某住宅楼桩基承载力不足分析

文/王彦芳 甘肃第五建设集团公司建筑勘察设计院　甘肃天水　741018

某住宅楼桩基承载力不足分析

文/王彦芳 甘肃第五建设集团公司建筑勘察设计院甘肃天水741018

文中通过与某住宅楼实际工程中混凝土灌注桩承载性测验结果相结合，分析出在该工程中出现桩基承载力不足的主要原因，并研究了影响桩基承载力的必要因素，其中包含桩体材料特性、桩-土摩擦特性、桩体周围土体特性和持力层土特性等，然后探讨了这些特性对于桩基Q-S曲线的变化规律。根据检测结果，在本次工程中，影响桩基承载力的主要因素是桩基底部未干净清理而出现软弱层，并且持力层强度不足也是桩基承载力不足的主要影响因素。

住宅楼桩基；承载力；沉降

引言

桩基是建筑结构中进行应力传送的地下结构，不但要确保建筑结构的平稳性和安全性，同时也应充分发挥出桩基的经济和技术效益，因此，怎样科学设定出桩基承载力是进行桩体设计的重要技术性问题之一。文中在对某住宅楼进行桩基测验时发现部分桩存在沉降量较大，承载力未满足设计值需要等状况（如图1中所示）。因为混凝土桩在运作时机理较为复杂，且桩的承载性受长度、径长、材料弹性模量、桩-土摩擦性质、桩周围土体和桩体端部持力层土体力学特性等众多因素所影响，然而每个因素其对于桩基承载力影响的程度要视具体工程而定。文中以该住宅楼桩作为研究对象，与静载检测报告结合，分析了桩基承载力在竖向载荷下各个因素的影响情况，从而分析出了桩基承载力不足的主要原因。

图1　桩受竖向载荷下的Q-S曲线图

1、住宅楼桩基抗压静载荷抽样试验分析

1.1加载方式

设计单桩承载力特征值2890kN，工程桩验收检测时，加载量不应小于设计要求的单桩承载力特征值的2倍进行加载，设计单桩承载力特征值2640kN的两倍为5780kN，故本次把5780kN分10级加载，首次加荷量可取分级加荷量的2倍为1156kN，以后每级分别累加578kN，当桩顶加荷量累计至设计要求的最大加荷量5780kN时，可终至加载，然后分级卸载至零。分级加荷量分述如下：首次加载①-②1156kN、③1734kN、④2312kN、⑤2890kN、⑥3468kN、⑦4046kN、⑧4624kN、⑨5202kN、⑩5780kN

1.2试验数据与结果分析

随机抽取B2#、B35#、B50#进行单桩竖向抗压静载荷试验，其中：B2#桩和B50#桩，由于在自然含水量状态下，当桩顶竖向最大加荷量达到5202kN时，桩顶总沉降量为80.31mm，由于桩顶累计沉降量超过80mm，因此终止加载；而B35#桩：在自然含水量状态下，当桩顶竖向最大加荷量达到2312kN时，桩顶总沉降量为81.42mm，由于桩顶累计沉降量超过80mm，因此终止加载。具体的单桩竖向抗压载荷承载力状况与测验结果如下表中所示。

表1　单桩竖向抗压静载荷试验结果汇总表

由表中可知，B2#和B50#工程桩的沉降量随所加静载荷的变化曲线呈缓变型，不存在明显的陡降段，S-lgt曲线随时间变化沉降量变化较为平缓，S～lgQ曲线随荷载的增加其斜率呈缓慢变化。而B35#工程桩在首次加荷1156KN时，桩体就呈直续下降趋势（Q～S曲线呈陡变型）；当下呈量达到67.26mm时、下沉量才趋于稳定，Q～S曲线呈缓变型，无明显的陡降段，S-lgt曲线随时间变化沉降量变化较为平缓，S～lgQ曲线随荷载的增加其斜率呈缓慢变化，并且根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011、《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014第4.4.2条规定并结合附图Q～S、s-lgt、S～lgQ曲线和单桩荷载—沉降数据汇总表分析，该试桩在自然含水量状态下的单桩竖向抗压极限承载力取S等于0.05D对应荷载值为1536kN，承载力出现明显不足，因此，必须要加强对导致该桩基出现承载力不足的因素进行分析，并提出切实有效的加固措施，以确保工程质量。

2、住宅楼桩基承载力不足的影响因素分析

在具体开展单桩竖向抗压承载力试验检测过程中，桩基混凝土的浇筑时间均已满足试验的龄期要求，并且试验前后均做了基桩完整性检测，桩身完整性基本良好，前后无明显变化，试验后检查桩头，无破损压裂等现象，由此可排除基桩自身质量问题引起的变形沉降。因此，导致住宅楼装机承载力不足的原因主要包括下面几个方面。

