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总第238期交 通 科 技Serial No.238 2010年第1期Transportation Science &Technology No.1Feb.2010DOI 1013963/j 1issn 1167127570120101011005收稿日期:2009209213桩基承载力不足的影响因素及防治措施杨友梅(福建省交通规划设计院 福州 350004)摘 要 钻孔灌注桩在有些桥梁工程应用中出现实际承载力低于设计值的情况。
文中以某实际工程为例,从施工、设计方面分析钻孔灌注桩承载能力不足的原因,提出钻孔灌注桩在穿过较厚砂、卵砾石层后,残积土不宜作为基底持力层,并对桩基承载力不足提出防治措施。
实践证明:锚杆静压桩是一种行之有效的桩基补强方案,对类似工程具有较好的借鉴作用。
关键词 钻孔桩 承载力 锚杆静压桩 随着我国高速公路的迅猛发展,作为桥梁基础承力结构普遍采用的一种形式———灌注桩,在公路桥梁中得到了广泛应用。
灌注桩的基础形式能适应不同的地质条件,具有占用面积小、承载力高的特点,尤其适宜持力层较深的地层。
但是由于桩基是隐蔽工程,施工时不可见,实际工程中桩基承载能力的实现由于各种原因存在不确定性,有些工程出现实际承载力低于设计值的情况,这将直接影响上部结构乃至整个桥梁的安全。
本文以某实际工程为例,对影响钻孔灌注桩承载能力的各因素进行分析,提出桩基设计及施工要点,并对桩基承载力不足提出处治措施。
1 工程实例1.1 概况 2001年福建某高速公路修建的一座大桥,上部为部分预应力混凝土连续箱梁桥,设计荷载:汽超220、挂2120,下部构造为双柱式墩,直径1.2、1.4m ,钻孔灌注桩基础直径1.2、1.5m 。
桥址地层结构至上而下为:淤泥、泥质中细砂、含泥卵石Damage Identif ication by Applying the Moving MassMethod and W avelet AnalysisW an g X uef en g 1,Don g Kui 1,Yu Qi n gson g 2,Yi n L i an g 3(1.China Communication North Road and Bridge Co.Ltd.,Beijing 100024,China ;2.Engineering Consulting Company of China Railway Siyuan Survey and Design ,Wuhan 430063,China ;3.Jiangsu Province Communication Planning and Design Institute Co.Ltd.,Nanjing 210005,China )Abstract :In order to imp rove t he accuracy of t he identification of t he st ruct ure damage and take t he advantages of wavelet analysis which is charactered wit h feat ure extraction ,t he singularity of signal detection ,and signal de 2noising ,t he improved met hod of t he moving quality repetitious detection was p ut forward.In t his met hod ,a moving mass is used to measure t he st ruct ures in different positions.The tested nat ure f requencies are used as t he only index to determine t he model parameters ,t hus i 2dentifying t he damage of t he struct ures.Moreover ,t he t heoretical model of t he proposed met hod is established and t he corresponding equations are deduced.A numerical simulation is finally carried out to verify t he effectiveness of t he proposed met hod.K ey w ords :damage identification ;met hod of moving quality repetitious detection ;wavelet analysis ;nat ural f requency层、残积砂粘土、强风化花岗岩、弱风化花岗岩。
