广州花岗岩地区旋挖灌注桩承载特性研究

李孟强

（广东天信电力工程检测有限公司 广州510663）

0 引言

近年来，广州、东莞、中山、深圳、汕头等地均有花岗岩地层泥浆护壁成孔灌注桩达不到设计要求的工程案例，桩的设计承载力往往只及静载试桩得到的承载力的50%～60%[1]。其主要原因是，花岗岩地层泥浆护壁成孔灌注桩的桩侧泥皮厚度较厚，往往达10～20 mm 以上，桩-土之间存在较厚的软塑状泥皮，大大降低了桩侧摩阻力[2-4]。同时，桩端支承于强风化层，导致在较大荷载作用下发生刺入破坏[5-6]。随着城市现代化进程的推进，电厂选址一般离市中心越来越远[7]，所处位置地基及桩基工程往往缺乏地区经验。鉴于存在以上问题，在进行花岗岩土层的基桩设计前进行前期综合试桩，确定土层承载力参数，为设计提供依据以获得既经济又可靠的设计施工参数，减少盲目性就显得尤为重要。

综合试桩[8]是指试桩过程中进行多个试验、检测项目的综合性试验，是电力工程建设中采用比较广泛的一种试桩方法，特别是在某些大型工程和重点工程中得到应用，它通过高应变法、低应变法、静载试验、成孔质量检测和声波透射法等多种检测手段获得更多的桩-土体系参数，为设计单位在选定桩型和桩端持力层位置、掌握桩侧桩端阻力分布并确定基桩承载力提供设计依据，并优化桩基方案，为工程施工图设计提供可靠和经济合理的桩基设计参数，并为工程施工提供必要的施工工艺控制参数。

本文以广州某新建燃机电厂为依托，对该厂区的旋挖成孔灌注桩进行综合试桩研究。

1 工程概况及地质情况

1.1 工程概况

本项目建设使用2 台重型燃气轮机，配套2 台汽轮机，组成2 套“一拖一”多轴燃气蒸汽联合循环机组，同步建设烟气脱硝装置。拟采用旋挖成孔灌注桩基础。

1.2 地质情况

厂址区基岩为印支侵入岩（γi），覆盖层主要为第四系冲洪积沉积（Q4al+pl）及残坡积（Q4el+dl）土层。场地岩土由上而下分述如下：

①人工填土层（Q4ml）：为场地场平时回填形成，场地内的填土多呈松散～稍密状，且密实度差异较大。

②第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）：②1层：粉质粘土；②2层：粘土、粉质粘土、淤泥及淤泥质土。

③花岗岩残积层（Q4el）：③1可塑状砂质粘性土；③2硬塑状砂质粘性土；③3硬塑～坚硬状砂质粘性土。

④层花岗岩（γi）：④1全风化花岗岩；④2强风化花岗岩；④3中等风化～微风化花岗岩。

本次综合试桩所处位置地质情况：①人工填土层：0～4.7 m；③3硬塑～坚硬状砂质粘性土：4.7～20.0 m；④1层全风化花岗岩夹层：16.1～17.4 m；④2层强风化花岗岩：20.0m 以下。

2 试验方法

本次综合试桩包含的试验方法有：单桩竖向抗压静载试验、单桩水平静载试验、桩身内力测试、高应变法、低应变法。

3 试验结果

3.1 单桩竖向抗压静载试验

本次试验采用慢速维持荷载法，由锚桩提供反力。3 根试验桩竖向抗压静载试验的结果如表1 所示。试验桩的Q～s曲线和s～lgt曲线如图1 所示。

3.2 单桩水平静载试验

本次试验采用单向多循环法，由锚桩提供反力。3 根试验桩水平静载试验的结果如表2 所示，H-t-Y0曲线及H-△Y0/△H曲线如图2 所示。

3.3 桩身内力测试

桩身内力测试采用钢筋测力计进行测试。在桩顶标定截面及各地层交界界面设置测量截面。3 根试桩均在桩顶下0.5 m 处标定截面对称安装4 个钢筋应力计，桩顶下5.0 m、20.0 m、22.5 m 测量断面分别对称埋设3 个钢筋应力计。

表1 单桩竖向抗压试验结果汇总表Tab.1 Summary Table of Vertical Compression Test Results of Single Pile

图1 桩Q-s 和s-lgt 曲线Fig.1 Q-s & s-lgt Curves of the Pile

表2 单桩水平静载试验结果汇总表Tab.2 Summary Table of Horizontal Static Load Test Results of Single Pile

3.3.1 SZ1#试桩竖向抗压静载试验

从图3 可以看到，压实填土层、砂质粘性土、强风化花岗岩摩阻力分别在3 600 kN、4 800 kN、4 200 kN 时达到极限；当加载至5 400 kN 时，荷载无法维持。从表3可看出，当荷载为4 800 kN 时，端阻力为619.4 kN。

3.3.2 SZ2#试桩竖向抗压静载试验

图2 桩H-t-Y0 和H-△Y0/△H 曲线Fig.2 H-t-Y0 & H-△Y0/△H Curves of the Pile

从图4 可以看到，压实填土层、砂质粘性土、强风化花岗岩摩阻力分别在5 000 kN、5 000 kN、4 500 kN时达到极限；当加载至5 000 kN 时，总沉降量达到80.37 mm 后仍未达到规范稳定标准，停止试验。从表4可看出，当荷载为5 000 kN 时，端阻力为532.9 kN。