2.1沉渣因素的影响

首先而言，桩底部沉渣的法向劲度系数受桩底部土层的软弱程度影响，所以其也会对与桩基承载力带来极大影响，伴随桩基沉渣法向劲度系数降低，桩体的沉降量会变大，然而在桩底沉渣法向劲度系数降低至某一特定值后，桩基沉降变化量将会缓慢增大。而在该住宅楼桩基实际工程中，当工程桩在首次加荷1156KN时，其Q～S曲线呈陡变型，且桩身呈直续下降的趋势，当下沉量达到67.26mm时，下沉量才趋于稳定，Q～S曲线呈缓变型，说明该工程桩底部有约为67.26mm厚的极软弱层，导致桩基沉渣法向劲度系数降低，因此，导致该工程中桩基出现承载力不足等情况，所以应先考虑极可能是由于未清理干净的桩底沉渣所致。

2.2夹层的影响

其次考虑桩底持力层中有软弱夹层或透镜体。图2中展示出桩底土层在弹性模量不同的情况下桩体的Q-S曲线图，当将持力层的弹性模量减少至原有的2/3、1/3和/1/6之时，桩的沉降量则变为原始的1.5、2.8和5倍之多，即随着桩基底端持力土层弹性模量的增大，其沉降量会变小，桩体端部阻力便增大，而相应桩基的承载性将升高。而在该工程中，根据加载情况分析，该层为极软弱层，属于泥或粉细砂等类型，层厚较薄，弹性模量较小，且处在桩端，因此，极易在成孔过程中穿透，故在实际施工过程中出现该现象的可能性较小。在相同桩侧土状况下，如果桩体端部持力层的强度较高，则侧向阻力会比持力层强度较低桩体要高，反之亦然。

图2　持力层在弹性模量不同条件下Q-S曲线图

2.3侧摩阻力的影响

通过各类有关桩体侧摩阻力规范中的取值标准能够得出，当桩体周围土体状况相同时，因施工工艺的差异，其侧摩阻力也会出现不同，原因主要是由于施工工艺不同时，对于桩-土临界处的影响形式与程度会有不同。对打入型桩，在沉桩时会挤压桩周围土层而使其更为密室，所以侧摩阻力较大；而泥浆护壁钻孔灌注型桩，在施工时会扰动桩身周围土体，使孔壁的应力放出，可能将于桩-土临界部位产生泥夹层，从而使得桩侧摩阻力减小。而对各类预制型桩，因桩-土临界处特征由桩体表面粗糙性决定，和制桩工艺相关；对各类灌注型桩，桩-土面状况由成孔时装置对孔壁扰动等情况决定，通常其相对较为粗糙，规则性差。

而在本次工程中，由于首次加荷承载力首先应由桩身侧摩阻力承担，随着分级荷载的加大，端承力才发挥作用。B35#工程桩在首次加载时，桩身呈直续下降趋势（Q～S曲线呈陡变型），当下沉量达到一定数值时，下沉量才趋于稳定，Q～S曲线呈缓变型，说明侧摩阻力在整个承载力性能中分担的比例很小，几乎没有发挥作用；究其原因，B35#桩属新增桩，与毗邻的四根桩呈梅花型布置，且与毗邻围着的四根桩间距较小（不足1米），在成孔过程中桩身周围土体受到扰动，造成桩侧土体对桩的摩阻力减小，又因该桩成孔工艺为泥浆护壁，故桩侧摩阻力又一次减小，在实际过程中可不考虑侧摩阻力。

本次参加测试的3根新增工程桩，极差超过平均值的30%，且极差相差悬殊很大，为了排除试验结果中出现的特殊异常的情况，并能客观准确地确定单桩承载力，建议扩大检测范围，在该工程桩周围至少再做二根试验桩进行对比验证评定，同时应对B35#桩进行加固处理等措施，以确保工程质量。

结论：

综上可得，住宅楼桩基承载力出现不足会由多方面因素引起，主要包括：首先，桩体材料质量会对桩基承载力产生较大影响，施工中要严格管控好材料与施工工艺，同时作好及时的检验工作，以保证桩基承载性；其次，桩底部沉渣也会严重影响桩基承性，所以在施工中应确保桩长，要尽可能保证桩可打入持力层中，且在混凝土浇筑前清除干净孔底杂物；桩-土临界处条件和桩周土层强度、密实情况等也均会对桩基承载性造成一定影响，施工时要尽可能减少或防止扰动孔壁，比如可采取干式钻孔方法等。此外，利用静压以压实桩周的土体，这对提升桩基承载力十分有利，同时考虑工程区域内的地层状况相近，该住宅楼的其他承载力不足桩也可能是因桩长较短未插进持力层及桩基底端沉渣较多等因素所致。

[1]王遇国,梅志荣,张季超.单桩承载性状试验研究[J].岩土工程学报，2010，(01).

[2]邓永锋,刘松玉,洪振舜.水泥土搅拌桩复合地基载荷试验数值分析[J].岩土力学.2004，(增刊2).

[3]饶文昌,叶欣.某住宅楼桩基承载力不足原因分析[J].苏州大学学报.2012，(03).

王彦芳，（1983～）女，甘肃省天水市人，工程师，毕业于天水师范学院建筑经济管理专业。