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1、泥岩地基中钻孔灌注桩承载力特性试验研究第 23 卷第 3 期2005年 6 月河南HENAN科学SCIENCEV01.23No.3Jun.2005文章编号 :10043918200503 041104 泥岩地基中钻孔灌注桩承载力特性试验研究 张晓炜（河南省交通规划勘察设计院 ,河南郑州 450052）摘要 :依据某工程 3 根钻孔灌注桩的单桩竖向抗压静载试验,通过对其静栽试验QS曲线的特性,桩身轴力传递机理 ,桩侧阻力发挥性状和桩端阻力发挥性状的分析,探讨了钻成孔方法 ,泥浆循环等施工因素对钻孔灌注桩工程性状的影响 ,揭示了泥岩地基中钻孔灌注桩的承载力特性和破坏机理 模式.关键词:钻孔灌注桩
2、;静载荷试验 ;工程性状 ;施工因素中图分类号：TU473.11文献标识码:A钻孔灌注桩作为主要基础形式之一在高层建筑和大跨度桥梁等土木工程建设中 得到大量采用 ,但关于泥岩地基中桩的承载力特性试验资料目前尚不多见 .本文通过某工程泥岩地基中 三根试桩承载力的静载试验结果 ,从荷载传递机理分析了其承载力的特性和破坏模式 .1 工程概况1.1 地层条件 据工程地质勘察报告 ,试桩所处位置的岩土层结构如下 :亚砂土 :结构稍密实 ,孔 隙发育 ,层底埋深2.3m;亚粘土 ：上部具孔洞，局部夹黄色团块状粘土或亚砂土，下部致密均匀，硬塑可塑，层底埋深4.9m;砂卵砾石土 ：成分为砂岩,石英岩，片麻岩,
3、砂为中粗砂,稍密中密，层底埋 深8.0m;强风化泥 岩：呈粘粒状 ,类似于粘性土 ,较致密 ,浸水易崩解泥化 ,稍湿 ,软可塑 ,层底埋深 20.5m;中风化泥岩：质密 , 较坚硬 , 遇水软化 , 失水干裂 , 未揭穿 . 1.2试桩参数与试验方法试桩桩顶位于地面，桩身混凝土强度等级为C30.桩长29.2m,桩端进人中风化泥岩 8.7m;8.0m 以上采用沃卡斯冲击钻冲击成孔，孔径900mm左右,8.0m以下地层采用HGJ 15型 回旋钻正循环钻进成孔 ,孔径800mm左右施工时采用泥浆护壁，泥浆比重w 1.15,粘度w 26s. 为了研究基桩的承载性状 ,在桩身内预埋钢筋应力计 ,具体埋
4、设截面位置在桩头部位 ,各土层层底和桩端位置附近 ,对厚度较大 的地层增设截面 .将 4只应力计对称地安置在相应埋设截面的主 筋上.试验加载装置采用锚桩承载梁反力装置 .在试桩桩顶上放 置 4 台 5000kN 千斤顶并联同步加载 ,并在桩顶外侧轴对称安装 4 只大量程电子位移传感器 ,记录各级荷载作用下的桩顶沉降量 . 试验采用慢速维持荷载法加载 .2 试验结果 各试桩的载荷试验QS曲线见图1.T1#,1r3#桩均加载至10400kN时,桩顶沉降量急剧增大，分 别达37.17ram和45.70ram,荷载难于继续维持，满足终止加载条 件,即进行卸载观测回弹 .r2#桩当加至9600kN级荷载
5、过程中，接桩部位突然开裂，桩 顶沉降急剧增大达40.47ram荷载无法维持，随即终止加载.图1桩顶荷载Q与桩顶沉降S关系曲线Fig.1Loadsettlementcurves根据图1可以看出,3根试桩的QS曲线均有明显拐点，曲线末端均出现陡降段 呈现为陡降型 ,具有收稿日期 :2005 一 OllO作者简介:张晓炜（1 967 一）,男,河南登封人 ,河南省交通规划勘察设计院高级工程 师,从事岩土工程勘察 ,设计,测试工作 -?412-?河南科学第 23卷第 3期明显的破坏特征，取QS曲线陡降段的前一级荷载为试桩的极限承载力，见表1. 裹 1 试桩静载试验结果汇总裹Table1Theresul
6、tsofloadingtests号试桩号号T1#1040037.17960016.271r2#96O040.4788OO14.90T3#1040045.70960018.13由实测各级荷载作用下钢筋应力计的稳定频率值 ,根据其力一频率标定曲线 ,标定 截面的桩身荷载应变关系以及桩身尺寸 ,得出试桩在各级荷载作用下桩身各截面的轴力,见图 24.桩身轴力 （l【N）图 2T1 试桩桩身截面轴力分布图Fig.2TheaxidforcedistributionofT1#图 4 试桩桩身截面轴力分布图Fig.4TheaxidforcedistributionofT3#3 试验结果分析图 3T2 试桩桩身
