浅议钻孔灌注桩的单桩承载力

何伦海

摘要：通过工程设计的两组四枚钻孔灌注桩的静载荷试验，分析钻孔灌注桩的单桩承载力，判断单桩的端承力与侧摩阻力，并与勘察报告比对，认为相同的土层在不同深度可以有不同的侧摩阻力，下部土层的侧摩阻力可适当提高。并建议减少基桩的其长径比。
关键词：钻孔灌注桩 静载试验  端承力   侧摩阻力
一、概述
１工程简介
宁波市商会国贸中心位于宁波南部商务区核心地带，整体建筑由主楼、附楼及沿水街商业用房各一幢组成，总占地10800平方米，总建筑面积11.3万平方米，其中46层的办公主楼高228米，是目前建设中的宁波市第一高楼。大楼建筑外观挺拔端庄，内涵庄重典雅，已成为宁波市的地标性建筑。

２工程地质概况
根据该工程的勘察报告，其场地的地层概括如下表：
层号 土名称 层顶埋深(m)
最大～最小 层厚
（m） 钻孔灌注桩
    qsia
(kPa) qpa
(kPa)
1-1 杂填土 0.00～0.00 1.10~0.40 4
2-1 粘土 1.10～0.00 1.70~0.30 15
2-2 淤泥 2.80～0.70 4.00~1.40 5
2-3 淤泥质粘土 4.70～3.00 2.40~0.60 6
2-4 淤泥 6.10～3.60 8.80~3.70 6
3-1 淤泥质粘土 13.00～8.00 3.90~1.10 7
3-2 淤泥质粉质粘土 14.80～9.20 6.40~1.90 8
4-1 粉质粘土 18.60～13.40 5.80~1.30 12
4-2 淤泥质粉质粘土 22.00～15.40 7.20~1.50 8
4-3 淤泥质粘土 26.10～16.90 16.10~8.70 9
5-1 粉质粘土 36.60～32.00 3.30~0.80 25
5-2 中砂 39.60～33.90 6.00~2.00 35
6 粉质粘土 40.50～36.90 14.80~9.70 20
7-1 砾砂 53.10～49.20 8.40~1.40 40 1200
7-2 粉质粘土 56.90～53.00 7.30~0.70 26 700
7-3 细砂 60.10～54.30 5.10~1.00 32 1000
8-1 粘土 61.80～55.50 6.20~0.50 28 750
8-2 粗砂 64.80～58.20 7.20~0.90 40 1600
9 粘土 66.30～63.60 7.00~0.60 28 800
10 角砾 69.30～65.10 4.70~2.20 44 2000
11 粉砂岩 71.80～68.00 / 55 2500
根据本工程的场地的特点，选取主楼及商业用房两处作试桩。

