浅析混凝土钻孔灌注桩的承载力检测

1、浅析混凝土钻孔灌注桩的承载力检测    摘要:混凝土钻孔灌注桩，因承载力高，抗震性好、施工噪音小、可以解决特殊地基沉载力等诸多优点，适用于各种土质，有较为广泛的应用。本文主要针对我公司在对广东省某大桥工程中试验桩承载力检测进行的分析。 关键词：混凝土；钻孔灌注桩；承载力检测 混凝土钻孔灌注桩是桥梁结构常用的基桩形式之一,钻孔灌注桩技术在工艺上也取得了长足的进步，大直径、深孔桩的应用也越来越普遍。而灌注桩在成孔和灌注混凝土等施工过程中都会因施工工艺、地质条件、桩型尺寸等不同而影响其承载力。本文简要介绍了某桥梁工程中大直径钻孔灌注桩的承载力检测试验过程，并分

2、析了影响超长大直径钻孔灌注桩承载力的主要因素。 1工程概况 广东省某大桥主桥基础拟采用混凝土钻孔灌注桩，桩径2200mm，预估单桩竖向抗压承载力特征值20000KN，桩入土深度105m，处于粘性土层中。为了确定该桩的竖向极限承载力及各土层的侧摩阻力能否满足设计要求，根据委托方要求，我单位于2008年7月8日，对该主桥某桥墩的3#桩进行了单桩竖向抗压静载荷试验。加载量为预估特征值的2倍即40000kN，试验桩顶面标高为 6.00m，桩底标高为112m，桩长118.00m，桩端持力层为81层灰灰兰色粘土。试验采用锚桩反力法，针对本次试验，设计的锚桩桩长92m、桩径1500mm，四根锚桩呈正方形布置

3、，另采用2根长40m的钢管桩作基准桩。 该组桩在试验结束后将作为永久墩台用。试验桩所处区域以淤泥和粘土为主，由于护筒下40m深左右有植被沉积及其它沉积物，导致桩顶以下3846m范围明显扩径。 2竖向抗压静载试验 2.1反力装置及加载方法 因本次试验的预估单桩承载力很高，一般的反力梁难以承担数万千牛的荷载，针对这种情况我公司充分利用现有设备，采用组合梁方式进行荷载试验。选用由3根主梁和4根边梁组合的大于45000kN荷载的“四锚一”梁锚桩反力系统；加载设备由均匀布置在桩顶的12台5000kN的千斤顶并联组成。 加载方式采用港口工程基桩静载荷试验规程JTJ255-2002中的快速维持荷载法。试桩荷

4、载由RSJYC桩基静载测试仪控制，并由准确度为0.4级油压表进行校核。试验荷载分级如下：各级加载量按40000kN的1/10分级进行，第一级荷载为加载量的2倍，逐级等量加载；随后各级加载量为2000kN，加载至40000kN后进行卸载。 2.2极限承载力检测结果 试桩的Qs曲线和slgt曲线分别见图1和图2。加载至38000kN时，桩顶累计沉降量为34.28mm；加载至40000kN时，桩顶累计沉降量为46.50mm。单从Qs曲线看无明显陡降段，按港口工程基桩静载荷试验规程，其极限承载力可按照以下2种方法取值，第一种方法沉降荷载变化的特征取值取桩顶总沉降量s=40mm对应的承载力为极限承载力，

5、照此规定，该桩的极限承载力宜取39000kN；第二种方法根据沉降随时间变化的特征取值slgt曲线在40000kN级荷载下有明显向下弯曲现象，且在该级荷载下，桩顶沉降速率加快，无收敛迹象，按上述规范判别，该桩的极限承载力为38000kN。综合两种判别结果，将38000kN作为该桩极限承载力推荐值，与极限承载力对应的桩顶沉降为34.28mm。该桩在卸载至零后的桩顶残余沉降为26.41mm。 图1 静载荷试验Qs曲线 图2 静载荷试验slgt曲线 2.3分层摩阻力检测结果及分析 为了得出该试验桩在不同土层中的分层侧摩阻力和桩端阻力，桩内设置了灵敏度较高的电阻应变传感器，传感器采用全桥电路（泊松比桥路

6、），预先按不同土层位置固定在钻孔灌注桩的钢筋笼上，每个截面对称布置4个测点。 埋设传感器时对其采取了可靠的防水绝缘措施，并加强了对导线的保护，传感器的成活率较高，对地绝缘满足测试要求，至试验时传感器成活率达90%以上。荷试验过程中，在每级荷载加载后及下一级荷载加载前，分别对各传感器进行测试，再通过设置在泥面以上标定断面的测试结果，对其它断面的数据进行修正。 图3试验桩成孔质量检测曲线 从图3的成孔质量检测曲线可以看出，该试验桩在成孔后孔径变化较大。为了减少测试误差，在将各截面实测应变换算成轴力时采用了实测桩径，具体桩径取值如下：014m桩径为2500mm；1433m桩径为2400mm；3341

