环梅山湾地区大直径钻孔灌注桩的承载性状研究

汪玮昕 华东

摘   要：基于环梅山湾海堤改造提升工程（西段）大直径钻孔灌注桩基桩高应变检测报告，分析得出宁波北仑沿海区域大直径钻孔灌注桩在加载过程中端阻力和侧摩擦力的分布规律及极限状态下的尺寸效应系数。在研究环梅山湾海堤改造提升工程（西段）6根大直径钻孔灌注桩的受力特点及荷载传递规律，得到端承桩在极限状态下桩侧摩擦阻力和桩端阻力尺寸效应系数。检测结果研究表明：通过对灌注桩的的荷载-沉降曲线进行分析，端桩尺寸效应系数与《公路桥涵地基与基础设计规范》中经验公式的计算结果对比与实测值存在差异。

关键词：钻孔灌注桩  大直径  环梅山湾  高应变  经验公式

在对各种研究成果的分析中笔者发现不同土质对于大直径灌注桩的受力特点和传递规律都有较大的不同，通过对环梅山湾海堤改造提升工程（西段）中的4根大直径灌注桩的高应变实验结果进行分析，对桩侧摩擦力和端桩阻力进行研究，对端桩阻力尺寸效应系数的取值于经验公式进行对比，为北仑地区大直径灌注桩的建设提供参考。

1  工程概况

1.1 工程地质概况

本场地根据宁波工程勘察院提供的《岩土工程勘察报告》，试验长度范围内自上而下场地工程地质及主要特征值如表1。

1.2 桥梁概况

3号桥桥梁类型为简支梁桥，跨径布置采用3m×11m，上部结构采用60cm厚C50预应力混凝土板梁盖梁式桥台，采用单排φ1000mm钻孔灌注桩基础，桥梁设计基准期100年，主体构件50年，伸缩缝15年，板式橡胶支座15年，栏杆15年。

桥梁安全等级：一级。

抗震设防烈度：7度（地震动峰值加速度统一按0.12g）;桥梁抗震设防分类：丁类;抗震设计方法：B 类;抗震设防措施7度。

桥梁工作环境：上部结构II类，下部结构III类。

2  试验方法及仪器设备

本次基桩高应变动测采用中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》[1]作为检测依据。

检测方法：采用CCWAPC波动方程拟合法。

假定桩为一维弹性杆，通过重锤锤击桩头，产生沿桩身向下传播的应力波同时使桩和土发生一定位移，利用对称安装于桩颈两侧的加速度传感器和应变计接受该截面处桩身质点的加速度和应变过程曲线，并传输给RS-1616K（S）型桩基动态测量仪进行数据处理和存贮。现场数据采集完成后，再将采集到的信号运用CCWAPC程序进行拟合分析计算。

计算方法：先假定一个桩土模型，运用波动理论方程进行数值计算，根据比较计算数值和实测结果，调整后得到新的桩土模型，在进行数值计算——反复拟合，直至计算数值与实测结果两者充分接近，便认为最后得到的桩土模型符合实际情况，同时也计算出了实际作用于桩身的分层净侧摩阻力、端阻力和桩身的分段阻抗变化。

仪器设备：RS-1616K（S）型桩基动态测量仪、加速度传感器、应变计、50kN自由重锤。

3  试验实测曲线及分析成果

经过现场测试和计算机拟合分析计算，得出动测成果见表2。

3.1 桩身内力分部及侧摩擦阻力

为应变计的第i次应变量，K为应变计的标定系数，Fi为应变计的第i次测量频率模数值，F0为应变计基准模数值，B为应变计计算修正值，A为桩身截面面积，E为桩身杨氏模量，qi为第i层土的平均侧摩阻力;Pi，Pi-1，为第i层土上、下面桩身轴力;hi为第i层土的厚度;UP为桩身截面周长;ψsi为桩侧摩阻力尺寸效应系数，ψp为桩端阻力尺寸效应系数。

对于大直径钻孔灌注桩的侧摩擦阻力的经验公式的计算值要比实测值偏小，对比实测的3801kN、3760kN、4282kN和4252kN，通过实测的侧摩阻力计算出的尺寸效应系数平均值小于规范推荐公式计算值。对比类似的土层，侧阻尺寸效应系数大体呈现沿深度变大的趋势，表明大直径灌注桩侧摩阻力尺寸效应有随深度减弱的趋势，超过一定深度后侧摩擦力先减小然后在靠近桩端增大，分析其原因可能是埋深较大侧摩阻力未能充分发挥的原因。在根据侧摩擦阻力和桩端阻力判断，该桩属于摩擦型桩，桩端仅占总阻力的10%～20%，荷载主要由桩侧摩阻力提供反力承担。

《公路桥涵地基与基础设计规范》中经验公式[1]得出黏性土中桩端阻力尺寸效应系数为0.95。在实测黏性土中桩端阻力尺寸效应系数为0.73。分析桩端阻力尺寸效应系数小于规范推荐。对于这种现象的原因可能存在以下两点：一是桩底存在沉渣，沉渣低强度的特点使得桩端承载力能力降低;二是由于大直径钻孔灌注桩的体积较大，卸载过程中强度降低十分明显。

4  结语

笔者通过对环梅山湾海堤改造提升工程（西段）3号桥的4根大直径钻孔灌注桩的高应变动测结果的分析，得出环梅山湾地区大直径钻孔灌注桩端为摩擦桩;侧阻尺寸效应系数大体呈现沿深度变大的趋势，实测系数较规范[1]经验公式计算值偏小;端阻力尺寸效应明显，桩端阻力尺寸效应系数小于规范推荐值。

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准编写组.JGJ94–2008 建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] 史佩栋，梁晋渝.大直径灌注桩的产生、发展与前景[J]. 工业建筑，1993（12）：3-11.

[3] 刘福天，趙春风，吴杰，等.常州地区大直径钻孔灌注桩承载性状及尺寸效应试验研究[J].岩石力学与工程学报， 2010，29（4）：858-864.