陈开伦，崔贵云，杨 柏，石青叶

(1.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，西安 710000；2.桂林电子科技大学 建筑与交通工程学院，桂林 541004；3.西南交通大学地球科学与环境工程学院，成都 610031)

抗拔桩作为一种承担拉力的基础形式在桥梁建设、海洋平台、输电线路等工程中十分常见。近年来，关于抗拔桩极限承载力的研究逐渐向特殊工况侧重，比如，邹积山等[1]分析认为海底土体渗透系数越大有利于桩基抗拔承载力的提高。程刘勇等[2]研究发现斜坡上桩基抗拔极限承载力随着桩长、临坡距的增加而增大，随着坡度的增加而减小。程泽海等[3]通过数值分析发现桩基抗拔极限承载力受到渗流条件显著影响，土中水向下渗流，抗拔桩极限承载力有所提高，反之降低。这些研究都是对抗拔桩极限承载力的规律性分析，而对于抗拔桩极限承载力的确定方法研究较少。目前抗拔桩极限承载力的确定方法主要有规范法、理论法和静载试验法3种，其中以现场静载试验最为可靠。现场试验可以得到试桩的上拔荷载-桩顶位移曲线，依此判定抗拔桩的极限承载力，中外学者基于不同的失效准则提出了极限承载力的确定方法，包含数学模型法、位移取值法和图解法等。其中，图解法是根据试验实测的荷载-位移曲线形状，选用合理的推理方法确定极限承载力。现行规范[4]中关于静载试验中抗拔桩极限承载力的取值，主要是在保证材料强度的基础上，基于荷载-位移曲线的塑性极限点(即图解法中L1-L2法的L2值)和位移取值法取值，图解法中的其他取值方法鲜有提及，无法判明其他方法的有效性、适用性和准确性，故对图解法中其他判定方法进行分析具有显著的社会意义和经济价值。

具有代表性的图解法有初始直线斜率法、双直线交点法和L1-L2法[5]，如图1所示。

图1 图解法示意图

(1)初始直线斜率法。与初始直线段斜率相同，但沿位移方向移动3.8 mm后的直线与荷载-位移曲线的相交点即为极限点，对应的上拔荷载为极限承载力，相应的桩顶位移为极限位移。

(2)双直线交点法。将荷载-位移曲线划分为初始直线段、曲线段和破坏直线段，过初始直线与破坏直线的相交点，且垂直于荷载轴线的直线，与荷载-位移曲线的交点即为极限点，对应的上拔荷载为极限承载力，相应的桩顶位移为极限位移。

(3)L1-L2法。同双直线交点法一样，将荷载-位移曲线划分为初始直线段、曲线段和破坏直线段，初始直线段L1的终点为弹性极限点，破坏直线段L2的起点为塑性极限点，对应的上拔荷载为极限承载力，相应的桩顶位移为极限位移。

Chin[6]研究认为双直线交点法适用于以回填材料为地基土的扩展基础；初始直线斜率法适用于压力注浆法施工的基础；L1-L2法适用于以岩(土)代模施工而成的挖孔基础。鲁先龙[7]研究认为初始直线斜率法用于确定基础的极限承载力偏于保守。翟云锋等[8]通过已有扩底抗拔桩现场试验荷载-位移曲线，采用规范法和图解法(初始直线斜率法、L1-L2法)分析了试验结果，发现3种方法的计算结果较为接近。

上述研究表明，初始直线斜率法、双直线交点法和L1-L2法各自具有一定的适用性和局限性，是否适用于砂岩地层中抗拔桩的极限承载力判定还有待研究，现将基于现场试验结果，分析这三种方法对砂岩地层中抗拔桩极限承载力判定的适用性和准确性。

1 试桩试验概况

1.1 试桩概况

试验场地位于西南某山体斜坡台地，主要地层如下:粉质黏土，厚2.5 m，呈硬可塑状；强风化砂岩，厚0.5～3.0 m，属软岩；中风化砂岩，岩体较为完整，节理裂隙较发育，未揭穿，为较软岩。岩土层的物理力学性能参数如表1所示。

表1 抗拔桩尺寸

根据试桩设计技术要求、试桩施工工艺及《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106—2014)[4]规定，综合考虑试桩桩径、桩间距、场地地质情况、静载加载试验设备等因素，对总平面图进行了优化设计，共布置抗拔试桩19根，反力桩11根、桩间距均不小于5d(d为桩径)，桩侧地质钻探勘探孔共布置19孔，如图2所示。