7、截面轴力分布图F 嚷 .3TheaxidforcedistributionofT2 裹2试桩极限承载力试验结果表Table2TheuhionatecopaitiesofTest piles3.1 单桩竖向极限承载力结果分析表 2 为静载试验结果表 ,由于 T2 试桩在施加 9600kN 级时 ,试桩 接桩处开裂 ,造成试验无法进行 ,不能反映真实的极限承载力 .桩身轴 力标定截面的数据表明 ,在静载作用下 ,桩身材料的力及其产生的应 变并不是线性的 ,即桩身材料并不是理想弹性体 ,因此 ,静载试验测试 桩身轴力时 ,设置标定截面是很有必要的 .3.2 侧摩阻力结果分析 由于桩侧存在的侧摩阻力
9、据静载试验桩身轴力测试结果得到的3 根试桩极限荷载下的端承力 Q 见表 4.可以看出,3 根试桩的端承力试验结果基本一致 ,所占总阻力的比例较小 .表 3 试桩总侧摩阻力试验结果表Table3Theside-resistancevalueoftest piles表 4 试桩端承力试验结果表Table4Thebaseresistancevalueoftestpiles3.4 荷载传递机理及承载力特性分析 , 桩身轴力的变化斜率大小反映了桩侧摩阻力的大小,因此 ,根据各试桩每级荷载下的桩身轴力可以得到各试桩的桩身截面轴力传递规律为 :三根试桩在加荷初期 ,桩上部摩阻力首先发挥 ,端承力发挥极小甚至
10、为零 ,荷载主 要由上部桩侧摩阻力承担 ;随着荷载的增加 ,桩的侧摩阻力由上向下逐渐发挥增大,而端承力也逐渐发挥,当桩接近土的极限状态时 ,上部摩阻力甚至减小而下部摩阻力和端承力急剧增大.而比较三根试桩的轴力传递曲线变化规律 ,T1#,#桩轴力传递较慢，轴力差大,到达桩端时，轴力较小；1r3#桩轴力传递较快，轴力 差小 ,到达桩端时 ,轴力较大 .测试面间轴力差同时造成该桩层面间桩段的竖向位移或桩身压缩,根据桩顶实测沉降减去桩身的压缩量,可以得到桩身轴力测试截面的位移 ,由此可得到桩土之间的相对位移量和桩侧 平均摩阻力 q 的关系曲线 .根据静载试验结果计算的3 根试桩在极限荷载下各层土的桩土
11、之间相对位移量和桩侧平均摩阻力q的关系曲线，详见图68.瞥i=r露 晕 辑 桩土间相对位移 (6/-.) 图6T1#试桩关系曲线图Fig.6The qCLII'VeofTI#由图68可以看出，桩侧摩阻力q极限值的发 挥取决于桩土之间的相对位移量 ,随着桩土之间相 对位移量的增加 ,桩侧摩阻力也逐步发挥 .同时不同 的土层 ,桩侧土的摩阻力到达极限时所需的桩土间相 对位移也不尽相同 .对于亚粘土层约为 13 15mm, 砂卵砾石土约为89.5mm,强风化泥岩约为10 11mm,中风化泥岩约为8.59mm.同时桩侧摩阻力 和桩土之间的相对位移量的关系并不是线性的 . 根据上述结果 ,得到的
12、 3 根试桩在极限承载力时 总则摩阻力和端承力分别占极限承载力的比例见 表 5.由表中可以看出 ,试桩加荷至极限荷载时 ,桩侧 重-一 圈 瞥 露 晕 辑 桩土间相对位移 (6/一图 7T2 试桩关系曲线图Fig .7The qcurveofT2#桩土问相对位移 (e/m)图8试桩关系曲线图Fig.8The qcurveofT3#摩阻力占绝大部分 ,桩顶垂直荷载基本由侧摩阻力承受,端阻力所占的比例很小 ,小于 6%.这与图 1 的试桩一日.D)盛瞥轷晕辑河南科学第 23 卷第 3 期QS曲线一致,QS曲线具有明显的陡降段，桩产生"刺人破坏"，为典型的摩擦桩 破坏的特性.表
14、,软化,强度较低 ,同时在施工过程中 ,桩端持力层极易受扰动 ,由于扰动虚土的强度比 桩端岩土的承载力低得 多,使桩端土层的承载力在允许的桩顶沉降量下难以发挥.上述原因大大降低了桩端承载力的发挥 ,因此在测试结果中 ,端阻力所占比例很小 .4 结语4.1 泥岩地基中钻孔灌注桩的静载试验结果表明 ,桩在极限荷载作用达到稳定的 情况下 ,荷载由同一时刻的摩阻力和端承力共同承担 .桩侧摩阻力 q 极限值的发挥取决于桩土之间的相对 位移量.4.2 桩侧摩阻力和桩土之间相对位移量的关系并不是线性的.对于不同的土层 ,桩侧土的摩阻力达到极限时所需的桩土问相对位移不尽相同 .4.3 泥岩地基中钻孔灌注桩的承
15、载性状表现为摩擦桩的特征,破坏形式为 "刺人破坏".4.4 桩的施工工艺直接影响泥岩地基中桩的承载性状和侧摩阻力的发挥 . 参考文献 :1 桩基工程手册编写委员会.桩基工程手册 M. 北京:中国建筑工业出版社,1995.2 刘俊龙.大直径灌注桩竖向承载力的影响因素及其评价J.工程勘 察,2001,(2):1417.3 池跃君，顾晓鲁,周四思，等.大直径超长灌注桩承载性状的试验研究J.工业建筑,2000,30(8):2629.4 张晓辉，孟庆碧,刘晨光,等.喷射搅拌水泥土桩复合地基承载力特征研究J.河南科学,2003,30(8):644647Experimentalstudy
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