,后注浆定义：钻孔灌注桩在成桩后，通过预埋的注浆管用注浆泵将水泥浆液通过渗入、劈裂、填充、挤密等作用与桩体周围土体结合,固化桩底沉渣和桩侧泥皮,，从而起到提高桩承载力、减少沉降量等效果。1 2,后注浆灌注桩增强机理：固化效应：使桩底沉渣、桩侧泥皮被固化，并伴随轻微的扩底、扩径。充填胶结效应：在粗粒土中降液渗入粒隙使土颗粒胶结，改良土层工程特性，提高承载土层强度。加筋效应：在细粒土中产生劈裂效应，在基桩桩周一定范围内的桩周、桩端土中形成浆脉，并与基桩连成一体，共同作用，以提高基桩承载能力。3张忠苗，何景愈等4通过对通过杭州某工地6根大直径后注浆灌注桩的现场试验研究了软土地区桩端后注浆桩的尺寸效应特性以及后注浆对尺寸效应的影响，结果显示后注浆对桩侧泥皮的固化、压密等作用减小了尺寸效应对侧阻的影响；而浆液上返高度以外的上部土层，侧阻尺寸效应显著，用规范推荐的方法计算注浆桩侧阻尺寸效应系数偏于不安全。,文献综述,高飞，沈晓梅5依据上海地区某工程试桩竖向抗压静载试验结果，通过对基桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性以及桩侧阻力、桩端阻力发挥特性的分析研究，揭示了桩底注浆对基桩承载性状的影响情况，深入探讨了上海软土地区大直径超长后注浆灌注桩的荷载传递机理和竖向承载性状。,程晔，何小元等6 针对超长大直径钻孔灌注桩桩端沉渣的问题，进行了桩端后注浆新工艺的试验研究，取得良好效果，并成功运用于工程实践。利用静载试验并结合其他试验手段，分析了桩端后注浆对超长大直径钻孔灌注桩承载性能的影响。,杨广岭7通过西安北站大直径灌注桩后注浆试桩试验结果，分析对比后注浆灌注桩单桩竖向承载力的提高幅度以及承载力估算值与实测值的差别，根据灌注桩后注浆现场施工出现的问题及处理过程，提出后注浆试桩时，优化后注浆参数是试桩的重要内容。,文献综述,1.2大直径后注浆灌注桩承载力计算,1.2.1建筑桩基规范推荐,式中参数详见建筑桩基技术规范8,对D800mm(大直径桩）考虑尺寸效应,桩侧阻，端阻尺寸效应系数,1.2.2公路桥梁设计规范推荐,式中参数详见公路桥梁设计规范9,文献综述,1.2.3张忠苗推荐法,侧阻，端阻增强系数,后注浆承载力增强系数,按侧阻，端阻分项增强系数计算,按总极限承载力增强系数计算,1.2.4按照桩端注浆体为圆球的扩底桩的计算法10,大直径桩桩侧，桩端阻尺寸效应系数,桩端注浆体水平投影面积,文献综述,1.3（大直径后注浆）灌注桩承载力可靠度研究,傅旭东，赵善锐（1996）根据9根钻孔桩桩底压力灌浆的实测资料，结合对灌浆法提高桩承载力的机理研究，提出了计算这种桩承载力的公式，并对采用此公式的钻孔压力灌浆桩的可靠度作了校核。分析结果表明，所提出的 承载力公式和实测值较吻合，并具有和普通钻孔桩相同的可靠度指标。11 邓志勇（2001）在提出的经验公式研究的基础上，建立了无量纲化的天津市钻孔灌注桩单桩承载力可靠度分析的极限状态方程，将单桩竖向承载力试计比作为随机变量进行统计分析，得出统计参数，以此分析天津市桩基结构的可靠度水准，并分析了可靠指标的影响因素。12 胡文君（2004）根据现场勘察提取的土样，室内土工实验所得的土性参数，在ANSYS软件中的可靠度模块下，应用非线性随机有限元理论，通过蒙特卡洛法对桩基的可靠度进行数值模拟，得出各个因素对桩基设计可靠度的影响程度，找出影响可靠度最敏感因素，分析结果反映各个因素的影响水平，从而有效地控制关键因素。13,文献综述,赵春风，徐超等（2004）利用随机场理论和可靠度理论，研究了获得钻孔灌注桩 统计特性的统计原则，对相关距离、桩截面尺寸、端阻力计算范围等在程序编制中的协调问题进行了研究，并对上海地区17个场地的46条CPT曲线进行了电算。在此基础上，利用完全可靠性分析方法求出了上海地区由CPT确定钻孔灌注桩承载力的分项系数。14 赵春风，严文彪等（2000）从标准推荐的表格入手来导出灌注桩侧摩阻力和端阻力的统计参数。然后根据抗力统计特性用JC法进行可靠度分析，得到可靠度指标。验证了用侧摩阻力和端阻力极限值确定预制桩单桩承载力的方法是可行性15。