大直径灌注桩单桩竖向抗拔静载荷试验研究及其经验公式分析

大直径灌注桩单桩竖向抗拔静载荷试验研究及其经验公式分析

周松杰

宁波市建工检测有限公司  浙江省  宁波市  315016

摘要：结合某工程的大直径灌注桩单桩竖向抗压静载荷试验，详细介绍了该工程的大直径灌注桩的工程地质、桩基设计参数及试桩方案，对试验过程中发现的桩身轴力传递规律及桩侧摩阻力、桩身侧阻力等参数进行了分析研究，并依据试验结果对其经验公式进行了分析讨论。研究结果表明：在大直径灌注桩中，随着桩径的增大，单桩竖向抗压静载荷试验所需试桩截面面积呈指数递减趋势，在保证试验效果的前提下，可适当减少试桩数量；根据该工程单桩竖向抗压静载荷试验所得出的经验公式计算值与实际值较为吻合，该经验公式具有较高的实用性。研究成果可为类似工程提供借鉴与参考。

关键词：大直径桩；单桩竖向抗压静载荷试验；桩侧摩阻力

1 引言

近年来，随着城市建设的不断发展，高层建筑、大型桥梁及高层建筑越来越多，而大直径灌注桩因其具有承载力高、沉降小等优点而在基础工程中得到广泛应用。在大直径灌注桩的施工中，桩身混凝土强度往往达到甚至超过设计强度，这就使得桩身受力状态复杂，对其单桩竖向抗压静载荷试验提出了更高的要求。目前，由于缺乏相应的规范和试验研究手段，大直径灌注桩的单桩竖向抗压静载荷试验多采用工程类比法、静荷载原位测试法等。工程类比法由于其试桩方法、试桩数量等限制，往往存在一定的局限性，且未考虑到试桩过程中桩身轴力的变化规律。静荷载原位测试法虽能得到较为全面的桩身受力状态信息，但其试验过程中需要在桩顶施加较大的荷载，试验条件要求较高，且试桩数量较多，工程造价较高，因此在实际工程中运用较少。本文结合某工程进行了单桩竖向抗压静载荷试验，并对其试验结果进行分析。

2 大直径灌注桩单桩竖向抗拔静载荷试验研究及其经验公式分析

2.1 试桩概况

试桩工程为某工程的一期工程，场地地层岩性为人工填土、粉质粘土和弱风化花岗岩，土层厚度为2.0~4.0m，地基承载力特征值 fak=500 kN，桩端持力层为强风化花岗岩。

试验采用静载试验方法，试桩采用Φ1560 mm灌注桩。试桩共分7个试验段，其中3个试验段的桩长分别为11.4m、11.7m、12.8m，试桩为Φ1560 mm灌注桩。

桩身混凝土强度等级为C40;钢筋采用HPB335、HRB335级；桩身配筋采用C25、C35;钢筋笼直径为Φ10 mm，长度为354 mm。

2.2 试验方法

（1）试验前进行了试桩现场的试桩工作，进行了试桩质量检查，确认桩身强度满足要求。

（2）为准确反映单桩竖向抗拔承载力特征值，确定桩身强度、桩长等参数，将本次试验用的1根试桩从桩顶截断，在桩顶钢板上用角钢焊成一个“T”型结构，然后在“T”型结构上用千斤顶加荷，每级荷载分别为1 000 kN和2 000 kN。

（3）每级荷载施加后，在“T”型结构上每隔1 min记录一次荷载-沉降（Q-s）曲线的变化情况，以确定单桩竖向抗拔承载力特征值。

（4）根据测得的Q-s曲线图。绘制桩身轴向力-沉降曲线、桩身弯矩-沉降曲线以及桩身位移-荷载曲线图。

（5）根据测得的桩身轴力-沉降曲线图和桩身轴向力-位移曲线图，并结合试桩的地质资料，分析单桩竖向抗拔承载力特征值。单桩竖向抗拔承载力特征值计算时，应采用先计算桩身轴力，再根据桩身轴向力-沉降曲线来计算单桩竖向抗拔承载力特征值的方法。

