钻孔灌注桩单桩静载荷试验研究

马文龙，牛兵，张晓波，苏立保，白逸洁

（陕西中机岩土工程有限责任公司，陕西 西安 710043）

1 引言

近年来，我国经济快速发展，城市人口暴增以及工业用地等原因导致城市土地资源不足问题愈发明显，因此进行高层建筑和地下空间的开发利用，成为解决该问题非常有效的方法。高层建筑由于其自身荷载原因对地基承载力要求较高，一般天然地基无法满足承载力要求，因此桩基础得到了广泛的应用和发展。其中钻孔灌注桩由于具有对地层条件适应性强、桩长及桩径变化灵活，单桩承载力较大、施工时低噪音、低振动对周边环境影响较小等诸多优点，成为高层建筑等众多工程建设重要的基础形式。

近年来，我国众多学者在钻孔灌注桩领域进行深入的研究。李婧在上海地区开展大直径钻孔灌注桩大吨位静载荷试验，分析了大直径钻孔灌注桩承载特性，积累了该地区桩基设计经验；刘红艳基于后压浆超长钻孔抗压桩的现场静载荷试验，研究了后压浆超长钻孔灌注桩的承载特性，结果表明后压浆技术可显著提高基桩极限承载力；许超在湿陷性黄土地区开展大直径桩轴向静载荷试验，依据试验数据总结了该地区大直径旋挖桩承载性状；吕鹏飞以高承载力钻孔灌注桩为研究对象，通过现场试验、理论分析、有限元模拟相结合，对钻孔灌注桩的承载性能、荷载传递和侧摩阻力进行研究；张利洁分析了岩溶发育的淤泥质土层桩身轴力的荷载传递机理以及桩的荷载—沉降特性，发现桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力逐渐向下传递，具有明显的摩擦桩特点，桩底沉渣厚度显著影响桩顶沉降量与极限承载力。

本文基于陕西省安康市某住宅工程，开展钻孔灌注桩单桩静载荷试验，分析单桩在上部荷载作用下的竖向承载特性，试验结果对该场地乃至安康地区的工程设计及施工具有一定的指导意义。

2 工程概况

拟建工程位于安康市高新区新创路以北，316国道以西区域。场地地貌单元属汉江北岸三级冲洪积阶地，地形东高西低，起伏较大，地面高程284.64m～331.87m之间，高差44.23m。该工程自上而下各地层主要特征如下。

①杂填土：主要由碎石等组成，含少量粘性土，结构松散，土质不均，厚度0.80m～8.50m，层 底 深 度 0.80m～9.50m；①素填土：主要由膨胀性粉质粘土回填而成，含少量砂卵石，局部地段结构松散，土质不均匀，厚度0.50m～13.00m，层底深度0.50m～13.00m；①淤泥质土：灰色～灰黑色，流塑状态，厚度1.10m～6.90m，层 底 深 度 3.10m～13.60m。

②粉质粘土：黄褐色～棕红色，土质较均匀，表层裂隙发育，局部为粉土，以硬塑状态为主，厚度0.90m～6.80m，层底深度2.50m～8.00m。

③卵石：呈亚圆形，一般粒径20mm～60mm，磨圆度一般，填充物主要为中粗砂。中密状态，呈半胶结状，厚度 2.60m～8.60m；层底深度 3.50m～10.40m。

④粉质粘土：黄褐～棕红色，土质较均匀，局部为粉砂，粉土，粘土，硬塑～坚硬状态，以硬塑状态为主，层厚0.7m～13.60m，层底深度0.70m～18.80m。

⑤卵石：呈亚圆形，一般粒径20mm～40mm，磨圆度一般，充填物为中粗砂，以中密状态为主，呈半胶结状，层厚1.00m～30.00m，层底深度2.80m～34.00m；⑤粉细砂：浅灰色，局部含有粉质粘土，粉土，中粗砂，中密状态，呈半胶结状，层厚0.90～3.50m，层度深度0.90～26.00；⑤中粗砂：浅灰色，颗粒不均匀，级配良好，以密实状态为主，呈半胶结状，层厚1.00～30.00m，层底深度2.80～34.00m。

⑥粉质粘土：灰褐色，土质较均匀，以硬塑状态为主，层厚1.50～22.00m，层底深度8.60～40.40m。

⑦粉细砂：浅灰色，以密实状态为主，呈半胶结状，层厚0.70～10.10m，层底深度17.40m～48.50m；⑦中粗砂：浅灰色，颗粒不均匀，级配良好，以密实状态为主，呈半胶结状，层厚1.80m～8.50m，层底深度15.50m～48.50m；⑦粉质粘土：黄褐色，土质较均匀，局部为粉土，粘土，以硬塑状态为主，层厚1.00～8.30，层底深度17.30～32.40m；⑦卵石：呈亚圆形，一般粒径20mm～40mm，磨圆度一般，充填物以中粗砂为主，以中密状态为主，呈半胶结状，该层未揭穿，最大揭露厚度42.90m。