李典庆，鄢丽丽（2008）采用全概率理论将完整桩的失效概率和桩底含有沉渣的桩的失效概率有机地结合起来，得到了单桩的失效概率。采用基桩承载力折减系数来定量地考虑沉渣对基桩承载力的影响，并进一步推导了桩底含沉渣的基桩承载力偏差系数和变异系数的计算公式。结果表明桩底沉渣对桩的可靠指标具有明显的不利影响16。,概率极限状态方程,2.1一般结构极限状态的基本方程,桩的极限承载力,恒载效应,活载效应,大直径后注浆灌注桩的极限承载力R的影响因素十分复杂。桩周土的物理力学性质的变异性、桩的尺寸（大直径尺寸效应的影响）、土层厚度与土层分布的不确定性、成桩过程对桩周土的扰动，后注浆强度等都影响着桩的极限承载力。在考察随机变量时，原则上应考虑上述各种因素的影响。,2.2大直径后注浆灌注桩承载力极限状态方程,（1）,概率极限状态方程,但从目前所搜集的大部分资料来看，土层厚度的不确定性、土层物理力学指标的测定误差、成桩过程等对土层的影响等都无法做出定量分析，对于桩的几何尺寸，也基本上没有实测资料，因此只能将影响单桩极限承载力的各种变异性通过单桩极限承载力R 的变异性综合体现出来，可采用无量纲法：,2.2.1无量纲极限状态方程,在各种结构设计规范中，强度计算时极限状态设计公式一般为,结构抗力标准值,恒载效应标准值,活载效应标准值,安全系数,令活载与恒载效应比为,则有,（2）,（3）,概率极限状态方程,（1）式与（3）式比，有,令,得无量纲极限状态方程化为,（4）,（5）,可靠指标 仅与，的统计参数及活载效应与恒载效应的比值 有关。,2.2.2,的统计参数求取,R 可取为单桩静载试验所得的极限承载力，可取为经验公式法计算的极限承载力标准值，按下式确定：,（6）,简写为,概率极限状态方程,后注浆单桩极限承载力标准值,u-桩身周长；,后注浆非竖向增强段第j层土厚度；,后注浆竖向增强段内第i层土厚度：对 于泥浆护壁成孔灌注桩，当为单一桩端后注浆时，竖向增强段为桩端以上12m；当为桩端、桩侧复式注浆时，竖向增强段为桩端以上12m及各桩侧注浆断面以上12m，重叠部分应扣除。,分别为后注浆竖向增强段第i土层初始极限侧摩阻力标准值、非竖向增强段第j土层初始极限侧摩阻力标准值、初始极限端阻力标准值；一般用设计工程中地质报告的参数值，也可参考规范中附表推荐值。,分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数，一般根据地区经验取值，无经验时可按表1取值,大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，一般可按表2取值,概率极限状态方程,表1,表2,概率极限状态方程,从而可以由静载试验结果对无量纲随机变量,进行统计，用数理统计检验方法验证,其所服从的分布（一般为正态分布、对数正态分布、极值型分布中的一种）,可由查询建筑结构设计统一标准中的荷载统计分析部分得到。,服从正态分布N(l.060，0.074)，变异系数 G=0.070；,服从极值型分布，均值，标准差，变异系数因不同活载而异。,通过上面的式子在能够获得合理的基本随机变量分布与统计特征值的情况下，采用可靠度理论中计算方法进行可靠性分析，可以计算大直径后注浆灌注桩承载力可靠性指标。,可靠指标的计算原理,3.1 JC法的基本原理,计算可靠指标的方法有很多，如JC 法、映射变换法、实用分析法和蒙特卡洛（Monte Carlo）法等等。JC法是由Rackwitz和Fiessler所提出的，它适用于随机变量为任何分布下结构可靠度指标的求解。它已被国际安全度联合委员会(JCSS)所采用，我国的建筑结构统一标准也规定采用此法进行结构的可靠度计算。通过比较，本文选取JC法进行迭代计算。JC法的基本思路为：将随机变量Xi（i=1,2，n)原来的非正态用正态分布代替，但对于代替的正态分布函数，要求在设计验算点,处的累积概率分布函数CDF值和概率密度函数PDF值都与原来的,CDF值和PDF值相同。，由这两个条件，可求出当量正态分布的均值和标准差如下。