3.3.3 SZ3#试桩竖向抗压静载试验

从图5 可以看到，压实填土层、砂质粘性土、强风化花岗岩摩阻力分别为4 500 kN、4 500 kN、4 000 kN时达到极限；当加载至5 400 kN 时，荷载无法维持。从表5 可看出，当荷载为4 800 kN 时，端阻力为619.4 kN。

3.3.4 最大稳定荷载时摩阻力与端阻力一览（见表6）

3.3.5 侧摩阻力及端阻力极限值、特征值建议值（见表7）

3.4 低应变法检测结果和实测曲线（见表8、图6）

3.5 高应变法与静载试验结果对比（见表9）

图3 SZ1#桩各级荷载下桩侧单位摩阻力和总摩阻力分布曲线Fig.3 Distribution Curves of Pile Skin Unit Friction Resistance and Total Friction Resistance under Various Loads of SZ1# Pile

图4 SZ2#桩各级荷载下桩侧单位摩阻力和总摩阻力分布曲线Fig.4 Distribution Curves of Pile Skin Unit Friction Resistance and Total Friction Resistance under Various Loads of SZ2# Pile

图5 SZ3#桩各级荷载下桩侧单位摩阻力和总摩阻力分布曲线Fig.5 Distribution Curves of Pile Skin Unit Friction Resistance and Total Friction Resistance under Various Loads of SZ3# Pile

表3 SZ1#桩各土层总摩阻力及总端阻力Tab.3 Total Frictional Resistance and Toe Resistance of Each Soil Layer of SZ1# Pile （kN）

表4 SZ2#桩各土层总摩阻力及总端阻力Tab.4 Total Frictional Resistance and Toe Resistance of Each Soil Layer of SZ2# Pile （kN）

表5 SZ3#桩各土层总摩阻力及总端阻力Tab.5 Total Frictional Resistance and Toe Resistance of Each Soil Layer of SZ3# Pile （kN）

表6 最大稳定荷载时摩阻力与端阻力一览表Tab.6 List of Frictional Resistance and Toe Resistance under Maximum Stable Load

4 结论及建议

通过对试验桩进行综合试验，并对其结果综合分析，得到以下结论及建议：

⑴3 根旋挖成孔灌注桩试桩的单桩竖向抗压极限承载力的统计值为4 426 kN。结合试验结果和地区经验综合分析，单桩竖向抗压极限承载力值建议取4 000 kN，其承载力特征值建议取2 000 kN。

⑵3 根旋挖成孔灌注桩试桩的单桩水平极限承载力的统计值为386 kN，单桩水平临界荷载的统计值为160 kN。单桩水平临界荷载建议取值160 kN。

表7 侧摩阻力及端阻力极限值、特征值建议值Tab.7 Limit Value of Skin Frictional Resistance and Toe Resistance，Suggested Value of Characteristic Value （kPa）

根据《建筑基桩检测技术规范：JGJ 106-2014》[9]6.4.7.1 条和《建筑桩基技术规范：JGJ 94-2008》[10]5.7.2.3 条规定，当桩身不允许开裂或灌注桩的桩身配筋率小于0.65%时，可取水平临界荷载的0.75 倍作为单桩水平承载力特征值。本工程试验桩桩身配筋率为0.61%，小于0.65%。

本次试验水平临界荷载为160 kN，建议单桩水平承载力特征值取值为120 kN。

表8 桩身结构完整性检测结果表Tab.8 Results of Pile Integrity Testing

图6 各试桩低应变实测曲线Fig.6 Measured Curve of Each Pile Low Strain Integrity Testing

根据文献[9]第6.4.7.3 条规定，取设计要求的水平允许位移对应的荷载作为单桩水平承载力特征值，且应满足桩身抗裂要求。

本次试验在满足桩身抗裂要求的前提下，水平位移要求为6 mm 时，建议单桩水平承载力特征值取值为216 kN；当水平位移要求为10 mm 时，建议单桩水平承载力特征值取值为263 kN。

⑶极限侧摩阻力、极限端阻力的建议值以及侧摩阻力特征值、端阻力特征值的建议值见表7。

⑷根据本次试验桩的试验结果，结合广东地区经验综合分析，建议本场地花岗岩地层中的泥浆护壁钻（冲、旋挖）孔灌注桩桩侧摩阻力取值时适当降低，具体摩阻力特征值的经验值可参考《建筑地基基础设计规范：广东省标准DBJ 15-31-2016》[1]表10.2.3-1。

⑸通过动静试验对比，高应变法测到的极限承载力与静载试验所确定的极限承载力相差不大，工程桩单桩竖向承载力验收检测时可采用静载试验与高应变法相结合的方式进行。鉴于SZ3#试桩高应变检测时桩头开裂，未能获取有效信号，建议后续若采用高应变法进行承载力检测时，应提高桩帽的浇筑质量。

表9 高应变与静载试验结果对比表Tab.9 Comparison Table of High Strain Dynamic Testing and Static Loading Test Results

5 结束语

花岗岩土层的桩侧摩阻力和桩端摩阻力的因地域、桩型、成桩施工工艺等不同而存在较大差异，本次试验所在广州地区花岗岩桩侧摩阻力与规范建议值较为接近，但桩端摩阻力差异较大（约为规范建议值的0.3～0.5 倍）。鉴于花岗岩土层的土阻力特性，建议在进行花岗岩地区基桩设计前，进行综合试桩，确定所在场地花岗岩土层的各项参数，以确保工程桩的承载力满足设计要求，规避相应风险。