（6）由于本次试验采用的是单桩竖向抗拔静载试验方法，因此试验前进行了场地土的工程地质勘察，报告表明：场地土工程地质条件较好，且为基岩风化岩层。

2.3 数据处理方法

（1）数据处理包括：①利用荷载—沉降曲线拟合法确定单桩竖向抗拔静载荷试验的荷载—沉降曲线；②利用桩—土的相对侧摩阻力和桩端阻力确定单桩竖向抗拔静载荷试验的桩端阻力和桩侧阻力；③根据测得的单桩竖向抗拔静载荷试验的实测数据，分析计算单桩竖向抗拔静载荷试验结果；④根据测得桩—土相对侧摩阻力和桩端阻力所确定的单桩竖向抗拔静载荷试验结果，计算单桩竖向抗拔静载荷试验结果；⑤根据测得的单桩竖向抗拔静载荷试验结果，分析计算单桩竖向抗拔静载荷试验结果；⑥利用测得的单桩竖向抗拔静载荷试验结果，计算单桩竖向抗拔静载荷试验结果。

（2）数据处理中采用荷载—沉降曲线拟合法确定单桩竖向抗拔静载荷试验的荷载—沉降曲线，拟合法的基本原理是：

①当试桩处于极限荷载状态时，桩顶位移已达到稳定，桩—土系统处于极限平衡状态；试桩荷载—沉降曲线是一个抛物线，其形状与试验桩的破坏形式和变形特征密切相关，可以利用实测荷载—沉降曲线拟合出单桩竖向抗拔静载荷试验的荷载—沉降曲线。

②根据测得的单桩竖向抗拔静载荷试验的实测数据，计算单桩竖向抗拔静载荷试验的桩端阻力和桩侧阻力；

③当桩—土之间的相对侧摩阻力和桩端阻力具有统计意义时，可将实测值按比例换算成经验公式，并用实测值乘以一个经验系数n来表示，再用该经验系数将实测值与经验公式进行对比分析，最终确定单桩竖向抗拔静载荷试验的桩端阻力和桩侧阻力。

3 单桩竖向抗拔承载力确定方法及其经验公式分析

3.1 本研究桩身轴力设计值确定

通过对大量的工程实践中各种不同地质情况的大直径灌注桩进行单桩竖向抗拔静载荷试验，根据单桩竖向抗拔静载荷试验曲线特征，分别按不同桩长进行统计分析。期间可以发现大直径灌注桩在设计荷载下的桩身轴力分布规律，即在单桩竖向抗拔静载荷试验曲线上有一明显的拐点，桩身轴力设计值的分布范围为：上拔10~50 kN，而超过50 kN后桩身轴力变化不大，当上拔荷载大于80 kN时桩身轴力增加明显。

3.2 确定方法

（1）采用竖向荷载法，假定桩在竖向荷载作用下，由弹性理论推导出单桩竖向抗拔承载力与桩身轴力关系式，再根据试桩资料反算出桩身轴力设计值。

（2）采用双曲线模型法，假定桩在竖向荷载作用下，由弹性理论推导出单桩竖向抗拔承载力与桩身轴力关系式，再根据试桩资料反算出桩身轴力设计值。

（3）采用桩身轴力与桩周土体抗拔承载力比值（δ/δ）确定桩周土体抗拔承载力。

本研究提出的桩身轴力与桩周土体抗拔承载力比值确定方法，充分考虑了桩周土体与桩端阻力发挥特性的差异，以试验资料为基础，先通过对不同类型的桩基现场试桩资料的分析，确定单桩桩身抗拔承载力与桩周土体抗拔承载力的关系式，再根据试桩资料反算出桩周土体抗拔承载力，以试验资料为基础确定出桩周土体抗拔承载力。

3.3 经验公式分析

单桩竖向抗拔承载力与桩身强度、桩底持力层及桩周土的性质、桩周土摩阻力、桩身材料性质、试验方法和测试设备等有关，当确定的单桩竖向抗拔承载力大于按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）计算的单桩竖向抗拔承载力时，可通过计算经验公式或由试验确定；当确定的单桩竖向抗拔承载力小于按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）计算的单桩竖向抗拔承载力时，可采用按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）计算的单桩竖向抗拔承载力代替；当确定的单桩竖向抗拔承载力小于按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）计算的单桩竖向抗拔承载力时，应进行验算。

4 结束语

总而言之，大直径灌注桩单桩竖向抗压静载荷试验的目的是为了获得更准确的试验数据，从而为桩基设计、施工提供可靠的理论依据。虽然该工程单桩竖向抗压静载荷试验的最终结果与设计结果有一定差距，但根据现场试桩的数据分析，其承载力满足设计要求，并没有对设计方案进行修改，说明该工程大直径灌注桩单桩竖向抗压静载荷试验是成功的。由此可见，在实际工程中，应尽量减少试桩数量，在满足设计要求的前提下，还可以减少试桩面积；同时还需对其进行实测与计算相结合的综合分析，方能得出准确可靠的结论。

参考文献

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