基坑开挖对抗拔桩影响的原位桩检测分析★

王朝祥 张 超 李洪嘉

(1.辽宁有色基础工程公司，辽宁 沈阳 110000； 2.辽宁省有色地质局勘察研究院，辽宁 沈阳 110013)

基坑开挖对抗拔桩影响的原位桩检测分析★

王朝祥1，2张 超1，2李洪嘉1，2

(1.辽宁有色基础工程公司，辽宁 沈阳 110000； 2.辽宁省有色地质局勘察研究院，辽宁 沈阳 110013)

基于基坑开挖不可避免地引起地基应力场变化，导致桩—土接触面法向应力发生改变，从而降低抗拔桩承载力，对抗拔桩的变形也产生影响的情况，通过地表和不同开挖深度位置进行原位桩静载荷抗拔试验，对沈阳砂土地区抗拔桩在不同深度时的承载性能进行了原位检测分析，得出了一些有意义的结论。

基坑开挖，抗拔桩，静载试验

0 引言

随着沈阳城市建设的发展，相应的深基坑工程越来越多，为满足与上浮荷载受力平衡而设置基础抗拔桩工程成为一种常见手段。但受施工限制，坑内基桩需在基坑开挖前完成，上覆土层的大面积卸荷使抗拔桩承载性状的确定变得复杂。深基坑由于大面积深开挖后开挖面以下土体竖向应力降低，导致桩土界面法向应力降低。同时，桩周土体由于竖向卸荷处于超固结状态，其应力场和位移场均发生改变。

通过地表和不同开挖深度位置进行原位桩静载荷抗拔试验, 对沈阳砂土地区抗拔桩在不同深度时的承载性能进行检测分析。

1 试验概况

1.1 场地概况

试验场地位于沈阳市沈河区北京街东侧,哈尔滨路北侧,团结路南侧,惠工广场西侧。场地地形平坦，地面高程介于30.17 m～46.15 m之间，场地北部基坑已开挖，相对高差大于15 m。场地西南部未开挖，地块长200 m，宽90 m。竖向抗拔静载试验位于场地西南部未开挖地段进行。该场地地层主要由第四系全新统杂填土、粘性土、砂类土及碎石类土等地层组成。其各土层物理力学参数如表1所示。场地地下水类型为第四系松散岩类孔隙潜水，稳定水位埋深3.0 m～15.80 m。

表1 各土层物理力学参数

1.2 试验设计

现场在地块中间位置现灌注9根桩作为竖向抗拔静载试验的试桩，按6 m点距方格网布置，再在试桩两侧3 m位置灌注2根锚桩作为反力支座，见图1。

在地表处(未开挖)进行3根桩竖向抗拔静载试验，试桩编号分别为sy1，sy2，sy3，3根桩有效桩长为10 m(进入地下)，桩顶标高-16 m。对应的4根锚桩编号分别为m1，m2，m3，m4，有效桩长为10 m(进入地下)，桩顶标高0 m。

在开挖8 m进行3根桩竖向抗拔静载试验，试桩编号分别为sy4，sy5，sy6，3根桩有效桩长为10 m(进入地下)，桩顶标高-16 m。对应的4根锚桩编号分别为m5，m6，m7，m8，有效桩长为10 m(进入地下)，桩顶标高-8 m。

在开挖16 m(基坑底部)进行3根桩竖向抗拔静载试验，试桩编号分别为sy7，sy8,sy9，3根桩有效桩长为10 m(进入地下)，桩顶标高-16 m。对应的4根锚桩编号分别为m9，m10，m11，m12，有效桩长为10 m(进入地下)，桩顶标高-16 m。

试验桩和反力支座锚桩采用长螺旋钻机成孔管内泵送混凝土后插钢筋笼成桩的工艺成孔。抗拔试桩采用双套管法实现开挖段桩与桩周土的隔离,套管顶标高皆超出地面0.3 m,外套管内径660 mm,相对底标高-16.0 m；内套管内径460 mm,相对底标高-16.5 m。试桩有效桩长为10 m(进入地下)，桩直径为400 mm，桩身混凝土采用C30。为防止试验中钢筋发生屈服,布置14Φ22主筋,通长配筋，钢筋采用HRB335级。反力支座锚桩不采用双套管法灌注基桩，正常浇筑灌桩即可，有效桩长为10 m(进入地下)，桩直径为400 mm，桩身混凝土采用C30，布置10Φ22主筋，通长配筋，钢筋采用HRB335级。

1.3 试验实施

静载试验采用RS-JYB桩基静载荷测试分析仪，利用反力桩做反力，通过电动油压千斤顶加压，荷载通过100 MPa压力表量测。在未开挖(地表处)和开挖8 m处进行竖向抗拔静载试验时，记录桩顶位移杆的位移。在开挖16 m处进行3根桩竖向抗拔静载试验时在桩顶混凝土处设置2个位移传感器记录桩顶位移。

试验中预估极限承载力为1 200 kN，按JGJ 106建筑桩基检测技术规范的方法进行加载、判稳和记录数据。加荷等级分为12级，每级100 kN，其中第一级可取分级荷载的2倍，最大加荷值不限，以达到终止试验条件为准。当出现下列情况之一时终止试验：

