大直径灌注桩承载力特性动静对比试验研究

大直径灌注桩承载力特性动静对比试验研究

骆云基

广东省河源市建设工程质量安全检测站广东河源517000

摘要：本文主要针对大直径灌注桩承载力特性动静对比的试验展开了研究，通过结合具体的工程实例，对高应变法检测和静载荷试验作了阐述，并对动静试验结果的对比作了系统分析，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。

关键词：大直径灌注桩；承载力；特性；对比

0引言

灌注桩由于其自身具有的优秀特点，在如今的建筑施工中有着广泛的应用。而为了更好的应用灌注桩施工，就需要重视其承载力。因此，我们就需要做好承载力特性动静对比的试验，以确保灌注桩的承载力。基于此，本文就大直径灌注桩承载力特性动静对比的试验进行了研究，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。

1工程概况

成河源市图书馆工程桩基础为冲孔灌注桩，总桩数为346根，设计桩径1300mm，桩身混凝土设计强度等级为C30，以砂砾状强风化花岗岩及微风化花岗岩作为设计的桩端持力层，微风化花岗岩的饱和单轴极限抗压强度为135MPa，设计单桩竖向抗压承载力特征值为3000kN。场地土层自上而下分别为素填土（层厚1.5～4.0m）、抛砂及含泥中粗砂（层厚6.0～9.0m）、砂砾状强风化花岗岩（层厚0.5～20.6m）及微风化花岗岩。

2高应变法检测

该工程由于场地限制，一开始选择高应变法替代静载试验作为验收检测的手段。所检桩中从曲线的性状上基本可分为三个类别，选取其中三根有代表性的桩进行高应变法分析，各桩的地层情况见图1，实测曲线见图2，分析结果见表1。

图1各试桩的地层情况

图2高应变法检测典型实测曲线

表1各试桩高应变法试验分析结果

直观地从实测波形特征而言，图1（a）3-29#桩实测曲线存在一个大约2L/c（L为桩长，c为应力波在桩身传播的波速，L/c为应力波从桩顶传至桩底的时间）周期的波反射，从锤击到2L/c的时间区域内F、V曲线被拉开距离不大，在2L/c处有一个高的速度反射和力的下降，在2L/c之后速度曲线有明显的下降并呈现负值。这些表明桩侧阻力得到部分激发，桩侧阻力不强，桩端正向反射强烈，端阻反射弱。

图1（b）3-18#桩实测曲线，从锤击到2L/c的时间区域内F、V曲线被拉开距离较大，在2L/c处也有一个相较于图1（a）较小的速度反射但力值没有下降，在2L/c之后速度曲线有急剧的下降并呈现负值。这些表明桩侧阻力得到激发，桩侧阻力较强，桩端正向反射较明显，端阻反射相对较弱。

图1（c）4-12#桩实测曲线，从锤击到L/c的时间区域内F、V曲线几乎重合，从L/c到2L/c的时间区域，速度曲线急剧下降。这些表明桩侧阻力得到激发，端阻力得到充分激发，端阻力较强。

由表1可知，在3-29#桩的检测结果中，即使选用检测结果值最高的最佳拟合法结果也依然达不到设计的试验荷载要求（即6000kN），3-18#桩则取决于所选用的高应变法拟合结果来判断其是否满足设计要求，而4-12#桩的高应变法检测结果皆远大于设计的试验荷载。

3静载荷试验

由于高应变法所抽检的18根桩中，类似3-29#桩的检测结果的数量为6根，类似3-18#桩的数量为5根，两种类别桩占比为61.1%，为避免错判，也出于对工程质量的谨慎考虑，选择对三个高应变曲线类别的典型桩进行逐一验证，试验结果见表2，各试桩的荷载—沉降（Q-s）曲线见图3。