7、m桩径为3000mm；4174m桩径为2600mm；84.8m桩径为2400mm；90112m桩径为2350mm。计算得出的各级荷载下的桩身轴力曲线见图4。桩顶荷载38000kN时各土层的分层摩阻力测试结果见表1，表1中同时列出了地质勘察报告推荐的桩侧分层摩阻力值。从实测值和勘察报告推荐值的对比可以看出，在浅部的2123淤泥质粘土层中，分层侧摩阻力的实测值与勘察报告推荐值比较接近；从31层往下，实测值普遍低于勘察报告推荐值，其差值在15%40%之间。 图4 试验桩轴力曲线 大直径钻孔灌注桩的承载力降低，有多方面的原因，如大孔径引起的孔壁应力释放、孔壁泥皮过厚等都会削弱桩侧摩阻力；桩过长，下部的

8、侧摩阻力及端阻力得不到充分发挥，也会使桩侧摩阻力降低。针对本次试验，导致桩侧摩阻力降低主要有以下原因： 1）大直径钻孔灌注桩的尺寸效应。钻孔桩在成孔后，尽管有泥浆护壁，但孔壁土仍会有应力释放，产生松弛变形，从而降低桩侧摩阻力，而且孔径越大，这种现象越明显。除此之外，钻孔桩的侧摩阻力降低幅度还与土性有关，淤泥质土的孔径效应不明显，砂土及碎石类土的孔径效应大于粘性土。我国建筑桩基技术规范中推荐的大直径钻孔灌注桩侧摩阻力尺寸效应系数为： 粘性土、粉土：si=（0.8/d）1/5； 砂土、碎石类土：si=（0.8/d）1/3d为桩身设计直径）。 根据上述公式，当钻孔桩的桩径大于800mm时应考虑尺寸效

9、应。本次试桩的设计桩径为2200mm，表1试验桩侧摩阻力勘察报告推荐值及实测值，而实际桩径均大于2200mm。 表1 试验桩侧摩阻力勘察报告推荐值及实测值 按实测孔径值计算，则31层以下各土层的侧摩阻力将大大降低。为便于比较，将各土层侧摩阻力的桩侧阻力尺寸效应系数、试验实测值及按孔径效应系数推算的值分别列于表2，表中尺寸效应系数均按（0.8/d）1/5计算。由表2可知，该试验桩按建筑桩基技术规范计算的桩侧摩阻力尺寸效应系数达到0.8左右，这是本次试验桩侧摩阻力实测值偏低的一个主要原因。 表2 试验桩侧摩阻力尺寸效应修正后的勘察值及实测值 钻孔灌注桩的桩侧摩阻力随着桩径增大而减小的现象不仅在直径

10、大于800mm的桩中存在，桩径小于800mm的钻孔灌注桩中也同样有此现象。以广东省肇庆市某工程为例，我公司对该工程共进行了9根钻孔灌注桩的静载抗压试验，其中桩径600mm的桩4根，桩长50m；桩径700mm的桩3根，桩长59m；桩径850mm的桩2根，桩长59m。9根试桩区域的地质情况相同，施工工艺相同，且全部进行了分层摩阻力测试，所有试桩均加载至地基土破坏为止。各土层中不同桩径的极限侧摩阻力（均取同种尺寸桩的平均侧摩阻力）见表3。 表3 三种不同桩型桩的侧摩阻力实测值 表3的数据反映了对桩径小于800mm的钻孔灌注桩，无论是砂层还是粘性土层，同样存在桩侧摩阻力尺寸效应现象。 2）孔壁泥皮过厚

11、是影响泥浆护壁钻孔灌注桩侧摩阻力的另一个重要因素。该试验桩设计直径2200mm，桩长118m，成孔时间（包括清孔）长达11d，尽管这期间在不停地进行反循环清孔，但泥浆中的胶质体会在孔壁形成泥皮。泥皮的厚度与成孔时间、泥浆的浓度有关。成孔时间越长，形成的泥皮越厚；泥浆越浓，产生的泥皮也越厚。超长钻孔灌注桩深部的泥浆浓度一般要大于浅层部分，因此深层部分侧摩阻力的损失也要大于浅层。对比表2中的71、72及81层，桩侧摩阻力实测值比尺寸效应修正后的勘察值小15%17%，这与该桩的成孔时间及泥皮厚度有一定的关系。 3. 结束语 综上所述，对桩径小于800mm的钻孔灌注桩，无论是砂层还是粘性土层，同样存在桩侧摩阻力尺寸效应现象。大直径钻孔灌注桩由于成孔后孔壁应力释放、孔壁土松弛变形等因素导致侧摩阻力降低，降低幅度随孔径和土质不同而不同，在进行钻孔灌注桩设计时应考虑这一因素。钻孔灌注桩的成孔时间和泥浆的浓度，也是影响桩承载力的一个重要因素。成孔时间越长、泥浆越浓，在孔壁形成的泥皮越厚，相应的桩侧摩阻力降低幅度越大，桩下部侧摩阻力降低的幅度要大于上部。这一现象在超长桩中尤为明显。 参考文献 1 张禄祺 陈静