,可靠指标的计算原理,可靠指标的计算原理,3.2 JC法求解可靠指标,的基本步骤,对极限状态方程,（1）选取初始迭代点，一般可取,（2）根据前述公式计算当量正态变量,（3）求方向余弦,可靠指标的计算原理,（4）求可靠度指标,（5）计算新的验算点：,（6）重复步骤2-5,直到满足精度要求 为止。得到最终的 值。,代入之前的极限状态方程（5），有,工程实例计算,由于大直径后注浆灌注桩承载力的可靠度计算实例较少见，在相应的论文中未发现可供计算的实测工程数据。现依据某一大直径灌注桩工程的相应数据改编后假定一大直径后注浆灌注桩工程进行计算。,4.1 工程介绍,某地区一办公楼，采用大直径后注浆灌注桩基础（3根桩长20m直径1000mm桩，3根桩长25m直径1200mm的桩，3根桩长30m直径1200mm的桩）。荷载效应组合采取恒载与办公楼楼面活荷载简单组合的形式。,4.2 统计参数确定,根据单桩极限承载力标准值计算经验公式（6），计算了9根大直径后注浆灌注桩的极限承载力Ruk，并和它们的极限承载力的静载试验实测值R 进行了对比，计算结果如下表,工程实例计算,工程实例计算,从上表看出，计算值和实测值较吻合，经计算求得,假设其服从对数正态分布，使用,拟合优度方法检验，,根据建筑结构设计统一标准得知,的概率分布和统计参数见下表,工程实例计算,4.3 可靠度指标的计算,在确定各随机变量的统计特性后，根据现行桩基规范，取安全系数K=2，在不同的活载与恒载之比,下，根据JC法的计算流,程，计算出该工程中大直径后注浆灌注桩承载力可靠度指标,结果如下表。,结论,（1）通过计算结果发现可靠度指标随荷载效应比 的增大而增大，但增量较小，这说明 对 的影响不大。（2）不同荷载组合对可靠度应该有较大影响，这里只计算了 荷载组合 下的可靠指标值，进一步工作可以采用另外两种组合方式计算结果进行比较。,（3）采用JC计算可靠度指标。将目标函数当量正态化而寻求最 优解，计算结果比常用的一次二阶矩法精度高、运算速度快。求解变量数愈多优势愈明显。,结论,（4）大直径后注浆灌注桩承载力可靠度分析基本过程与一般 桩基相同，只是在求取单桩极限承载力标准值时应考虑注浆的加强效应和大直径尺寸效应的影响。,（5）由大直径后注浆灌注桩承载力极限状态方程可知，可靠指 标 主要与安全系数K，荷载效应比值，荷载组合以及 的概型分布有关，,参考文献,1 吴祖咸，高子珺等.桩端后注浆大直径超长钻孔灌注桩承载力的试验研 究J.建筑技术，2010,41（10）：896897.2 张忠苗，唐朝文关于钻孔桩桩底后注浆的技术要点J.岩石力学与工程学报，2002，21(11)：1740-17433范小建，童金清.大直径后注浆钻孔灌注桩桩端承载性状分析J.常州工学院学报，2008,21:159-161.4张忠苗，何景愈等.软土中桩端后注浆大直径灌注桩尺寸效应试验研究 J.岩土工程学报，2011,33（2）：32-37.5高飞，沈晓梅.上海地区超长后注浆钻孔桩竖向承载力试验研究J.土木工程学报，2007，40：10-13.6程晔.超长大直径钻孔灌注桩承载性能研究D南京：东南大学土木工程学院，2005.7杨广岭大直径灌注桩后注浆施工及试验研究J石家庄铁路职业技术学院学报，2010，9(1)：40-44 8】JGJ 94-2008建筑桩基技术规范【S】2008,参考文献,9 JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范 S.10朱向荣，张寒钻孔灌注桩桩端后注浆单桩极限承载力研究J.建筑科学，2006，22(6)：18-21.11傅旭东，赵善锐.桩底压力灌浆的钻孔桩承载力的可靠度计算J.工程力学增刊，1996,：696-69912邓志勇.钻孔灌注桩竖向承载力及可靠度的研究D.天津：天津大学土木工程学院，2001.13胡文君.软土地基中成孔灌注桩的可靠度分析青岛：中国石油大学,200714赵春风，高大钊.上海地区由CPT确定钻孔灌注桩承载力的分项系数研究J.土木工程学报，2004，37（7）：78-81.15赵春风，严文彪.钻孔灌注桩极限承载力的可靠性分析A.中国公路学会桥梁和结构工程学会 一九九年桥梁学术论文集C16李典庆，鄢丽丽考虑桩底沉渣的灌注桩可靠度分析方法J岩土力学，2008，29(1)：155-160,