大直径钻孔灌注桩基静载荷试验研究

刘汝斌 董擎

摘 要：天津滨海国际机场配套地下交通中心基础采用大直径钻孔灌注桩，试桩所处的地质条件复杂。为了准确获得桩基极限承载力值及分层土阻力值，对其中的四根试桩进行单桩竖向和抗拔抗承载力试验，基于实测数据对在大直径钻孔灌注桩的桩侧阻力及桩端阻力进行了分析，为以后类似地质条件下的大直径钻孔灌注桩的设计提供参考。

关键词：灌注桩；静载荷试验；自平衡法；承载力；土阻力

Study on large diameter bored pile static load test

LIU Ru-bin DONG Qing

Abstract： Tianjin coastal international airport supporting underground transit center with large diameter predrilled cast-in-place pile foundation， pile test in complex geological conditions. In order to get the accurate limit bearing capacity of pile and soil resistance value is layered， one of the four root test pile on the vertical and single pile bearing capacity of resistance to pull test， based on the measured data of large diameter bored piles in the pile side friction resistance and pile end resistance are analyzed， which later similar geological conditions of large diameter bored piles provides reference for the design.

Key word： piles；Static load test；Self-balanced method； Bearing capacity； Soil resistance

1.工程概况及地质条件

天津滨海国际机场扩建配套交通中心工程，基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。按照设计要求S-1、S-2桩进行竖向抗压试验，预估单桩竖向抗压极限承载力标准值22636kN；S-3、S-4桩进行竖向抗拔试验，预估单桩竖向抗拔极限承载力标准值为21356kN试桩资料见表1.1。

2.1单桩竖向抗压静载荷试验方法及原理

单桩竖向抗压静载荷试验采用压重平台反力装置，即由压重平台提供反力通过试桩钢梁及6台500T并联液压千斤顶对试桩进行竖向抗压荷载试验。试验采用静载荷测试仪，采用压力传感器直接测定压力，试桩沉降量采用四块位移传感器记录。基准梁采用钢质，长14米。

2.2静载（自平衡法）原理

自平衡测桩法是在桩身平衡点位置安设荷载箱，沿垂直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部各自承载力。

自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可用于加载的荷载箱。它主要由活塞、顶盖、底盖及箱壁四部分组成。顶、底盖的外径略小于桩的外径，在顶、底盖上布置位移棒。将荷载箱与钢筋笼焊接成一体放入桩体后，即可浇捣混凝土成桩。

试验时，在地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发挥，见图2-2。

荷载箱中的压力可用压力表测得，荷载箱的向上、向下位移可用位移传感器测得。因此，可根据读数绘出相应的“向上的力与位移图”及“向下的力与位移图”，根据向上、向下Q-s曲线判断桩承载力、桩基沉降、桩弹性压缩和岩土塑性变形。

自平衡试验开始后，荷载箱产生的荷载沿着桩身轴向往上、往下传递。假设基桩受荷后，桩身结构完好（无破损，混凝土无离析、断裂现象），则在各级荷载作用下混凝土产生的应变量等于钢筋产生的应变量，通过量测预先埋置在桩体内的钢筋应变计，可以实测到各钢筋应变计在每级荷载作用下所得的应力—应变关系，可以推出相应桩截面的应力—应变关系，那么相应桩截面微分单元内的应变量亦可求的。由此便可求得在各级荷载作用下各桩截面的桩身轴力及轴力、摩阻力随荷载和深度变化的传递规律。

3.试验结果及分析

3.1单桩竖向抗压静载荷试验

S1和S2号试桩实测Q-s曲线如图3-1所示。

S1和S2试桩的土阻力测试结果如图3-2所示。

S1试桩的单桩竖向抗压极限承载力实测值等于24400kN。通过土阻力测试，在极限状态下，总侧摩阻力为20211.5kN，占极限承载力的82.8%；端阻力为4190.0kN，占极限承载力的17.2%。

S2试桩的单桩竖向抗压极限承载力实测值等于24400kN。通过土阻力测试，在极限状态下，总侧摩阻力为20088.6kN，占极限承载力的82.3%；端阻力为4310.3kN，占极限承载力的17.7%。

3.2单桩竖向抗拔静载荷（自平衡法）试验

S3和S4号试桩实测Q-s曲线及等效桩顶Q-s曲线如图3-3和图3-4所示。

S3试桩的单桩竖向抗拔极限承载力实测值等于25000kN。通过土阻力测试，在极限状态下，总侧摩阻力为23450.7kN，占极限承载力的93.8%；端阻力为1556.5kN，占极限承载力的6.2%。

S4试桩的单桩竖向抗拔极限承载力实测值等于25000kN。通过土阻力测试，在极限状态下，总侧摩阻力为23461.8kN，占极限承载力的93.8%；端阻力为1546.6kN，占极限承载力的6.2%。

3.3 正负摩阻力的对比

S1、S2试桩是抗压桩，S3、S4是抗拔，抗压桩侧土阻力是正摩阻力，抗拔桩侧土阻力是负摩阻力。根据S2试桩和S3试桩的土阻力测试结果，对比相同土层中桩的正负摩阻力。根据桩侧土阻力测点布置图可知，S2试桩的测点5、8、9分别对应S3试桩的测点2、5、6，下面分别对比两根桩的3个测点的正负摩阻力，如图6～8所示。

在相同荷载相同土层中，抗拔桩的单位面积侧摩阻力（负摩阻力f1）要小于抗压桩的单位面积侧摩阻力（正摩阻力f2）。图6中，f1/f2平均值为0.707；图7中，f1 /f2平均值为0825；图8中，f1 /f2平均值为0.852。

4.结论与建议

4.1根据文献[1]分析计算：本场地2组试桩的单桩竖向抗压极限承载力实测值均为24400kN，故取2组试桩单桩竖向极限承载力实测值的平均值作为本场地单桩竖向极限承载力标准值。减去根据上海市城市建设设计研究院提供的该场地《工程勘察报告》估算侧摩阻约为1688kN，加上增加桩身混凝土的重量1233kN，故本场地单桩竖向极限承载力标准值为23945kN。

4.2根据文献[1]和文献[2]分析计算：S3单桩竖向抗拔极限承载力标准值为23562kN，S4单桩竖向抗拔极限承载力为23562kN，S5单桩竖向抗拔极限承载力为26062kN。

4.3 相同荷载同一土层中单桩的单位面积负摩阻力与单位面积正摩阻力之比在0.8左右。

参考文献

[1] JGJ 106-2003.建筑基桩检测技术规程[S].

[2] JT/T738-2009，基桩静载试验自平衡法[S].