不均匀块碎石土地基摩擦-端承桩基承载力特性研究

刘昌钟

（中冶建工集团有限公司，重庆 400054）

桩基础是一种广泛应用的深基础型式，可以较好地适应复杂地质条件以及各种荷载情况。随着施工技术的不断提高和改进，目前国内外已有很多学者研究，获得一些有益的成果。

目前尚无有关复杂不均匀碎块石土地质采用何种基础形式的有效方案，前人也没有这方面的系统性试验，提出工程应的控制指标。本文研究将有助于解决建筑在山区崩坡积地质采用桩基础的技术课题，为该地质条件下的山区桩基设计提供一种可行的解决方案。

1 地质概况

拟建场地地处斜坡带，地层结构为第四系崩坡积块碎石土，下伏基岩为志留系下统龙马溪组页岩。块碎石土粒径3～50 cm，最大可达500 cm，分布极不均匀，呈巨厚层状，揭露最大厚度达60m以上。

本次研究将整个拟建场区分成四个区域进行静载试验及深层平板荷载实验。桩基础采用人工挖孔桩，桩径900 mm，分为空底桩和正常桩两种形式，桩长5 m、10 m、15 m，桩身砼强度等级为C30。

根据不均匀系数和曲率系数分析得到，该场地碎石土颗粒与颗粒之间粒径相差较大，缺失中间颗粒，且存在不连续的情况，整体颗粒级配不良。从图3动力触探曲线得出，该场地单孔修正锤击数从0.9～19.5，单孔修正平均击数为8.54，1～4 m为松散，4～10 m为中密，从单孔锤击数看，锤击数高低间插，说明块石土成分杂乱，均匀性差，含有一定量的较大孤石。

2 单桩竖向载荷

2.1 加载装置

静载试验采用液压千斤顶加荷，试验采用锚桩横梁提供反力，用千斤顶加载，直至土体破坏。沉降量用2只对称百分表测量，测表支架点安置在不受变形影响的位置。

桩身应变采用振弦式应变计测量，测量误差不大于0.1%Fs（Fs为满量程范围内误差），分辨率优于0.01 mm。应变计埋设于相邻两土层分界处。试验采用可消除温度变化对仪器的影响的应变式土压力盒。

2.2 实验方法

先在试压表面用粗砂找平，其厚度不超过20 mm。放上承压板，安装加荷。每级加载量为设计单桩承载力特征值2倍的1/10，第一级按2倍分级荷载加载。每级荷载施加后第 5、15、30、45、60 min 观测一次读数，以后每30 min测读一次。按规范规定取试验值。

2.3 轴力分析方法

试验数据按规定进行数据有效利用时，删除异常数据，得到同一断面有效测点的应变平均值，并按公式计算该断面处的桩身轴力。

3 静载荷试验结果分析

（1）桩身轴力计算及传递特征分析。桩身的应变测量通过预先埋置在桩身内的钢筋应力计，可实测到各钢筋应力计在每级荷载作用下的频率值，并由此计算出所产生的应力值。

（2）桩侧阻力随深度变化关系。试桩相邻两个测试断面间的桩轴力变化值等于两断面间的桩侧摩阻力发挥值。

①不同加载条件下桩侧阻力随深度变化关系。岩土工程报告推荐的极限值为80 kPa，在极限荷载作用下实测侧摩阻力与勘察报告推荐的极限值对比可以看出，实测值与勘察报告推荐值有较大差异，整体上实测值大于勘察报告推荐值。分析原因主要是影响人工挖孔灌注桩成桩的因素多且复杂，存在很多不确定性，这使桩侧阻力实测值与设计值相差甚远。

②不同桩底条件下桩侧阻力随深度变化关系。桩顶荷载在传递过程中，上部2 m范围内土层4#空底桩和2#正常桩侧摩阻力大小近似，说明2 m范围内的侧摩阻力已发挥到最大值；中部2～6 m范围内土层4#空底桩比2#正常桩侧摩阻力小，大约小10%；下部6～10m范围内土层4#空底桩比2#正常桩侧摩阻力小，大约小15%。桩端阻力影响桩侧摩阻力的发挥；距离桩端越近，桩端阻力对侧摩阻力发挥的影响越大；桩顶部分土层侧摩阻力已发挥到最大值，不受桩端阻力的影响。

③不同桩长条件下桩侧阻力随深度变化关系。通过南区选取南区B地块10#（5 m）、南区C地块8#（10 m）、南区C地块1#（15 m）3根桩，通过北区选取北区生活区 6#（5 m）、北区生活区 2#（10 m）、北区 52-54 号楼1#（15 m）3 根桩。

桩长对侧摩阻力的发挥具有一定的影响，桩长超过10 m后，桩端阻力发挥显著，桩侧摩阻力发挥受到限制。

（3）桩端阻力和深层平板荷载试验承载力特征值的关系。按照试验桩基布置图在每根桩桩底进行深层平板荷载试验。静载试验采用液压千斤顶加荷，试验采用锚桩横梁提供反力，通过千斤顶加载，直至土体破坏。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）5.3.6规定，对于干作业挖孔桩，极限端阻力标准值可采用深层平板荷载试验确定，而从表中可看出深层平板荷载试验极限荷载与实测极限端阻力标准值存在较大差异，承载力特征值与桩端极限端阻力也不是2倍安全系数关系，二者关系可以近似用公式qpk=3.5fak1.1表示。

4 结 语

本文通过在不均匀块碎石地基土上对13根直径900 mm人工挖孔灌注桩进行了深层平板荷载试验和竖向荷载试验，基于测试结果，分析了灌注桩竖向荷载传递规律、侧摩阻力发挥规律及桩端阻力和深层平板荷载试验特征值的关系，可得如下结论：

（1）桩顶荷载在传递过程中，上部和下部土层侧摩阻力的发挥是一个异步的过程。上部土层的侧摩阻力先于下部土层发挥作用；随着荷载增大，上部土层的侧摩阻力逐渐平稳，深部土层的桩侧摩阻力逐渐体现。桩长范围，桩侧摩阻力随着深度的增加而增大。

（2）相同地质条件下，桩端阻力影响桩侧摩阻力的发挥。侧摩阻力在端阻力发挥作用时比端阻力不发挥作用（空底桩）时大10%～15%。

（3）桩长对侧摩阻力的发挥具有一定的影响，桩长超过10m后，桩侧摩阻力发挥受到抑制。

（4）原位平板荷载试验承载力特征值与桩端极限端阻力不是2倍安全系数关系，二者关系可以近似用公式qpk=3.5fak1.1表示。