1)在某级荷载作用下，桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下的上拔量5倍。2)按桩顶上拔量控制，当累计桩顶上拔量超过100 mm时。3)按钢筋抗拉强度控制，桩顶上拔荷载达到钢筋强度标准值的0.9倍。

2 试验结果分析

按照有关技术规范加荷，在未开挖(地表处)、开挖8 m处和开挖16 m处(基坑底部)进行抗拔静载试验，将上拔载荷—上拔量关系曲线实测记录列于表2。

表2 抗拔静载试验上拔载荷—上拔量关系

以上9根桩的静载试验均达到规范规定的终止加载条件，均出现了抗拔力极限值。

在未开挖处(地表)进行的抗拔静载试验，sy1，sy2，sy3 3根试桩的抗拔极限值均为1 300 kN，对应的桩顶上拔量分别为4.35 mm，4.98 mm，5.02 mm。开挖8 m处进行的静载试验，sy4，sy5，sy6 3根试桩的抗拔极限值均为1 200 kN，对应的桩顶上拔量分别为6.46 mm，6.91 mm，6.63 mm。开挖16 m处进行的静载试验，sy7，sy8，sy9 3根试桩的抗拔极限值均为1 100 kN，对应的桩顶上拔量分别为8.22 mm，7.96 mm，8.71 mm。根据未开挖3根桩桩顶上拔量平均值分别与开挖8 m处3根桩桩顶上拔量平均值、开挖16 m处3根桩桩顶上拔量平均值进行比较，可整理出不同开挖深度的抗拔桩对比Q—s曲线如图2，图3所示。

对比以上数据发现，开挖明显降低了抗拔桩的抗拔承载力，相对于未进行开挖时的极限承载力，开挖深度为8 m和16 m时的极限承载力平均值分别降低了7.7%和15.4%。

桩顶作用相同荷载时，随着开挖深度的增加，桩顶位移增大。相对于未进行开挖时的极限位移，开挖深度为8 m和16 m时的极限位移平均值分别增加了39.5%和73.6%。

由此看出，抗拔桩在基坑开挖后，开挖面以下土体经历竖向卸荷、回弹，桩土界面法向应力降低，从而降低了界面的抗剪强度和刚度，导致抗拔桩极限承载力及刚度的降低。随着开挖深度的增加,土体回弹量逐渐增大,桩土相对位移增加,使得桩身预拉力有逐渐增加的趋势；而在开挖深度增加的同时,桩顶上覆土压力减小,桩土之间的摩擦力有减小的趋势。

3 结语

1)基坑开挖将导致坑内土体产生卸荷回弹，从而带动抗拔桩回弹，桩身上下部分分别承受正、负摩阻力，并在桩身产生轴向拉力。同时，桩土界面法向应力降低，导致桩的极限抗拔承载力降低。2)采用覆土条件下的基桩承载力与刚度值是偏于不安全的。根据覆土条件下的静载试验结果来确定基桩承载力，不仅要扣除开挖土层的侧摩阻力，同时也要考虑基坑开挖卸荷对桩侧摩阻力的影响。3)随着基坑开挖深度的增加，相对于未进行开挖时的极限承载力，开挖深度为8 m和16 m时的极限承载力分别降低了7.7%和15.4%。4)随着基坑开挖深度的增加，相对于未进行开挖时的极限位移，开挖深度为8 m和16 m时的极限位移平均值分别增加了39.5%和73.6%。

[1] 黄茂松,任 青,王卫东,等.深层开挖条件下抗拔桩极限承载力分析[J].岩土工程学报,2007,29(11):1689-1695.

[2] 胡 琦,凌道盛,陈云敏,等.深基坑开挖对坑内基桩受力特性的影响分析[J].岩土力学,2008,29(7):1965-1970.

[3] 陈锦剑,王建华,范 巍,等.抗拔桩在大面积深开挖过程中的受力特性分析[J].岩土工程学报,2009,31(3):402- 407.

[4] 郦建俊,黄茂松,王卫东,等.开挖条件下抗拔桩承载力的离心模型试验[J].岩土工程学报,2010,32(3):388-396.

In-situ pile detection and analysis of excavation of foundation pit against the influence of uplift piles★

Wang Chaoxiang1，2Zhang Chao1，2Li Hongjia1，2

(1.LiaoningNonferrousFoundationEngineeringCompany,Shenyang110000,China；2.LiaoningAcademyofNonferrousGeologyBureauSurvey,Shenyang110013,China)

Excavation of foundation pit can inevitably cause foundation stress field changes and then lead the normal stress of pile-soil interface changes, so as to reduce the bearing capacity of uplift pile and influence the deformation of tension piles. In this essay will detect and analyze the load-carrying properties of uplift pile which at different depth in the sandy region of Shenyang through the test of in-situ pile static load pull-out at the surface and different excavation depth position, some meaningful conclusions are drawn.

excavation of foundation pit, uplift pile, static test

2014-12-27 ★：沈阳市科技计划项目(项目编号：F13-165-9- 00)

王朝祥(1963- )，男，教授级高级工程师

1009-6825(2015)08-0071-02

TU463

A