图2 嵌岩抗拔桩设计技术研究总平图

1.2 试桩施工

等截面桩采用回旋钻机旋挖成孔。变截面桩采用分段成孔工艺，在上覆土和强风化砂岩部分成孔孔径为1.0 m，嵌中风化砂岩部分成孔孔径为 0.6 m。净嵌岩桩(16#、17#试桩)在上覆土和强风化砂岩部分预埋Φ800 mm钢护筒，成桩后留置在原位，使桩侧表面与桩周岩土体隔离。扩底桩上部采用回旋钻机旋挖成孔，扩大头部分采用人工挖孔施工工艺。各试桩成孔后安放钢筋笼、浇筑混凝土。

试桩桩身混凝土强度等级为C30，桩径0.6、0.8、1.0 m，钢筋笼纵筋采用HRB500级螺纹钢筋，布置分别为14Φ36 mm+4Φ18 mm、21Φ36 mm+4Φ18 mm、26Φ36 mm+4Φ18 mm，箍筋采用HPB300，布置为Φ8@150。

1.3 试桩静载荷抗拔试验

1.3.1 试验装置

试验装置采用反力桩-反力梁体系，主要由液压千斤顶、反力梁、反力桩、量测装置等组成。现场试验加载装置图如图3所示。

1.3.2 试验方法

试验采用桩基规范[4]推荐的慢速维持荷载加载法。试验过程与文献[9]一致。

2 试验结果分析

上述试验得到试桩的桩顶荷载与桩顶位移关系曲线如图4、图5所示，极限荷载及其对应的位移值如表2所示。

图5 19#试桩σ-lgt关系曲线

采用上述3种图解法对现场试验中试桩的荷载-位移曲线进行极限承载力和相应位移取值，结果如表2所示。由表2可知，双直线交点法取值和L1-L2法中的L2取值都需要试桩荷载-位移曲线存在破坏直线段，不能应用于未达到破坏，或者破坏直线段不显著的情况。L2取值的方法与规范[4]中推荐的极限承载力取值方法相同，故L2取值与实测值相同。将取值结果用表3和图7分析比较，因为L2取值与实测值一致，故在图6中不予表示。

表2 图解法荷载-位移曲线取值结果

由表3和图6可知，初始直线斜率法的取值在整体上低于实测值、低于双直线交点法的取值，高于L1-L2法中L1的取值，简单来说，初始直线斜率法的取值就是在L1值的基础上增加了3.8 mm的位移允许值，相较于文献[10]中分析得到的强/中风化砂岩层极限相对位移分别为8～18 mm和20～25 mm，增加的幅度过低，不能满足桩身侧阻力发挥的所需相对位移值，对于粉质黏土层极限相对位移2.5～4.0 mm而言是合适的。各试桩用初始直线斜率法得到的极限承载力为实测值的42.0%～102.4%，平均66.0%，偏于保守，这与Kulhawy等[11]的结论相同。双直线交点法的取值与实测值较为接近，各试桩用双直线交点法得到的极限承载力为实测值的85.2%～98.5%，平均94.8%。L1-L2法中L1的取值为荷载-位移曲线初始直线段(即弹性变形阶段)终点，得到的极限承载力为实测值的15.5%～64.1%，平均29.7%，而各试桩L1法的极限位移(即弹性阶段位移)仅为实测极限桩顶位移的1.8%～25.6%，平均7.6%，远低于实测值。

表3 图解法各方法取值结果分析表

图6 图解法各方法取值结果分析图

3 结论

采用图解法判定风化砂岩层中抗拔桩极限承载力，得到以下结论。

(1)初始直线斜率法受到3.8 mm位移增量的限制，平均取值为实测值的66.0%，偏于保守。

(2)双直线交点法平均取值为实测值94.8%，较为相近。

(3)L1-L2法的L1法平均取值仅为实测值的29.7%；L2取值方法是现行桩基规范中确定极限承载力的判据之一，取值与实测值一致。

研究认为，除非对基础变形有严格特殊的要求，否则在试桩荷载-位移曲线特征明显的情况下，L1-L2法可以用于试桩承载变形分析，但并不适合用于确定极限承载力，L2取值方法只是规范中确定极限承载力的参考条件之一，规范中根据多种方法综合分析确定极限承载力的建议更为合理。