预应力管桩单桩极限承载力动静测试研究分析

邵晶晶

1 概述

某工程包括15栋住宅楼，地上18层～24层，地下1层，剪力墙结构，基础拟采用预应力高强混凝土管桩。工程桩施工前，先进行试桩施工，桩型为PHC-AB500(100)型预应力高强混凝土管桩，施工工艺为静压。为得到较好的试桩效果，在同一场地、同一桩径条件下，试桩共设计3组，每组3根，桩长分别为20.0 m，25.0 m，35.0 m。为了比较准确的确定试桩极限承载力并为今后工程桩验收确定依据，本次试桩检测对3组9根试桩分别进行单桩竖向抗压静载荷试验以及高应变动力测试。

2 场地工程地质条件

根据建设单位提供的《岩土工程勘察报告》所示:场地地基土沉积时代及成因类型自上而下依次为:

第②1层亚层粉土()。褐黄色，含云母、煤屑、氧化物，摇振反应中等，无光泽，干强度低，韧性低。呈饱和状态，稍密～中密状。压缩系数 a1－2=0.12 MPa－1～0.15 MPa－1，具中等压缩性;标贯试验实测值N=10击～13击。

该层厚度2.3 m ～4.7 m，平均厚度3.14 m，层底埋深16.2 m ～17.6 m，层底标高756.79 m ～757.81 m。

第②2层亚层粉细砂。褐黄色，含云母、石英、氧化物，呈稍密～中密状，标贯试验实测值N=13.0击～21.0击;静力触探锥尖阻力 qc=3.2 MPa～8.4 MPa，侧阻力 fs=78 kPa～106 kPa。该层厚度5.10 m ～12.0 m，平均厚度8.51 m，层底埋深19.5 m ～23.8 m，层底标高749.94 m～755.11 m。该层与②1层亚层粉土、②3层亚层粉质粘土呈互层状。

第②3层亚层粉质粘土褐黄色，含云母、煤屑、氧化物等，局部呈粉土质，无摇振反应，稍有光滑，干强度中等，韧性中等。呈饱和状态，具中等压缩性;标贯试验实测值N=11击～16 击。该层厚度1.7 m ～4.2 m，平均厚度2.88 m，层底埋深20.2 m ～23.8 m，层底标高749.94 m ～753.80 m。

3 单桩竖向抗压静载试验结果

1)第一组桩长20.0 m静载荷试验结果见表1。

表1 第一组桩长20.0 m静载荷试验结果

根据第一组3根试桩(桩长20.0 m)单桩竖向抗压静载荷试验结果，其平均值为2 480 kN，平均值的30%为744 kN，极差240 kN，极差小于平均值的30%。取其平均值2 480 kN为3根试桩(桩长20.0 m)单桩竖向抗压极限承载力统计值。

2)第二组桩长25.0 m静载荷试验结果见表2。

根据第二组3根试桩(桩长25.0 m)单桩竖向抗压静载荷试验结果，其平均值为2 893 kN，平均值的30%为868 kN，极差560 kN，极差小于平均值的30%。取其平均值2 893 kN为3根试桩(桩长25.0 m)单桩竖向抗压极限承载力统计值。

表2 第二组桩长25.0 m静载荷试验结果

3)第三组桩长30.0 m静载荷试验结果见表3。

表3 第三组桩长30.0 m静载荷试验结果

根据第三组3根试桩(桩长35.0 m)单桩竖向抗压静载荷试验结果，其平均值为3 400 kN，平均值的30%为1 020 kN，极差680 kN，极差小于平均值的30%。取其平均值3 400 kN为3根试桩(桩长35.0 m)单桩竖向抗压极限承载力统计值。

