嵌岩桩现场静载试验数据分析

黄家全

1 嵌岩桩定义

嵌岩桩的定义，国内外学者尚无统一定义，国外多偏向于桩体伸进岩石体即可认为是嵌岩桩。在国内，现行建筑桩基设计规范JGJ 94-94建筑桩基技术规范[1]规定了桩端嵌入中等风化程度以上岩层的桩称之为嵌岩桩。而 JTG D 63-2007公路桥涵地基与基础设计规范[2]虽没有对嵌岩桩作明确的规定，但其隐含的定义是:桩端嵌入非全风化或强风化基岩中的桩称之为嵌岩桩。

2 自平衡试桩法

自平衡测桩法[3，4]是在桩身体内设置一个或两个荷载箱，通过荷载箱向上和向下竖向作用力得到荷载箱上顶板及下顶板的荷载位移曲线，通过上述两根曲线转换成单桩竖向承载力的Q—S曲线，同时通过埋设在桩体的钢筋计及其他测试元件得到相应测试数据。

3 现场试验及分析

试桩位于荆越长江大桥南岸，地面高程在 28.765m，设计直径2.2m，桩长80m，使用荷载为45 300 kN。南岸试桩SZ2在荷载试验完成后，桩身周围经压浆处理后作为南塔的工程桩使用。

3.1 地质情况

标高20.40m～11.00m主要为亚粘土，黄色、褐黄色，孔隙比1.12，主要呈软塑 ～可塑状，压缩系数 0.42 MPa-1，压缩模量5.32MPa，具中等压缩性，抗剪强度指标c=29.5 kPa，φ=7.50。

标高11.00m～5.10m主要为褐黄色粘土、砖红色，主要呈硬塑状，孔隙比0.74，压缩模量10.1MPa，抗剪强度指标c=52.8 kPa，φ=14.20。

标高5.10m～-10.20m为强风化变余粉砂质泥岩，块原岩为变余粉砂质泥岩，岩质半疏松～半坚硬，锤击声哑。岩石风化强烈，普遍色变为黄色，顶部少量灰绿色，岩体内裂隙发育。

标高-10.20m～-22.40m为中风化变余粉砂质泥岩，饱和单轴抗压强度平均值10MPa～20MPa，其间发育有层间剪切带。

标高-22.40m～-58.60m为微风化变余粉砂质泥岩，块体天然密度2.739 g/cm3，饱和单轴抗压强度平均值30.69MPa，变形模量5.5 GPa，弹性模量7.8 GPa。

3.2 试桩过程

试桩加载至预估值第14级荷载(2×60 000 kN)，荷载箱上顶板向上位移14.66mm，下顶板向下位移为12.43mm，压力稳定。考虑到荷载箱加载能力，继续加载两级，加载至第 16级荷载(2× 68 000 kN)，向上位移22.85mm，向下位移为18.31mm。压力达到荷载箱极限，终止加载。

3.3 数据分析

试桩加载过程中荷载箱位置处的向上位移和向下位移与荷载值关系，其荷载—位移(Q—S)曲线如图1所示。根据上面所述自平衡试验结果向传统静载荷试验结果转换的方法进行转换，转换所得等效静载曲线如图 2所示。

由试桩桩基测试过程及结果可知，加载至预估值即第 14级荷载(2×60 000 kN)，向上位移14.66mm，向下位移为12.43mm，压力稳定。考虑到荷载箱加载能力，继续加载两级，加载至第 16级荷载(2×68 000 kN)，向上位移22.85mm，向下位移为18.31mm。压力达到荷载箱极限，终止加载。从荷载箱上下板的Q—S曲线看出其基本为缓变形的，主要是因为上段桩和下段桩侧摩阻力占有很大的比例，且测得的极限承载力不是以土层的变形来控制的，而是由于荷载箱的加载范围所引起，故桩体还有一定的承载能力。

从图2及自平衡测试数据分析方法可知，试桩的等效转换曲线为缓变型，试桩极限承载力为129078 kN，相应的位移为71.07mm;使用荷载45 300 kN时对应的位移为16.73mm，40.00mm位移对应的承载力为91 530 kN。

图3和图 4分别给出试桩桩端阻力—位移曲线和试桩侧摩阻力沿深度分布曲线。

当桩端产生位移为 14.39mm时其自平衡测试得到极限桩端承载力为 34 310 kN。其中位移为荷载箱下板的位移与桩身弹性压缩之间的差值，桩端极限承载力是荷载箱加载值与下段桩侧摩阻力之间差值。

4 结语

采用自平衡试桩法对荆越大桥南塔群桩中一桩基进行了静载试验，得知试桩极限承载力为129 078 kN，对应的位移为71.07mm;使用荷载45 300 kN时对应的位移为16.73mm，40.00mm位移对应的承载力为91 530 kN，试桩Q—S曲线为缓变形。同时给出了桩端阻力位移关系及侧摩阻力分布规律。

[1] JGJ 94-94，建筑桩基技术规范[S].

[2] JTG D 63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[3] 龚维明，蒋永生，翟 晋.桩承载力自平衡测试法[J].岩土工程学报，2000(5):532-536.

[4] 戴国亮.桩承载力自平衡测试法的理论与实践[D].南京:东南大学博士学位论文，2008.