🦘走进澳洲 - 澳大利亚桩基规范简介(一)

文摘   科技   2024-10-13 23:58   澳大利亚  



导言


澳大利亚的桩基要如何设计?如何施工?如何检测?


澳大利亚(澳洲)的规范体系中与桩基直接相关的便是:AS2159 Piling - Design and installation。与之密切相关的规范有:
  • AS1170 Minimum design loads on structures 荷载规范;
  • AS1726 Geotechnical Site Investigations 勘察规范;

  • AS2870 Residential slabs and footings 浅基础规范;

  • AS5100 Bridge design 桥梁设计规范。


这本规范总体上还是框架性的,它规定了基本的考虑因素(从大的方面如整体设计要考虑哪些,到小的细节如折减系数要考虑哪些等),基本的方法(如承载力的计算方法,结构验算方法,耐久性验算方法等)和基本的要求(岩土、结构、耐久性、施工、检测等分别要达到什么要求)。诸多细节并没有展开介绍和作详细规定,可以说给工程师的发挥留出了很大空间,也让新手的使用门槛变得比较高。

插句题外话,澳洲颇有多位世界知名的岩土学者,如Harry Polous和Mark Randolph,在桩基领域都做出过杰出贡献。文末附有两位大师的桩基著作下载链接。


规范共八章和五个附件。由于时间的关系,计划分三篇介绍。第一篇介绍前四章:基本规定、勘察、设计要求和流程,以及岩土设计;第二篇介绍五六七章:结构设计、耐久性设计,以及材料和施工要求;第三篇介绍第八章和附件,主要是桩基检测。

1. 第一章&第二章

第一章第一节规定了本规范的适用范围:陆地和近岸的非桥梁桩基。本章其余部分便是引用规范、术语、符号,和桩的分类。分类可以有很多种分法,这本规范是以是否挤土为第一维度。这里提一个小细节,即预制桩的英文,这里用的是performed,而不是更常见的precast 或 prefabricated。

第二章仅就勘察需要考虑的因素作了说明,具体的如钻孔数量、深度布置,取样,原位测试和室内试验等,未详尽规定。勘察的操作可参照AS1726.

2. 第三章

本章规定了设计总体要求、荷载及组合。
总体要求无外乎这三个方面:
  • 极限强度要求 design for ultimate strength. 英文的表述很严谨地道,一起欣赏下:"Ultimate strength: The limit state at which static equilibrium is lost or at which there is a failure of the supporting ground or structural elements(极限状态指静力平衡丧失,或地基抑或结构部件破坏-以至丧失功能-的状态). To be of adequate ultimate strength, the probability of structural or geotechnical failure of the piles shall be acceptably low throughout the intended design life of the structure(足够的极限强度的含义是,桩基结构或岩土破坏的概率在设计寿命期内足够的低). The ultimate strength of pile shall be checked for both structural and geotechnical adequacy(因此,我们需要就结构和岩土设计的充裕/冗余性验算)."
  • 使用状态要求 design for serviceability。
  • 耐久性要求 design for durability。

  • 荷载
荷载的要求主要来自AS/NZS1170. 与桩基或者岩土相关的几项值得特别注意(也是很常规的):
  • 桩基的运输、吊装(规范特别提到吊装的荷载分项系数取1.5)和打桩;
  • 地基的负摩阻、膨胀土、横向位移、卸载等;
  • 相邻桩基或建筑物的影响。

  • 荷载
按强度设计的荷载组合。常见荷载组合如下:

特别地,由于负摩阻引起的荷载×1.2的分项系数。

按使用状态设计的荷载组合需考虑短期效应和长期效应两种情况。


3. 第四章:岩土设计

本章值得细致介绍。

  • 岩土参数评
这其实是很难的地方,难在不好定量或系统地表述,也正是工程师的经验和水平分野之所在。要考虑哪些因素就不罗列于此了,仅提其中比较有意思的两点供读者参考。
  • 应考虑应力水平。The ranges of in situ and imposed stresses likely to be encountered. Many soil parameters are not constants, but depend on factors such as the level of stress or strain, the mode of deformation, drainage conditions, and time.
  • 并非所有的参数都是越小越保守。It should be recognized that a low value of a geotechnical parameter is not always necessarily a conservative value. For example, in cases involving pile driveability (此时更高的土体强度是更保守的), dynamic earthquake loads or negative skin friction and other loads due to ground movements (更高的自重), conservatism may require the selection of a high value of a particular parameter.

