浅谈沉渣与孔壁泥层厚度对钻孔灌注桩承载力的影响

邓昌宁

摘 要： 根据试验，分析了桩底沉渣和泥皮厚度对桩竖向承载力的影响，并对影响承载力的作用机理予以阐述，提出了一些合理措施，以确保桩基础承载力的正常发挥。

关键词： 钻孔桩沉渣;孔壁泥层厚度;承载力

【中图分类号】U231.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）02-0061-01

1 前言

随着我国经济的迅猛发展，大跨结构及高层建筑的修建对基础承载力的要求愈来愈高，而钻孔灌注桩以其承载力高、适应性强、造价低等优点而被广泛的应用。但受施工设备、施工工艺、人员素质等的影响，不可避免的出现沉渣与孔壁泥皮厚度过大等问题，致使桩基础承载力显著降低，从而影响工程质量。

《建筑桩基技术规范》提出了涉及钻孔灌注桩桩侧阻力承载力计算方法，但还远不能解释钻孔灌注桩桩侧阻力的作用机制和承载变形性状。而在一般的中、长嵌岩桩中，桩侧阻力所发挥的作用要大得多，其作用的机理也复杂得多，而这其中泥皮厚度是一个十分关键的因素。因此，不论是桩底沉渣还是泥皮厚度，深入研究其对承载力的影响就显得十分重要。

2 桩底沉渣对承载力的影响

在桩基初步设计时，单桩竖向承载力特征值用规范介绍的经验公式法按下式估算：Ra=qpaAp+Up∑qsiali，该公式适应条件之一是：桩底5d且不小于3m范围内无软弱夹层。但在具体施工中桩底会出现厚度不一的沉渣。如图1所示，为某工程实测2

根桩荷载——沉降（Q～S）关系曲线，所选的两根钻孔灌注桩桩长、桩径基本一致，两桩距离较近地质条件及持力层深度也基本相同。从图中可明显看出桩I的竖向极限承载力为5000KN，远远低于承载力设计值，其经钻芯取样发现桩底沉渣厚度大于规范要求。而桩Ⅱ为正常桩的Q～S曲线，其单桩极限承载力高于设计值。桩I随着荷载的增加桩顶位移随之缓慢增大，变化比较缓慢，但当荷载增大到5000KN附近时出现拐点，由“缓变段”转变为“陡变段”，桩顶位移迅速增大。出现这种现象应该为：桩侧摩阻力和桩底摩阻力的发挥程度与桩土间的变形形态有关，并各自达到极限所需要的位移量是不相同的，在“缓变段”由于沉渣和下卧层处于弹性节段，桩土间的相对位移量较小，沉渣厚度对桩的沉降影响不是很大，桩顶荷载基本由桩侧摩阻力承担，在变形条件范围内，桩端阻力基本没发挥作用。在“陡降段”，随着桩顶荷载逐渐加大，沉渣的存在加大了桩顶荷载的沉降，在荷载5000KN附近发生突变，主要原因是由于低强度沉渣的存在，在上部荷载作用下，土体变形加大，导致上部侧摩阻力达到极限侧摩阻力，增加的荷载只能由桩端阻力来承担，桩端阻力又直接作用于下部沉渣土，使得沉渣变形过大，而发生“刺入式”的瞬间沉降破坏，这就是桩基沉渣过厚导致承载力下降的原因。近期文献研究显示，桩底沉渣也会对桩侧阻力产生影响。从桩侧摩阻力机理分析，桩侧摩阻力的发挥取决于桩土之间的相对位移量，随着桩土之间的位移量的增加，在桩顶荷载下自上而下逐渐发挥。当桩端无沉渣时，靠近桩端处桩土之间的相对位移量不会很大，随着桩端荷载的增加，桩侧摩阻力缓慢增加;而当桩端有较厚的沉渣时，随着桩顶荷载的增加，靠近桩端处桩与桩端土迅速剪切滑移，相对位移速率越大，桩侧摩阻力损失越大。这种桩端附近的桩侧阻力受桩端条件影响而增强或削弱的现象称为“桩侧阻力的强化效应”。

3 孔壁泥层厚度对承载力的影响

在钻孔灌注桩的施工过程中，为了防止缩颈、坍孔、稳定孔内水位及钻渣的悬浮，采用膨润土制备泥浆进行护壁，但泥浆往往会在孔壁沉积，形成过厚的泥皮。大量工程实践证明，在其它条件相同的情况下，泥皮愈厚、孔壁光滑的的桩的承载力比泥皮薄、孔壁粗糙、凹凸不平的桩的承载力低，其原因是泥皮厚孔壁光滑的桩孔，混凝土与桩侧土之间的摩擦力小，咬合作用差，泥皮“涂抹”现象明显，桩土间易发生剪切滑移，不利于桩侧阻力的发挥。反之泥皮薄，孔壁粗糙、凹凸不平，混凝土与桩侧摩擦力大咬合作用良好，抗剪强度较高，桩侧阻力较易正常发挥。孔壁的粗糙程度可以用孔壁的粗糙度因子RF表示，RF越大，孔壁的粗糙度就越大，并对粗糙度与承载力的关系進行了较深入的研究。

某工程4根试桩，设计直径1000mm，桩长62m，持力层为强风化岩层，设计承载力标准值5500KN，清孔结束后实测4根桩的泥浆比重分别为1.25、1.23、1.13和1.15，静载荷试验得到的单桩的极限承载力分别为4000KN、7000KN、1100KN、1100KN，开挖后发现第一和第二根桩周为一层厚度较大的泥皮所包裹，而三、四桩身混凝土与桩周土接触良好。

由于沉渣与泥皮厚度和泥浆的指标、清孔方式及成孔时间等因素有关，因此在施工中，泥浆既要起到护壁的作用也要悬浮起钻渣，合理控制泥浆的各项指标。对正反循环两种清孔方法，正循环的泥浆循环速度较慢，反循环由于比正循环钻进清孔泥浆流量大、速度快、挟渣清底效果好，泥浆比重可相应减少，泥皮厚度相应会薄些。桩孔暴露时间越长，孔壁土的松弛效应导致土体强度削弱越明显，孔壁泡水软化现越明显，孔壁泥皮和桩端沉渣越厚，从而导致桩侧摩阻力的降低。

4 结语

（1）沉渣厚度与孔壁泥层厚度对钻孔灌注桩的承载力产生一定的影响，而且影响程度不容忽视，因此在实际施工中，必须要严格控制泥浆的各项指标，如果条件许可尽可能用反循环法清孔，控制好桩底沉渣与孔壁泥层厚度，减少桩孔的暴露时间。在对钻孔桩承载力的设计时，应考虑桩底沉渣和桩侧泥层厚度对承载力的影响。

（2）对于钻孔灌注桩，为了保证承载力，必须减小桩底沉渣厚度。必要时，可采用灌浆等方法提高桩端土的强度，达到增强桩端和桩侧阻力的双重目的。

参考文献

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[4] 刘利民，陈竹昌，李发明.桩侧阻力的强化效应.特种结构.1998：第04期27-29.