杨长城

（上海市建筑科学研究院，上海 200032）

桩端后注浆大直径超长钻孔灌注桩现场试验研究

杨长城

（上海市建筑科学研究院，上海 200032）

通过对3根端后注浆大直径超长灌注桩的现场试验，采用双循环法进行加载，采用沉降杆法测试工程桩顶、桩底的沉降，同时通过应力计测试桩身不同断面的轴力。为研究软土地区大直径超长灌注桩提供有价值的数据。试验表明：桩底沉降较小，最大加载时约为3mm，试桩顶的累计沉降几乎全部由桩身压缩量产生；桩端后注浆处理后，由于桩底沉降较小，桩身桩土相对位移减小，使桩侧土层摩阻力相对于不考虑后注浆时有明显提高，提高比例约为40%~50%，桩端阻力约占总承载力的24%。

大直径超长灌注桩；桩端后注浆；双循环；现场试验

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.031

1 引言

随着城市建设发展，出现越来越多的超高层建筑，在软土地区，大多采用大直径超长钻孔灌注桩的基础形式，而桩端后注浆是提高大直径超长灌注桩的有效手段。文献[1]等综合分析上海地区十余项工程的桩端后注浆灌注桩测试资料，对桩端后注浆大直径超长灌注桩的桩端承载特性进行了研究。文献[2]-[5]基于现场试验，研究了大直径超长灌注桩受荷状态、承载性能及荷载传递机理等问题。

文章基于工程现场载荷试验实测数据，进一步研究桩端后注浆大直径超长灌注桩承载变形特性、荷载传递机理及桩身压缩性状等问题。

2 工程概况

某工程位于上海市徐汇区，云锦路以东、龙耀路以南、规划十路以西、规划七路以北所围地块内。项目主塔楼为约280m的超高层地标写字楼。本场地地貌属于滨海平原地貌类型，场地内地势较平坦，地基土层及参数如表1所示。

3 试验方案

本工程抗压试桩采用钻孔灌注桩，桩径为准1000mm，桩长为82.8m，持力层为⑨2层粉细砂。桩身混凝土强度为水下C45，试桩采用桩端后注浆，注浆量5t。试验桩共3组，采用6锚桩法，试锚桩布置图（见图1）。试桩的预估最大加载值24600kN，实际加载时，根据工程桩有效桩顶标高处的荷载值达到23500kN为控制条件。试桩概况如表2所示。

图1 试锚桩平面布置图

表1 地层特性表

表2 试桩信息

抗压试验采用双循环[6]加载方式：

1）第一周期

加荷：0.2P→0.3P→0.4P→0.5P→0.6P→0.7P(维持24h)，P为最大加载量。

卸荷：0.7P→0.6→0.4P→0.2P→0。

2）第二周期

加荷：0.2P→0.3P→0.4P→0.5P→0.6P→0.7P→0.8P→0.9P→P；

卸荷：P→0.8P→0.6P→0.4P→0.2P→0。

注：P为预估最大加载值（24600kN）。实际加载时，根据工程桩有效桩顶标高处的荷载值（23500kN）为控制条件，适当增加荷载量。

在工程桩桩顶处（相对标高-18.9m）及桩底采用沉降杆法量测桩身各级荷载作用下的沉降变形。同时进行桩身轴力测试，每根试桩桩身布置11个测试断面，分别在桩顶以下0.5m、19.4m（工程桩顶标高以下0.5m）、20m、24m、35m、38m、49m、58m、68m、79m、82.3m，其中：20m、24m、35m、38m、49m、58m、68m、79m，分别表示土层④2-1、④2-2、⑤1、⑤3-1、⑤3-2、⑤3-3中部、⑤3-3、⑨1的界面位置。每个测试断面对称布置3个应力计，以获得桩身轴力及桩侧摩阻力。

测试数据计算方法如下：

1）应变计算

根据现场试验测得的应力计频率fi，求出每个应力计不同荷载阶段的压力P和应变εs：

式中，Pij为第j断面第i级荷载下的钢筋计压力，Kj为第j断面钢筋计标定系数，f0j为第j断面钢筋应力计初始读数，fij为第j断面第i级荷载下的钢筋应力计读数，Bj为第j断面钢筋计标定系数，εsij为第j断面第i级荷载下的钢筋应力计应变，Asj为第j断面钢筋应力计断面积，Es为钢筋应力计弹性模量。

2）桩身轴力计算

当进行桩抗压试验时，根据混凝土和钢筋变形协调条件，可求出桩身断面轴力Qij：Qij=εsij·（Es·Agj·nj+Ec·（Aj-Agj·nj））

式中，Qij为第j断面第i级荷载下的桩身轴力；Agj为第j断面单根主筋面积；nj为第j断面主筋数量；Aj为第j断面桩孔面积（根据测孔资料确定）；Ec为混凝土弹性模量。

3）桩侧分层摩阻力和桩端端阻力计算

桩顶各级荷载下的各桩侧分层摩阻力和端阻力计算如下：

式中，qsij为第i级荷载下第j断面至j+1断面桩侧摩阻力；qpi为第i级荷载下桩的端阻力；uj为第j断面至j+1断面桩身周长(根据测孔资料确定)；lj为第j断面至第j+l断面桩长；，Qn为桩端的轴力，An为桩端面积。

（1）桩身轴力

试桩在各级荷载下的各断面轴力变化曲线，如图2所示。由图3可以发现，试桩的承载力开始阶段基本由桩侧摩阻力承担，随着试验逐级加载，桩侧摩阻力由浅到深逐渐发挥；试验加载至第8级荷载（22140kN）后，桩端阻力开始发挥，随着试验继续加载，端阻力逐渐增大，继续增加的试验荷载基本由端阻力承担。

