周 炜（上海市建筑科学研究院有限公司，上海 200032）

与预制桩相比，钻孔灌注桩有着施工噪声小、对周围环境影响小等优点，施工桩径可以较大、桩长也可以较长。但常规钻孔灌注桩较难保证成孔质量，易出现泥皮较厚、孔底沉渣较多、土体应力释放过大等缺陷。这些问题始终没有得到有效地解决，尤其是桩端沉渣和桩侧泥皮问题，容易导致单桩竖向承载力显著下降及建筑物沉降量大幅度增加。如处理不好这些问题，不但会对工期和造价产生影响，还会对单桩承载力及建筑物沉降均会产生不利影响。按目前工程经验，桩长较长的大直径钻孔灌注桩一般可采用后注浆工艺。

桩端后注浆工艺即钻孔灌注桩浇灌桩身混凝土之前，先在孔内预留带有活动阀的细钢管至孔底，然后浇注混凝土至设计标高，待桩身混凝土有一定强度时，利用水泥浆加压泵由原先预留的钢管中注入水泥浆，高压水泥浆自阀门由桩底部向上部注浆和桩底注浆，使桩端以上 20～30d和桩端下土体得到加固，同时也解决了灌注桩中部分泥皮和沉渣影响承载力的问题，大幅度提高了单桩竖向抗压承载力，减少了桩基础的沉降量。

本文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。

1 工程概况

某工程位于上海市黄浦区人民路以东、东门路以北地块内。总占地面积 45 472 m2，总建筑面积约 429 852 m2。本工程包括两幢超高层建筑办公楼及商业裙房。超高层办公楼最高层数为 39 F，最高屋面标高 180 m。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。

表1 地层桩侧摩阻力标准值 fs 及桩端端阻力标准值 fp 参数表

2 试验方案

工程抗压试桩采用钻孔灌注桩，桩径为Φ1 000 mm，桩长为 82.8 m，持力层为粉细砂。桩身混凝土强度为水下 C 45，试桩采用桩端后注浆，注浆量 5 t。试验桩共 3组，采用 6 锚桩法。试桩的预估最大加载值 24 600 kN，实际加载时，根据工程桩有效桩顶标高处的荷载值达到23 500 kN 为控制条件。试桩概况如表 2 所示。

表2 试桩信息

抗压试验加载方式：

加荷：0.2P→0.3P→0.4P→0.5P→0.6P→0.7P→0.8P→0.9P→1P

卸荷：1P→0.8P→0.6P→0.4P→0.2P→0

3 试验结果及分析

3.1 静载试验承载力及沉降分析

根据静载试验结果汇总后如表 3 所示。

表3 静载试验结果汇总表

由表 3 可知，试桩 TP1-1，根据工程桩桩顶荷载控制要求，试验最终荷载为 25 600 kN，试验稳定时，桩顶累计沉降量为 42.60 mm；试桩 TP 1-2 和 TP 1-3 加载至 24 600 kN，试验Q-s曲线未出现明显陡降，累计沉降分别为 34.98 mm、33.38 mm，试验结果稳定。

在最大荷载下，各试桩桩身不同位置的沉降如表 4 所示，各级荷载下的不同桩身断面的Q-s曲线如图 1 所示。

表4 最大荷载下各试桩桩身沉降汇总表

图1 试桩 Q-s 曲线

由表 4 和图 1 可知，桩底沉降均较小，分别为 2.29 mm、3.18 mm 和 2.35 mm，试桩顶的累计沉降几乎全部由桩身压缩量产生，在相同荷载 24 600 kN时，桩身压缩量约为 33 mm。假设桩身应力为倒三角形分布形式，荷载 24 600 kN 时，桩身压缩量按理论计算约为 47 mm。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。假设不考虑桩端后注浆，根据土层参数，试桩的极限承载力约为 14 700 kN。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。

3.2 桩身轴力、侧摩阻力、端阻力分析

3.2.1 测试数据计算方法

（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，如式（1）所示。

式中：Pij—第j断面第i级荷载下的钢筋计压力；

Kj—第j断面钢筋计标定系数；

f0j—第j断面钢筋应力计初始读数；

fij—第j断面第i级荷载下的钢筋应力计读数；

Bj—第j断面钢筋计标定系数；

εsij—第j断面第i级荷载下的钢筋应力计应变；

Asj—第j断面钢筋应力计断面积；

Es—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，如式（2）所示。

3.2.2 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 2 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（22 140 kN）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TP、1-1、TP1-2、TP1-3，工程桩桩顶处轴力分别为24 099 kN、23 571 kN 和 23 670 kN，满足工程桩桩顶标高处的荷载值（ 23 500 kN）控制要求。

3.2.3 桩侧摩阻力、端阻力

根据图 2 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 5 所示。

表5 最大荷载下工程桩桩身段桩侧土层摩阻力

由表 5 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、桩端阻力如表 6 所示。

表6 最大荷载下工程桩桩身段桩侧总摩阻力和端阻力

由表 6 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，使超长桩的端阻力有较高发挥。

4 结 语

本文通过对 3 根桩端后注浆大直径超长钻孔灌注桩的现场试验，得到了如下结论。

（1）由于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。本文 3根试桩的工程桩顶标高处轴力分别为 24 099 kN、23 571 kN和 23 670 kN，满足设计 23 500 kN 的控制要求。

（2）由于桩端后注浆技术改善了大直径超长钻孔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。本文 3 根试桩，假设不考虑桩端后注浆，试桩的极限承载力约为 14 700 kN，而由试验结果可知，桩端后注浆后试桩的极限承载力提高 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。

（3）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 3 mm，试桩顶的累计沉降几乎全部由桩身压缩量产生。在荷载24 600 kN时，桩身实测压缩量约为 33 mm，按理论计算约为 47 mm。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。

（4）桩端后注浆处理后，由于桩底沉降较小，所以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%。