灌注桩竖向内力测试在工程项目中的应用

宋富新

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州510500）

1 试验项目概况

广钢环保迁建项目自备电厂2×350MW机组工程作为广钢环保迁建项目的配套工程，位于湛江东海岛东北面的海岸上，距离湛江市约有20km。本工程总体规划装机容量为2×350MW+2×350MW（掺烧煤气供热机组）+2×160MW（CCPP机组）。自备电厂向钢铁基地供电和供气，先于钢铁基地主体工程开工建设。

本项目构筑物性状和受力状况差异性较大，对第四系下更新统湛江组海陆交互相沉积层地质的承载性状经验较少，拟进行相关测试，探索各土层在承载状态下的摩阻力，并与勘察报告给出的推定数据进行比较，为给本工程桩基选型提供依据，为设计提供合理、准确的设计参数取值，确保电厂建（构）筑物的安全；同时在充分利用桩承载力的情况下，将对节省工程费用及缩短施工工期起积极的作用。

2 测试内容

2.1 在各级荷载作用下，桩～土体系作用机理及变化，探索桩基承载性状。

2.2 测试桩周各土层的侧阻力特征值，桩端持力层的端阻力特征值，为单桩竖向（抗压）承载力特征值的确定提供参考。

2.3 探索该地质条件下桩基选型的适用性。

3 成桩情况及试验设计

3.1 根据设计要求，单桩竖向承载力和单桩水平承载力较大的建（构）筑选用φ1000的旋挖成孔灌注桩，根据试验设计资料，选取3根试验桩，桩长约54～56m，单桩承载力特征值为5000kN，最大加载值为特征值的2.2倍。

3.2 根据土层的分布来布置钢筋计断面，要求每个土层均埋设钢筋计，每个断面共4个钢筋计，均匀分布。根据试验最大加载值进行单桩竖向静载试验，每级荷载稳定状态下测读桩顶沉降量的同时，测读所有预埋钢筋计的频率，并对应做好详细记录。图1是各土层安装钢筋计的示意图。

4 工程地质情况

根据地质勘察报告显示，土层高差埋深变化大，含粘性土中粗砂层非常厚，工程性能很好，属强度高，低压缩性土层，可作为场地内主要建构筑物桩基持力层，准确掌握各土层的摩阻力状况对工程地基基础的设计有重大意义。本试验桩桩长考虑55m左右，以密实的粘性土或含粘性土中粗砂层作为桩端持力层。试验桩区域内的地质情况见表1。

表1 土层地质状况

5 试验原理

5.1 通过埋置在桩身的钢筋计，在单桩竖向抗压试验时，逐级测读桩顶沉降量的同时，对应采集预埋桩身的每个钢筋计的频率值。

5.2 假定钢筋计和桩身混凝土变形协调，根据钢材受力时应力应变的关系计算桩身应力σc=εc·Ec，（εs=εc为应变值、Ec为桩的弹性模量），由此得出桩身轴力 N=σcAc+nσsAs（Ac为桩截面面积、As为钢筋计的截面面积）。

5.3 根据轴力计算值，计算各土层的平均摩阻力：qi=（Ni－Ni+1）As（iAsi为第i桩节的侧表面积）。

6 试验结果分析

6.1 从图2a可以看到，桩的端阻力较小，说明桩身摩阻力较大，但随着荷载的增加，端阻力也明显增大，说明桩～土体系处于协调受力状态，有较大的承载潜力。

6.2 图2b桩侧土体摩阻力：摩阻力的发挥是一个异步的过程，在荷载较小时，上部土层的侧摩阻力先于下部土层发挥作用，桩侧摩阻力就像一个倒立“台柱体”状态；随着荷载的增加，下部土层的侧摩阻力才逐渐发挥出来，桩侧摩阻力就由一个倒立“台柱体”向一个正立的“台柱体”转变，直到极限破坏状态。

6.3 表2中给出了S－1A#桩实测计算桩侧阻力标准值大小。从表中可以看出，中上部摩阻力跟勘测报告值非常接近，上部土层的摩阻力基本得到了充分的发挥，下部摩阻力比勘测报告推定值大20%以上，有较大的富余。

表2 S-1A#桩实测计算桩侧阻力标准值

6.4 由于桩底压力盒在浇注混凝土的过程中可能被破坏，试验过程中没有测到有效数据，没有测试出桩端阻力。表3中端阻力采用48m深度处桩身轴力换算而得。

6.5 由于大直径灌注桩承载力较大，很难预估其极限承载力，故实验设计加载极限为特征值的2.2倍，事实证明加载至最大荷载值并稳定后，3根桩都没有破坏。图3是S－1A#桩的荷载试验数据。

图2 S-1A#桩身轴力及桩侧土体摩阻力

表3 各级荷载作用下桩端阻力值

7 建议

7.1 从试验结果看，正常使用桩的承载性状像一个倒立“台柱体”状态，主要承载力分布在桩的中上部，因此，保证桩身中上部完整性质量尤为关键。

7.2 本项目地貌为风成海积砂地为主，地层分布主要为砂层和粘土层，淤泥层厚度较小，灌注桩成桩难度较小，质量容易保证，根据试验结果，该场地适合使用灌注桩。

7.3 灌注桩的下部土层摩阻力和端阻力没有得到充分的发挥，因此桩的极限承载力满足设计要求，还有一定的增长空间。

7.4 淤泥层分布小，厚度小，具有优良承载性状的粘土层或含中砂粘土层分布广且厚，故适合使用摩擦桩。

图3 S-1A#桩荷载试验数据

［1］JGJ 106-2003 建筑基桩检测技术规范［S］

［2］GB 50007-2002 建筑地基基础设计规范［S］

［3］DBJ 15-60-2008（广东省标准） 建筑地基基础检测规范［S］

［4］徐攸在.桩的动测新技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2002

［5］罗骐先.桩基工程检测手册［M］.北京：人民交通出版社，2002

［6］陈凡，徐天平，陈久照，等.基桩质量检测技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2003