图2 各试桩桩身轴力分布曲线

根据试验结果，各试桩在最大试验荷载下，3根试桩TP1-1、TP1-2、TP1-3，工程桩桩顶处轴力分别为24099kN、23571kN和23670kN，满足工程桩桩顶标高处的荷载值（23500kN）控制要求。

（2）桩侧摩阻力、端阻力

根据图3试验结果，各试桩在相应试验最大荷载下，工程桩桩身段各土层桩侧摩阻力如表3所示。

表3 最大荷载下工程桩桩身段桩侧土层摩阻力

由表3可知，桩端后注浆处理后，由于桩底沉降较小，桩身桩土相对位移减小，使桩侧土层摩阻力相对于不考虑后注浆时有明显提高，提高比例约为40%~50%。

各试桩在最大试验荷载下，工程桩桩身段桩侧总摩阻力、桩端阻力见表4。

表4 最大荷载下工程桩桩身段桩侧总摩阻力和端阻力

由表4可知，在最大试验荷载时，3根试桩在工程桩桩身段，桩身总摩阻力约占总承载力的76%，桩端阻力约占总承载力的24%。表明桩端后注浆技术改善了灌注桩的桩端承载特性，大幅度提高了桩端土体的承载能力和变形特性，为桩端阻力的发挥提供了条件[7-8]，使超长桩的端阻力有较高发挥。

4 结语

文章通过对3根桩端后注浆大直径超长灌注桩的现场试验，得到了如下几点结论：

1）对承载能力要求较高的大直径超长灌注桩，采用双循环法静载试验，第1循环时需恒载24h，能更真实模拟基桩受荷条件，为设计提供更可靠的试验结果。

2）因静载试验一般在自然地坪进行，而设计更关心的是工程桩顶标高处的承载力，因此，根据工程桩顶处的轴力测试结果，控制试验最终加载值，更符合设计要求。文中3根试桩的工程桩顶处轴力分别为24099kN、23571kN和23670kN，满足设计23500kN的控制要求。

3）由于桩端后注浆技术改善了大直径超长灌注桩的桩端承载特性，大幅度提高了桩端土体的承载能力和变形特性。文中3根试桩，假设不考虑桩端后注浆，试桩的极限承载力约为14700kN，而由试验结果可知，桩端后注浆后试桩的极限承载力提高约69%以上，说明桩端后注浆对超长桩的桩身及桩侧摩阻力提高有显著效果。

4）通过沉降杆法量测桩身不同断面的沉降，发现桩端后注浆灌注桩的桩底沉降较小，最大加载时约为3mm，试桩顶的累计沉降几乎全部由桩身压缩量产生。在荷载24600kN时，桩身实测压缩量约为33mm，按理论计算约为47mm。表明桩身仍基本处于弹性变形阶段，承载力主要由桩身摩擦力提供。

5）桩端后注浆处理后，由于桩底沉降较小，桩身桩土相对位移减小，使桩侧土层摩阻力相对于不考虑后注浆时有明显提高，提高比例约为40%~50%。在最大试验荷载时，3根试桩在工程桩桩身段，桩身总摩阻力约占总承载力的76%，桩端阻力约占总承载力的24%。

【1】岳建勇，等.上海软土地区桩端后注浆灌注桩单桩极限承载力估算方法探讨[J].建筑结构，2009(S1)：721-724.

【2】王卫东，李永辉，吴江斌.上海中心大厦大直径超长灌注桩现场试验研究[J].岩土工程学报，2011(12)：1817-1826.

【3】刘开富，等.软土地区桩端后注浆灌注桩竖向承载性能试验研究[J].岩土工程学报，2013(S2)：1054-1057.

【4】李永辉，吴江斌.基于载荷试验的大直径超长桩承载特性分析[J].地下空间与工程学报，2011(5)：895-902.

【5】吴祖咸，等.桩端后注浆大直径超长钻孔灌注桩承载力的试验研究[J].建筑技术，2010(10)：896-897.

【6】唐升贵，等.膨胀土中双循环加卸载法桩静载试验[J].岩土工程界，2007(11)：59-61.

【7】蒋建平，高广运，章杨松.桩端岩土强度提高对超长桩桩身总侧阻力的强化效应研究[J].岩土力学，2009(9)：2609-2615.

【8】蒋建平.大直径超长桩的承载潜力问题探讨[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版)，2006(3)：333-338.

Field Test Research on Large-diameter and Extra-long Bored Piles with Pile-end Post-grouting

YANGChang-cheng
(ShanghaiResearchInstituteofBuildingSciences,Shanghai200032,China)

In this paper ,field test on 3 large-diameter and extra-long bored piles of pile-end post-grouting, adopts double circulation method to load, the settlement barmethod is used tomeasure the pile settlement of pile top and bottom.At the same time, the axial force of pile in different sections is testedwith the stressmeter.Therewill provide valuable data for research in soft soil areawith large-diameter and extra-longbored pile.Thisfield test showsthat the settlement of pile bottom is small, only about 3mm under maximum load, cumulative settlement of pile top almost entirely is produced by the pile compression; After the pile-end post grouting, due to the settlement of pile bottom is small, relative displacement between pile and soil is reduced, the pile side friction resistance of the soil layer is obviouslyhigher thanwithout considering post-grouting, improving the ratio of about40%~50%, the pile end resistance accounted for about 24% of totalcapacity.

large-diameterandextra-longboredpile;pile-endpost-grouting;doublecirculation;fieldtest

TU473.1+6

A

1007-9467（2016）07-0050-03

2016-7-2

杨长城（1981~），男，湖南怀化人，工程师，从事岩土工程桩、地基方面的试验研究，（电子信箱）keleccy@163.com。