张 冬 良

(山西路桥第一工程有限责任公司,山西 太原 030006)

0 引言

对于软土地区，其基岩相对较浅，在钻孔灌注桩施工阶段，经常会有人将基岩直接定义为桩基的持力层，不管桩的长径比多少、桩长多少，均选择端承嵌岩桩，并使桩身通长配筋，以确保桩端可以顺利的进入持力层，且使其深度达到桩径的一倍甚至数倍。下面将会以宁波新都美地工程和杭州中大广场工程为例来对钻孔灌注桩桩基持力层进行探究，以更好的加深人们对钻孔灌注桩桩基持力层了解和掌握。

1 钻孔灌注桩桩基持力层估算理论

通常情况下，钻孔灌注桩的荷载传递特性与桩身质量、长径比、桩周土性质、桩基长度、桩端沉渣厚度、桩身压缩变形和桩顶的荷载大小等存在一定的联系。同时，在进行钻孔灌注桩施工阶段，桩端土的支持力与桩基长度、长径比、桩身质量、孔底沉渣厚度及桩顶荷载大小等有关，而且还与钻孔对持力层所产生的扰动、持力层本身的特性等有关。

因此，为了更好的对钻孔灌注桩桩基持力层进行估算，需要进行如下假设：

1)桩身的混凝土压缩变形假设为弹塑性变形；

2)桩身轴力传递特性曲线假设为梯形或倒三角形；

3)桩端基岩对桩的支持力，可以借助布辛奈斯克模型来对其进行求解。

1.1 桩身变形的估算

在上述所有假设的基础上，桩的荷载传递特性曲线类似于倒三角形，这样一来就可以通过式(1)来求解钻孔灌注桩桩身可能出现的弹性压缩变形量。

(1)

其中，L为桩长；N为桩顶的荷载；A为桩身的横截面面积；Ec为钢筋混凝土的弹性模量。

如果把桩的荷载传递特性曲线看做是倒梯形，此时钻孔灌注桩桩身的弹性压缩变形可以通过式(2)进行求得：

(2)

其中，N2为基岩对桩所产生的支持力。

静载试验卸载后，假设钻孔灌注桩桩身所出现的残余变形是塑性变形，此时就能够借助静载试验的结果来求得塑性变形Se。此时所求得的钻孔灌注桩桩身压缩变形S为：

S=Sd+Se

(3)

1.2 岩基对桩端支持力的估算

在估算岩基对桩端支持力时，通常会将桩基假设成完全刚性体，并根据布辛奈斯克模型来探究基岩对桩端支持力N1，具体计算公式如式(4)所示：

(4)

其中，r为桩的半径；E0为基岩的变形模量；μ为基岩的泊松比；Ss为桩端的沉降，即桩端基岩所发生的变形。

实际上，针对钻孔灌注桩所提交的工程勘察报告只能够提供岩土压缩模量Es，当遇到低压缩性土时，其变形模量E0与压缩模量Es之间所存在的关系式为：E0=2.11Es。

因此，在进行钻孔灌注桩桩基持力层估算过程中，只需要得到基岩的压缩模量Es、压缩变形S、泊松比μ，就可以通过式(4)来得出基岩对桩端的支持力，对其进一步分析后就可以得到桩的荷载传递特性。此外，通过静载试验来对钻孔灌注桩的变形值进行有效的测量，其同样可以借助式(2)，式(3)来获得基岩对桩端的支持力N1。

2 工程实例

2.1 参数的选取

对于钻孔灌注桩施工而言，由于事先对试桩进行了明确，而且混凝土强度等级往往会超过设计值，并对混凝土水下浇捣强度的折减系数给予考虑，然后确定钻孔灌注桩混凝土强度的等级。岩土工程勘察报告基本上不会涉及到基岩的泊松比，一般需要对相关文献进行查阅来找到与当地工程施工相匹配的泊松比。

钻孔灌注桩桩基持力层土体所产生的变形值一般是指基岩的压缩量，主要是孔底沉渣与桩端沉降被压实后所产生的变形量。在对其进行研究时，可以将基岩的压缩量定义为桩端土体的回弹量。在进行钻孔灌注桩施工阶段，钻孔的施工一般会诱发基岩或多或少的扰动，致使桩端土体压缩模量与勘察报告实际值存在一定的偏差，此时要想保证计算过程的顺利进行，待桩端土体被压实后一般可以直接选择勘察报告中所提供的数值。