表2各试桩静载试验数据

图3静载试验荷载—沉降实测曲线及拟合趋势线

静载荷试验结果表明，3根试桩均满足设计要求，而在最大试验荷载（即6000kN）的作用下3根试桩均未达到极限状态，无法确定该3根桩的抗压极限承载力。但从试验结果可看出，3-29#桩、3-18#桩在试验加载的后期沉降均缓慢增大且无收敛的迹象，整个荷载—沉降（Q-s）曲线呈缓变型。笔者通过荷载—沉降曲线拟合预测其曲线趋势，采用二阶多项式回归分析，得出这两根桩的极限承载力预测值，结果见表3。4-12#桩在最大试验荷载下总沉降值仅仅为10.66mm，显然其承载力离发挥至极限还相差甚远，根据静载试验结果及高应变的曲线性状推断其极限承载力由桩身强度或桩端岩石饱和单轴抗压强度控制，而桩身强度确定的单桩极限承载力远低于土阻力确定的数值，取低值即桩身强度控制值为其单桩极限承载力，计算方法参见《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5.8.2条，结果见表3。

表3各试桩静载结果

4动静试验结果对比分析

下面对这3根桩所代表的三组桩的高应变法及静载试验结果进行详细的对比分析。

（1）三根桩的高应变法试验提供了CASE法与波形拟合法结果，波形拟合法又分自动分析和最佳拟合法，经后期静载试验验证，最佳波形拟合法的检测精度相对高一些。分析有以下原因：CASE法阻尼系数不仅是与土的性质有关的一个参数，而且还是与桩型有关的地区性综合经验系数，大多是在大量的对比试验下反求得到的，实测波型虽然包含有桩身阻抗变化和土阻力的全部信息，但CASE法仅用了t1（速度波第一峰对应时的时刻）和t1+2L/c两个时刻的参数。虽然也有很多修正公式对CASE法结果进行修正，但对于灌注桩，波形拟合法数学模型、物理假定更合理些。波形拟合自动分析由分析软件的自动分析程序得到，土阻力分布和其他动力参数没有得到有经验的工程师的人工干预，给出的拟合参数及拟合结果并不一定合理。

（2）静载试验作为传统直观的检测方法，当采用该方法作为工程验收检测手段时，加载量一般取单桩承载力特征值的2.0倍，而受场地、现场安全、成本等多方面的因素影响，类似4-12#桩要想通过增加反力装置的总重量，使试验加载至桩侧与桩端的岩土阻力达到极限状态很困难，因此通过静载试验也很难给出单桩极限承载力。在4-12#桩上，高应变法在激发超过单桩承载力特征值2.0倍的总阻力时，其结果远远超过静载试验确定的承载力值，纵使离桩的极限承载力仍有相当大的距离，但提高检测用锤重量，比增加静载试验反力来得灵活、简单。

（3）3-18#桩、3-29#桩的静载试验Q-s曲线均具有缓变型的特征，3-18#桩的高应变法检测结果略高于静载试验确定的极限承载力而低于预测的极限承载力，其动静误差为－15.3%，验收检测效果上与静载试验基本一致；3-29#桩高应变检测结果均低于现场试验确定及预测的极限承载力，动静误差为－31.4%。两根桩的高应变法结果与桩的极限承载力均有一定的差距，分析主要有以下方面原因：静载作用缓慢，桩土各部分都处于静力平衡状态，而高应变法是瞬态荷载，作用时间仅10～20ms，加荷速率比静载试验快得多，桩土产生显著的加速度，因此引起的惯性力对应力和变形有显著的影响，而且土的阻尼效应产生了动阻力。

5结语

综上所述，如今的建筑施工中，灌注桩的应用已是越来越为广泛。而对于灌注桩的施工，我们需要对灌注桩承载力特性动静进行相应试验，以确保灌注桩的承载力，从而为整体工程的建筑施工带来帮助。

参考文献：

[1]王忠福、刘汉东、贾金禄、黄志全、姜彤.大直径深长钻孔灌注桩竖向承载力特性试验研究[J].岩土力学.2012（09）.

[2]王利君、赵振勇.一种新的确定嵌岩桩竖向承载力的解析算法[J].广东公路交通.2011（02）.