３ 试桩设计及施工情况见下表
试桩设计桩长为72.0m，，设计桩径均为800mm，试桩砼设计强度等级为水下C30。

试桩设计施工情况表
序号 项目名称 试1＃ 试2＃ 试3＃ 试4＃
1 成桩类型 钻孔灌注桩 钻孔灌注桩 钻孔灌注桩 钻孔灌注桩
2 桩径（mm） 800 800 800 800
3 桩长（m） 72.0 72.0 72.0 72.0
4 桩身强度 C30 C30 C30 C30
5 单桩承载力特征值（kN） 5500 5500 5500 5500
二、单桩竖向抗压静载荷试验
1 试脸方法
试验采用堆载平台—反力架装置，堆载平台为圆形伞型架，堆载材料为袋装黄砂，伞型架中心钢管柱与油压千斤顶、试桩中心垂直一致。
加压由高压油泵输出高压油经千斤顶加压，桩顶压力由置于油路上的传感器将压力信号转换成电信号输给其配套的压力显示仪，仪器直接显示荷载值（kN）。
桩顶沉降测量由对称布置于试桩顶部两侧的大量程位移传感器监测，静载仪器自动加载并记录数据。
加载方法：慢速维持荷载法，执行标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106—2003）。
2 测试结果与分析
（1）测试结果
根据试验所加荷载Ｐ、试验相应加载的时间t和对应的沉降量S，绘制P～S曲线，S～lgP曲线和S～lgt曲线。因４枚试桩曲线均为缓变型，并由规范（JGJ 106—2003）均可判断其极限荷载，其值均能满足要求。
（2）极限摩阻力、极限端承力的推算
　　利用S～lgP曲线，可将极限承载力区分出极限摩阻力和极限端承力，具体作法是将以极限荷载为起点的直线段延长与横坐标相交，其交点与坐标原点间的荷载值即为极限摩阻力，剩余部分为极限端承力。
三、试桩应力测试
1 试验目的
在试桩的加、卸载过程当中，对桩身轴力进行连续动态测试，目的在于分析桩-土系统桩侧阻力、桩端阻力的发挥请况及发展过程，同时利用桩顶位移观测资料及应力测试结果对试桩的各截面前位移发展进行分析。
2 数据处理
经过一系列复杂的数据计算和数据处理后最终得到了试桩断面轴力图、摩阻力图以及断面沉降图。
3 成果分析
（1）各试桩侧阻力fu及桩端土反力Ru见下表。
各试桩的侧阻力端承力一览表          单位：kN
试桩号 试1＃ 试2＃ 试3＃ 试4＃
桩侧、桩端 fu Ru fu Ru fu Ru fu Ru
承载力
（kN） 推算值 10250 750 10300 700 10220 780 10200 800
实测值 10590 410 10670 330 10178 822 10143 857
实测值比例（％） 96  4  97  3  93 7 92 8
从表中实测数据可以看出，摩擦桩前桩端反力所占比例极小，远未达到设计的桩端承载力。
（2）实测数据显示，桩侧摩阻力大小与勘察报告提供的参数值及根据规范和土层分类、物理性质有出的测阻力不尽相同，主要表现为：
①桩柱体上部（约20m以内），各土层的极限摩阻力试验测试值与勘察报告值基本吻合；
②桩柱体中下部，各土层的实测实测得极限摩阻力值较勘察报告值偏大，约增加15～20％；
③桩底部，侧摩阻力实测值与勘察报告值基本吻合；
由此可见：在不同位置土层的侧阻力发挥与桩顶沉降之间的关系是上部土层侧限力发挥仅需较小的桩顶沉降，一般桩顶沉降在5～7mm时，侧阻力已充分发挥；而中下部侧阻力则随桩顶沉降是不断增加的趋势；桩端的侧阻力似乎在极限状态下，但仍可认为未充分发挥。
（3）桩端承力的实测值明显偏低，钻孔灌注桩在使用阶段工作状态下桩顶沉降很小，一般在5～8mm左右，砼处于弹性压缩阶段，而端阻力的完全发挥需要更大的沉降，但一般的结构体是不容许有较大的沉降，其实大部分的基桩对端承力均远没达到地基土的强度，产生其主要原因可归纳为：
①基桩长径比较大，对端阻力的发挥会有影响。
②端部反力的发挥除了与本土层的性质有关外，钻孔后的沉渣厚度对端承力的发挥也有较大的影响，因此改进施工工艺对控制沉碴厚度，提高桩的端阻力是十分有利的。
（4）从桩顶及各测试断面沉降资料可明显看出，桩体的弹性压缩变形均较小，各截面的沉降特征表现主要为桩—土体系间的相对滑动。
四、建议
(1)桩基础作为承重结构，在目前的工程建设中应用非常广泛，其理论日趋成熟，但其长径比≥50的长桩，其长径比越大，实际承载力与理论承载力相差越大，因为长径比的增加大大降低了桩端承载力的比例，桩身上部土层发生相对滑移，而下部土层还未达到极限状态，从而降低了桩的承载力，设计上应优先选用长径比较小的基桩；
（2）在临界深度范围内，粘性土埋深越深，在土层自重应力作用下，其侧阻力应该越大，即同种土层，在不同深度，应该有不同的侧摩阻力。因此在桩身质量保证的前提下，其长径比较大的单桩承载力往往比理论计算会高许多。