桩端极限承载力和单桩竖向桩侧阻的标准值分别为：

Qpk=qpk·Ap,Qsk=μ∑qsik×li。

其中，qpk为极限端阻力标准值；Ap为桩端面积；qsik为桩周第i层土所对应的极限侧阻力标准值；μ为桩身周长；li为桩穿越第i层土所对应的厚度。

钻孔灌注桩桩身承载力的计算公式为：

R=φc(fc+pfs)A。

其中，φc为桩基施工系数，通常情况下在泥浆护壁钻孔灌注桩中φc=9；fs为钢筋抗压强度设计值；fc为混凝土轴心抗压强度设计值；A为桩身面积；p为桩身配筋率。

2.2 宁波新都美地工程

该工程是宁波市的一栋高档住宅小区，建筑面积约50 000 m2，其中共23层，地上21层，地下2层。在静载试验钻灌注孔桩施工过程中，桩长为42.1 m，桩径为700 mm，长径比为60，桩基的持力层为圆砾层，桩身选择了C30混凝土，要求钻灌注孔桩进入持力层深度为0.5 m，单桩极限承载力设计值控制在5 000 kN，竖向承载力设计值控制在3 000 kN。静载试验钻灌注孔桩桩端土极限承载力标准值和桩端持力层的压缩模量分别为qpk=4 500 kPa，Es=20 MPa。通过分析岩土勘测报告后，单桩极限端阻力和总极限侧阻力分别为：Qsp=1 721 kN，Qsk=3 435 kPa。表1描述的是静载试验钻灌注孔桩静载试验荷载与桩端、桩顶沉降值的相关数据。

表1 静载试验荷载与桩端、桩顶沉降数据

通过对表1进行分析可以发现，当桩顶荷载为5 587 kN时，将会导致桩端和桩顶出现较大范围的变形，但是本次研究过程中，桩身压缩的实际值只有1.33 mm，可以得知桩端沉渣厚度相对比较大。当桩顶荷载在5 587 kN时，该施工场地的沉渣基本上被压实，这样一来就能够把桩端土的变形定义为基岩的压缩量。如果钻灌注孔桩桩顶荷载达到6 832 kN时，此时可以通过布辛奈斯克模型来求得桩端土支持力为74 kN，而其仅为桩顶荷载的1%，确定其是纯摩擦桩。如果将其判定为纯摩擦桩，那么桩顶承受4 968 kN的荷载时，可以根据式(1)得到桩身的弹性压缩变形值是9.22 mm，而实际的测量值为9.18 mm；同时桩顶承受6 832 kN的荷载时，根据式(1)得到桩身的弹性压缩变形值是12.67 mm，而实际的测量值为11.19 mm，两次测量结果基本上一致。

2.3 杭州中大广场工程

该工程属于高档写字楼，共计7层，坐落在杭州市中山北路东侧、屏风街南侧的中大广场，建筑面积约为15 000 m2。在进行静载试验钻灌注孔桩施工过程中，桩长为49.5 m，长径比为70.7，桩径为700 mm，桩身选择了C25混凝土，通过检测发现，桩基的持力层属于风化强度比较大的角砾凝灰岩，并要求钻灌注孔桩能够深入持力层2.0 m，而且要求单桩极限承载力达到5 300 kN，竖向承载力设计值控制在3 300 kN。

静载试验钻灌注孔桩桩端土极限承载力标准值和桩端持力层的压缩模量分别为qpk=5 000 kPa，Es=20 MPa。在对岩土勘测报告分析后得知，单桩极限端阻力和总极限侧阻力分别为：Qsp=1 923 kN，Qsk=3 378 kPa。表2描述的是静载试验钻灌注孔桩静载试验荷载与桩顶沉降值的相关数据。

表2 静载试验荷载与桩顶沉降数据

本次钻孔灌注桩施工阶段，并未出现桩端土的变形，此时可以将桩基极限承载力控制在5 300 kN。假设该桩基为纯摩擦桩，则桩端所承载的支持力为0，此时桩顶所承受的荷载为5 300 kN，所得到的桩身弹性压缩变形量为12.18 mm，从而可以得到桩身轴力为0处分布在桩身某处，而并非桩端。

3 结语

在进行钻孔灌注桩施工过程中，桩的长径比、桩长等会对持力层产生一定的影响，如果桩的荷载传递特性属于摩擦桩时，则其桩端需要承受的支持力比较小，无法发挥基岩支持力的作用。因此，为了确保钻孔灌注桩桩基施工的整体质量，则需要先做试桩，测试结果符合要求后再进行实际施工。