桩底沉渣对钻孔灌注桩承载力影响的试验研究_吴立春

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1、桩底沉渣对钻孔灌注桩承载力影响的试验研究1，21吴立春，王伟（1．河北建设勘察研究院有限公司，河北石家庄050031；2．河北省岩土工程技术研究中心，河北石家庄050031）摘要：根据工程实测试验资料，对比分析了桩底不同沉渣厚度条件下桩的承载特性。试验研究表明：桩底沉渣过厚导致单桩极限承载力降低了11%～25%；桩底沉渣的存在不但影响桩端阻力的发挥，对桩身轴向力、桩侧摩阻力也有较大的影响。提出了减少沉渣可采用的工程措施。关键词：钻孔灌注桩；桩底沉渣；桩身轴力；侧摩阻力0引言近些年，随着国家对基础建设投入的增加，钻孔灌注桩以其适应性广、施工

2、速度快、承载力高、质量可靠等优点，在建筑工程、桥梁工程、港口码头工程等建设领域扮演着极其重要的角色。据不完全统计，我国每年建筑基础用桩量在5000万根以上，工程投资达几百亿元，其质量直接决定了工程建设的质量、安全与投资。在实际工程中，受施工工艺和技术水平的限制，由于清孔不彻底或孔底沉渣不易清理干净，在终孔后、混凝土灌注前，桩底往往会形成一定厚度的沉渣。桩底沉渣过厚会导致桩的承载力不足，造成不必要的经济损失。例如，南京某建筑工程采用钻孔灌注桩，由于桩底沉渣过厚，桩极限承载力降低了35%左右。因此研究桩底沉渣对桩承载特性的影响是十分必要的，具

3、有一定的实用价值。鉴于此，根据工程实测试验资料，本文研究了桩底沉渣厚度对钻孔灌注桩承载力的影响，对比分析了桩底沉渣厚度对桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻力的影响，同时探讨了减少桩底沉渣厚度的施工方法。1现场测试方案结合南京某桩基工程，试验桩采用旋挖钻机成孔混凝土灌注桩，桩径为φ1000mm，桩入土深度44.5m，桩身混凝土强度等级C30，共计3根。该3根桩的主要施工参数见表1。试验采用慢速维持荷载法，采用四锚桩反力系统，千斤顶加载。采用JCQ-503C型全自动观测系统，自动加压、稳压、读数、记录并控制稳定标准。根据地层特点，共需测定8个地质单

4、元体的侧摩阻力和1个地质单元体端承力，桩内需设置9个测量断面，测量断面布置在每层土的分界面上，每个断面对称布设4个钢筋计，3组试验共108个钢筋计，钢筋计拉筋用闪光对焊对称焊接在钢筋笼的主筋上，图1为钢筋应力计安装图。应力观测与载荷试验同步进行，在加载后每隔30min测读一次。待沉降稳定时测读钢筋计的频率读数。图1钢筋应力计布置图2009年增刊第2期工程勘察GeotechnicalInvestigation&Surveying351S4～S6号试验桩主要施工参数表1桩号桩径(mm)桩长(m)持力层泥浆比重粘度（s）含砂率（％）沉渣厚度(m

5、m)S4100044.5细砂1.1420～221～250S5100044.5细砂1.1320～221～210S6100044.5细砂1.1520～221～2702测试结果的分析2.1沉渣对单桩竖向承载力的影响图2为该工程实测3根桩的Q～S关系曲线。从图中可以看出，桩底沉渣厚度对桩竖向承载力有较大的影响。沉渣厚度较小的桩（S5号桩）的Q～S关系曲线表现为“缓变型”，沉渣厚度较大的桩（S6号桩）的Q～S关系曲线表现为从“缓变型”过渡为“陡降型”。这说明随着荷载的增加，沉降在某一级荷载的作用下发生了突变。这主要是因为桩底沉渣过厚，随着桩顶荷载的

6、增加，桩土相对位移加大，桩体上部侧阻力发挥到了极限值，增加的荷载只能通过桩传递到桩端，并直接作用在桩底沉渣上。由于桩底沉渣强度低，使得变形过大，进而发生破坏。从而出现了静载Q～S关系曲线表现为从“缓变型”过渡为“陡降型”的现象。单桩极限承载力可以根据静载Q～S（S=0.05D）对应的荷载为极限承载力，并结合S-lgt、S-lgQ曲[1]线来综合确定。综合考虑，S4～S6号桩的单桩极限承载力分别为8000kN、9000kN、6800kN。其中S4号桩相对于S5号桩极限承载力降低了11.1%，S6号桩相对于S5号桩极限承载力降低了24.4%。

7、分析其原因，这主要是由沉渣性质和桩底沉渣过厚所造成的单桩极限承载力差异过大，S4～S6号桩的桩底沉渣厚度见表1。桩底沉渣一般均具有软弱、强度低的特点，性质较差，当沉渣厚度较大时，只有在桩顶位移较大的情况下，桩端阻力才能够发挥作用，因此加载过程中，桩顶荷载完全由桩侧摩阻力承担，桩端阻力几乎没有发挥作用，从而导致单桩极限承载力降低。2.2沉渣对桩身轴力的影响图3为S4～S6号试验桩的桩身轴向力的分布曲线。由图可知，沉渣厚度对桩身轴向力的影响较大。桩顶以下20m范围内，S4～S6号桩身轴向力的分布基本相同；桩顶以下20m～44.5m范围内，S4

8、、S6号桩与S5号桩的桩身轴向力的差异较大。分析其原因，这可能是由于S4、S6号桩底沉渣发生塑性变形而荷载Q/kN轴力Q/kN020004000600080001000002000400060