某桩基工程承载力研究

梁朝书

0 引言

灌注桩因能提供较高的承载力而被广泛应用于高层的桩基设计当中。为了加快工程进度，试桩的检测标高往往位于自然地面，如何为设计提供基底标高处准确、可靠的承载力参数成为检测单位所面临的难题。

针对上述情况，本文通过某工程的工程实例着重论述当试桩检测标高与工程桩桩底标高不一致时，如何对试桩检测结果进行判定，在取得桩身应力的情况下，计算出弹性压缩量，在进行承载力评定时予以扣除，采用扣除桩身弹性压缩量后的沉降量评定试桩承载力，为设计提供合理的工程桩承载力参数，并利用工程桩的检测结果验证所提供的承载力参数的合理性。

1 单桩竖向抗压静载试验原理

利用压重平台作为反力装置，油压千斤顶加载，通过位于千斤顶之上的测力传感器对加载压力进行控制，并由位移传感器对桩顶沉降按规范规定的时间间隔进行测读，再根据规范取值标准判定单桩竖向抗压极限承载力值，通过单桩竖向抗压静载试验，可以得到自然地面处的单桩竖向抗压极限承载力。

2 桩身内力测试

2.1 桩身轴力计算

在桩身主筋上焊接钢筋应力计，得出钢筋的应力，钢筋应力除以钢筋弹性模量得出钢筋应变，假定混凝土应变与钢筋应变是一致的，应变乘以各自的弹性模量后，得出各自的应力，再乘以各自的面积，两者之和即为应力计埋设位置的桩身轴力值。

2.2 桩身弹性压缩量计算

根据桩身轴力计算结果，假定桩侧阻力呈梯形分布，则所受荷载为上下轴力之和的1/2，再根据应力与应变关系计算出桩身弹性压缩量。

3 试验概况

3.1 工程概况

根据试验需要，试验共埋设了3 层应力计，埋设深度自桩顶而下深度分别为0.8m、20.0m、59.2m，其中20.0m 处为基底标高处。

3.2 单桩竖向抗压静载试验结果

4 根试桩的试验结果Q-S 曲线如下。如图1-4 所示

图1 1#桩：回弹率54.87%

图2 2#桩：回弹率62.80%

图3 3#桩：回弹率65.80%

图4 4#桩：回弹率54.84%

图1～4 中，4 根桩的取值均为不考虑桩身弹性压缩量的情况下所得到的自然地面处的单桩竖向抗压承载力极限值。其单桩竖向抗压极限承载力统计值为16 984kN。

3.3 桩身内力测试成果

（1）桩身轴力

如表1 所示。

（2）桩身弹性压缩量

根据表1，计算出的基底标高处以上部分的桩身弹性压缩量如表2 所示。

表2 桩身弹性压缩量汇总表（单位：mm）

4 承载力取值分析

根据静载试验结果，如果承载力的取值不考虑桩身弹性压缩量，直接按照桩顶沉降量大小进行取值，则得到的结果会过于保守。如果扣除整个有效桩长范围内的桩身弹性压缩量后进行取值，其结果虽然具备一定的安全系数，但桩顶沉降量过大，不利于对桩基沉降量的控制。考虑到工程桩桩长不超过40.0m时，桩身受力也存在桩身压缩情况，为了保证设计对桩基沉降量有要求时的工程质量，故只对该工程基底标高以上部分无效桩长的弹性压缩量亦以扣除，使其结果更接近于工程桩实际受力情况。

4.1 自然地面处的承载力

扣除基底标高以上部分桩身弹性压缩量后自然地面处的单桩竖向抗压承载力的取值如表3。

根据表3 得到的单桩竖向抗压极限承载力统计值为18 835kN，相对于不考虑桩身弹性压缩量时的统计值16 984kN高出1 851kN，再者所提供的基底标高处的特征值是根据自然地面处的极限值推导而来，故以下将从桩侧阻力、桩端阻力、桩身位移等几个方面对极限承载力的取值的可靠性进行分析。

表3 单桩竖向抗压极限承载力取值表

（1）桩侧摩阻力分析

根据表1 的结果可计算出各试桩极限荷载时桩侧极限侧摩阻标准值如表4。

表1 桩身轴力汇总表（单位：kN）

通过对比表4 中的数据不难发现，桩侧极限侧摩阻力取值略大于勘察报告所提供的数据。

表4 桩侧极限侧摩阻标准值（单位：kPa）

（2）桩端阻力、桩端位移及静载试验回弹量分析

a.由表1 可看出，随着桩顶荷载的增加，各试桩端阻力值逐渐增大，达到最大试验荷载时4 根桩的端阻力平均值为1 595.3kN，远小于勘察报告建议值3 220 kN；

b.根据表2，利用内插法计算出的极限承载力下的桩端位移分别为27.50mm、13.89mm、6.05mm、17.75mm，其值均比较小，端阻力的充分发挥所需的桩端位移为桩径的4%～5%，均未达到充分发挥的桩端位移量；

c.静载数据的回弹率在54.84%～65.80%，回弹率均比较大，说明桩身压缩量比重较大，桩未达到极限状态。

以上三款均印证了桩端阻力在最大试验荷载下均未充分发挥，这给予上述的单桩竖向抗压极限承载力的取值方法提供了充分的安全保证系数。

4.2 基底标高处的承载力

经过以上分析，考虑扣除基底标高以上部分桩身弹性压缩量后所得到的单桩竖向抗压极限承载力统计值18 835kN 是安全可靠的，故根据这个承载力结果，计算出相对应的轴力值即可推导基底标高处的承载力特征值。

当1#桩取17 261kN 为极限承载力时，利用内插法可算出对应的基底标高处的轴力值为12 585.8kN。其它3 根桩取极限荷载时对应的基底标高处的轴力值在表1 中可查到，分别为13 731.0 kN、14 312.4kN、14 997.5 kN，4 根桩的平均值为13 906.7 kN。

在不考虑基底标高以上20.0m 深度土荷载影响的情况下，可以认为13 906.7kN 即为基底标高处的单桩竖向抗压承载力极限值，其值一半6 953.4 kN 为其特征值。考虑到基底标高处以上部分的土荷载对单桩竖向抗压承载力有一定的加强作用，可取6 800 kN 为基底标高处单桩竖向抗压承载力特征值。

5 工程桩检测结果

4 根工程桩进行验收试验时没有进行内力测试，假设轴力沿桩身呈倒三角形分布，即可粗略计算出当桩顶荷载为13 600kN 时，桩身的弹性压缩量为13.92mm，据此计算出的4根桩的桩底位移如下：

S1#∶15.53mm；S2#∶12.72mm；S3#∶13.13mm；S4#∶15.60mm；

桩底位移量平均值14.24mm，与试桩桩底位移量平均值16.30mm 基本一致。由此说明按照上述方法来判定基底标高处承载力特征值是准确、可靠的。

6 结语

通过该工程实例，在今后的测试工程中可以通过桩身埋设应力计，获取基底标高处的轴力值这种方式来估算工程桩的承载力特征值。在考虑桩身弹性压缩量时，不一定将桩身全部的弹性压缩量均予以扣除，可根据工程的具体情况对试桩进行分析、判定，合理取值，给设计提供工程桩设计所需要的准确、可靠的桩身承载力参数。