结论分析:1)根据静载荷试验结果，3组试验中每组试桩都有1根～2根试桩在试验过程中发生破坏，位移量超过60 mm，但通过统计分析，其每组试验所得测试数据极差都小于其平均值的30%，数据不离散，极限承载力统计值都比较稳定，所得数据比较可靠。2)纵向比较3组试验数据，考虑到桩端面积相同，桩端土层性质差别不大，假定桩端承载力相同。比较第一组和第二组，桩径不变、桩顶标高相同的条件下，桩长增加5.0 m，桩身侧阻力面积增大7.85 m2，单桩竖向抗压极限承载力统计值提高413 kN，平均每增加1延米桩长，承载力提高82.6 kN;比较第二组和第三组，同条件下，桩长增加10.0 m，单桩竖向抗压极限承载力统计值提高507 kN，平均每增加1延米桩长，承载力提高50.70 kN。由此可见，相同条件下，增加桩长，并不能成正比例关系的提高单桩极限承载力，在试验范围内，桩长越长，承载力越大，但其提高幅度越小。3)考虑到桩长范围内，主要以粉土和粉质粘土为主，个别层互层，土层性质差别不是很大，在土层性质差别较大的第②1层粉细砂层中，其层底埋深为19.5 m～23.8 m，在3组试桩桩长范围内均有分布。故假设3组试桩，桩身侧摩阻力均匀分布，考虑适当的桩端阻力，第一组试验，平均每延米桩长提供约120 kN侧摩阻力;第二组试验，平均每延米桩长提供约110 kN侧摩阻力;第三组试验，平均每延米桩长提供约90 kN侧摩阻力。由此可见，在桩长最小的第一组试验中，其桩身侧阻力得到了较其他两组更充分的发挥，提供的每延米侧阻力更高。4)由前面的分析可知，在同条件下，不考虑其他因素，桩长为20.0 m的试桩提供的单位承载力较高，桩长增加，其单桩极限承载力也相应的增加，但是增加效果会越来越不理想。同时，考虑到桩长为20.0 m的试桩，桩端可能位于第②1层粉细砂层，与其他桩端持力层相比较，更加理想，故综合考虑工程桩采用桩长20.0 m将会更加经济合理。

4 高应变动力测试

1)测试原理及方法。高应变测试是用重锤冲击桩顶，使桩周土产生弹塑变形，通过采集桩顶附近截面的力和速度时程曲线，经应力波理论分析计算，得到桩的承载力。本次检测采用PAK型打桩分析仪，采用6.5 t整体重锤，曲线分析采用凯司法。

2)测试结果。根据实测曲线，经采用凯司法分析，分析结果见表4。第一组3根试桩(桩长20.0 m)的单桩竖向抗压承载力统计值为2 452.3 kN;第二组3根试桩(桩长25.0 m)的单桩竖向抗压承载力统计值为2 888.6 kN;第三组3根试桩(桩长35.0 m)的单桩竖向抗压承载力统计值为3 512 kN。

表4 凯司法分析结果

3)结果分析。a.根据测试结果，高应变动力测试所测得的单桩极限承载力随桩长的变化规律与静载荷试验相同，即桩长为20.0 m的试桩提供的单位承载力较高，随着桩长的增加，其单桩极限承载力增加值会越来越小。b.根据静载荷试验和高应变动力测试，两种测试手段所测得的同一组试桩的单桩承载力相差不大，动力和静力测试能够取得很一致的结果。

5 结语

1)通过静载荷试验和高应变动力测试综合分析，增加桩长，可以增加单桩极限承载力，但二者不成正比例关系，随着桩长的增加，承载力提高幅度会越来越小。

2)在该场地，同一桩径、同一桩顶标高条件下，单位延米提供的承载力值随着桩长的增加而减小，桩长越短，桩周土的极限侧摩阻力越发挥充分，单从经济合理的角度考虑，建议工程桩采用20.0 m 桩长。

3)通过对静载荷试验结果和高应变动力测试结果对比分析，两者测试结果几乎相差无几。考虑到高应变测试速度快、工期短、交叉作业少、测试现场条件简单等优点，将来工程桩的大批量验收工作，可考虑主要以高应变动力测试为主。

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