  • 度设计基本原则

分项系数设计方法的总要求仍为,式中设计岩土承载力,即折减后的极限岩土承载力。该岩土折减系数的表达式为:

为基本岩土折减系数;


表达式中的第二项为承载力测试对折减系数增大的贡献。

为桩基承载力的固有测试系数,与测试类型有关:

  • =0.9,静载试验;
  • =0.75, 小应变试验(rapid load testing);
  • =0.8, 大应变试验(dynamic load testing);
  • =0.75, 非预制桩的大应变试验;
  • =0.85, 自平衡试验(bi-directional load testing),从系数上可见其可靠性被认为仅次于常规静载试验;
  • =, 无试桩。

则为与试桩数量相关的系数:

  • =, 静载或小应变试验;
  • =, 大应变试验。
  • 为成功的试桩比例的百分数。

关于基本岩土折减系数的确定,规范给出了具体的考量因素和步骤。拢共分三步:

  • 第一步,对表4.3.2(A)中给出的涉及场地特征、桩基设计和施工信息等的各项风险(individual risk rating, IRR)打分,1-5分对应风险由最低到最高;


  • 第二步,计算第一步中所得IRR的加权平均分,得到总体设计的平均风险评级(average risk rating, ARR);


  • 第三步,根据ARR和系统冗余程度,确定基本岩土折减系数。系统冗余程度被分成了两类,包含四根以上桩的群桩桩筏基础为高冗余,低于四根的群桩,承受高荷载的单桩,抑或大间距的群桩基础为低冗余。


  • 强度设计具体要求

抗压承载力

抗压承载力的公式即

桩侧面积的计算中,在没有资料和数据的情况下,可假定从地面向下1.5倍桩径深度范围无摩阻。在有循环横向荷载的情况下,由于靠近地表处桩和土可能会分离,更应认真考虑无摩阻的范围。桩竖向压屈的可能性也应考虑。

抗拔承载力

对于无扩大头的桩:

对于有扩大头的桩,取以下二式中的较小值:

式中,即桩底土的抗拉强度,为扩大部分所对应的抗拉能力。也就是看在不同的桩中,受拉的情形下,是底部先脱离还是侧面先破坏,不管哪个先破坏,剩下的一个都不足以单独和自重平衡拉力。

在规范对抗拔承载力的描述中,有点值得一提,即锥形桩(tapered pile)在受拔时其侧阻的减小尤为显著。

横向承载力

对于横向受力的桩的承载力,也主要有两种情形需要考虑,即:

  • “短桩”破坏模式,即桩侧的土充分扰动,横向抗力被充分发挥;
  • “长桩”破坏模式,即桩侧土的破坏很有限(局限于近地表处),而结构上的抗弯能力是瓶颈。

群桩承载力

群桩的承载力无非也是取单桩承载力之和与桩土整体承载力的较小值。计算时要考虑的因素无非:

  • 桩间距,规范建议桩间距2.5倍桩径;
  • 桩侧土的沉陷或膨胀;
  • 桩端下是否有软弱持力层;
  • 承台或者筏板基础底部土的分担作用。

当承台下的土参与分摊荷载时,群桩的承载力判断与国内规范较为不同。此规范考虑这二者中的较小值:

  • 由单桩承载力之和与承台下净接触面所提供的承载力相加所得承载力;
  • 由群桩所包裹的整体的承载力和承台下此整体之外的接触面的承载力相加所得承载力。

正常使用状态的设计要求由于较少涉及,故不赘述。



4. 小结&资料下载

可以看到,AS2159较为偏概念介绍,可与国内规范相比拟的公式即参数细节不多。第二篇讲着重介绍结构设计(相对于岩土涉及)、材料和施工,欢迎关注。


文中提到的两本书的下载链接:

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链接:https://pan.baidu.com/s/1_ya6sD52Lq_OYBcZtxpudw?pwd=8339

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作者:XY


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