本工程拟建地上33层，地下1层，地基基础设计等级为甲级，工程重要性等级为一级。采用灌注桩基础，钻孔灌注桩总桩数105根，桩径800mm，有效桩长33.00m，桩顶设计标高为297.32m，桩端持力层层为⑦层卵石，桩身混凝土强度等级C40，设计要求成桩后单桩竖向抗压承载力特征值R为5000kN。

工程桩主要参数 表1

3 现场试验及结果分析

3.1 试验方案

为研究钻孔灌注桩受上部荷载后的单桩竖向承载力特征，对该工程进行了3组单桩竖向静载荷试验，试验编号为JZ1、JZ2、JZ3。具体试验方案如下。

试验前预先将桩头做好，然后在上部铺设30mm后的中、粗砂找平层，再将与桩顶面积相等的刚性承压板放置于桩顶。

第一级荷载加至2000kN，以后每级以1000kN的压力递增，最大加载值为10000kN。基桩沉降由4块数显百分表量测，数显百分表均匀设置在桩身周围。

每级荷载下沉降观测次数为：加上部荷载后第一个小时按5min、10min、15min、15min、15min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次，直至沉降相对稳定为止。沉降相对稳定标准：每一小时内桩顶沉降量不超过0.1mm且连续出现两次。

当出现下列情况之一时终止加载。

①在某级荷载作用下，桩顶沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍，且桩顶总沉降量超过40mm。

②在某级荷载作用下，桩顶沉降量为前一级荷载作用下沉降量的2倍，且经过24h桩顶沉降尚未达到相对稳定标准。

③上部荷载已加载到设计要求的最大加载值且桩顶沉降达到相对稳定标准。

④当Q-s曲线呈缓变形时，可加载至桩顶总沉降量60mm～80mm；当桩端阻力尚未发挥时，可加载至累计沉降量超过80mm。

图1 单桩竖向承载力静载荷试验

3.2 试验结果分析

根据单桩竖向静载荷试验，通过百分表测得沉降数据，绘制了荷载—沉降曲线（Q-s）曲线和时间—沉降（t-s）曲线，如图2，图3，图4。

图2 JZ1静载荷试验曲线

图3 JZ2静载荷试验曲线

图4 JZ3静载荷试验曲线

①从图2（a），图3（c），图4（e）可以看出，JZ1、JZ2、JZ3三根工程桩在终止荷载10000kN压力作用下，沉降量介于23.61mm～26.45mm之间，在进行逐步卸载后回弹介于2.77mm～3.06mm之间，回弹率分别为12.81%、10.47%、12.24%。

②由图2，图3，图4发现，各工程桩Q-s曲线规律类似，随着桩顶荷载的增加竖向位移也不断变大，均表现出缓变型，无明显的陡降段，根据《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2019），3根试验桩的单桩竖向极限承载力可取10000kN；

单桩竖向抗压静载荷试验加、卸荷一览表 表2

③由于单桩竖向承载力特征值为单桩竖向极限承载力的一半，因此本场地单桩竖向承载力特征值R可取5000kN，满足设计要求。

④从图2（b），图3（d），图4（f）三组试验的t-s曲线可以看出，每级荷载下的曲线均接近水平，在荷载作用下桩体均快速达到稳定状态，各级荷载之间的稳定时间差异不大，这与本工程中持力层为卵石层有很大关系，众所周知，岩层的压缩模量远大于其他地层，因此该试验范围内t-s曲线在较大荷载下也可迅速达到稳定状态。

4 结论

以安康市具体工程为依托，开展钻孔灌注桩单桩静载荷试验，对静载荷试验结果进行分析，得到如下结论：

①三根工程桩在上部荷载作用下荷载—沉降曲线均为缓变型，无明显的陡降段，工程桩的单桩竖向极限承载力可取10000kN；

②由于单桩竖向承载力特征值为单桩竖向极限承载力的一半，因此本场地单桩竖向承载力特征值R可取5000kN，满足设计要求；

③本工程3根工程桩持力层均为卵石层，压缩模量较大，t-s曲线在各级荷载下均近似水平，因此桩体在较大荷载下也可以较短的时间达到稳定状态。