钻孔桩单桩竖向承载力计算扩底一、引言钻孔桩是一种常用的地基工程施工方式，通过钻孔将桩体沉入地下，再通过灌注混凝土或其他材料来增加桩体的承载能力。
在桩基设计中，竖向承载力是重要的考虑因素之一。
在一些情况下，为了增加桩体的承载能力，需要对桩底进行扩底处理。
本文将介绍钻孔桩单桩竖向承载力计算方法以及扩底设计的相关内容。
二、钻孔桩单桩竖向承载力计算方法钻孔桩单桩竖向承载力计算方法主要包括两种：露头法和桩身法。
1. 露头法露头法是一种常用的计算桩的承载力的方法。
该方法假设钻孔桩竖直负载传递到桩底，桩顶露出地面。
衡量钻孔桩在竖直方向上承载力的因素有：桩的长细比、桩径、桩底土体的强度、桩身土体的相对密度和摩擦系数等。
承载力计算公式如下所示：Qa = Ap * σaQf = Af * σfQr = Ar * σrQc = Ac * σcQtotal = Qa + Qf + Qr +Qc式中，Qa是桩身土体的侧摩擦力，Ap是桩身土体的侧摩擦力计算面积，σa是桩身土体的有效应力；Qf是桩身土体的端阻力，Af是桩身土体的端阻力计算面积，σf 是桩身土体的有效应力；Qr是桩底土体的摩擦力，Ar是桩底土体的摩擦力计算面积，σr 是桩底土体的有效应力；Qc是钻孔桩在竖直方向上其他因素带来的额外荷载，Ac是额外荷载计算面积，σc是额外荷载的有效应力；Qtotal是桩的总承载力。
2. 桩身法桩身法是另一种常用的计算钻孔桩承载力的方法。
该方法假设桩体下端沉入土层的深度相对较小，土体对桩身的侧摩擦力能够忽略不计。
在桩身法中，桩身承载力可以根据桩身截面上的剪力、弯矩和扭矩的平衡关系来计算。
桩基的承载力可根据以下公式得到：Q = Qs + Qb式中，Qs是桩身力，在剪切平衡条件下计算；Qb是桩底力，在弯曲平衡条件下计算。
三、钻孔桩扩底设计的相关内容在某些情况下，为了增加钻孔桩的承载力，需要进行扩底设计。
扩底是指钻孔桩在桩底部分进行加宽处理，增大桩底的承载面积。
钻孔灌注桩承载力提高的施工措施摘要：本文就钻孔灌注桩施工过程、工艺要求及质量控制等进行了论述，阐述了在全施工过程中的施工工艺，通过质量控制从而更大限度的提高灌注桩的承载能力。
关键词：钻孔灌注桩工艺要求质量控制承载力提高一、保证成孔的质量保证成孔质量是确保钻孔灌注桩质量的前提，合格的钻孔应是不塌孔、不掉块、不缩径、孔壁完整，孔径、孔径垂直度、孔底沉渣度等均符合设计及规范要求。
1、选用合理的钻进成孔工艺。
钻孔灌注桩成孔属于“裸孔”钻进，成孔速度慢，钻孔“裸露”时间长，土层强度降低，结构破坏，桩侧阻力降低。
因此，选择合理的钻进成孔方法，提高成孔速度和保证孔壁完整是很重要的。
按冲洗液循环方式，钻孔灌注桩成孔工艺，有正循环钻进、反循环钻进和无循环钻进三种。
在条件许可的情况下，应尽可能采用反循环钻进和无循环钻进，尽可能不用正循环钻进。
2、选择泥浆性能。
泥浆具有冲洗、冷却钻头、冲切土体、携带岩土屑、平衡地层压力和护壁堵漏等作用。
泥浆性能及类型对成孔质量和成桩质量均有较大的影响。
3、保持孔壁的完整程度和钻孔垂直度。
在软土地区要防止孔壁坍塌，应采用间隔跳跃方式施工，把好设备安装和钻头关，在松软土层起吊钻具时，不应过大的钻压，合理的控制好钻进技术。
二、保证持力层与嵌岩深度仅按设计桩长停钻往往不能保证桩端进入持力层，必须采用信息化施工法综合判断持力层与嵌岩深度。
尤其对已夹于软土层之间较硬的岩土层作持力层时，更需慎重。
1、根据钻屑判断持力层与嵌岩深度，从孔底反至地表的钻屑直接反映持力层性状。
正循环钻进钻屑小，代表性差，一般需要进行镜下观察。
而反循环钻进钻屑大，代表性好，随时采集反至地表的钻屑，当钻进持力层顶面标高时，记录进尺，达到设计持力层深度方可停钻。
2、根据钻速判断持力层与嵌岩深度。
钻速间接反映岩土层性状，积累了进入持力层的钻速资料后，可根据此确定停钻标准。
但钻速的变化受多种因素的影响，有时钻速降低并进入持力层，这时应借助其他信息判定。
用灌浆法提高灌注桩的承载力摘要：本文分析了灌注桩承载力不高的因素，阐述了提高灌注桩承载力的对策，介绍了桩侧灌浆及桩底压力灌浆的概念以及桩底压力灌浆的广泛应用前景。
关键词：灌注桩；承裁力；有容器灌浆1、概述钻（冲、挖）孔灌注桩，从20世纪60年代初在河南省南阳地区研制应用以来，因其具有众多的优点，已广泛应用于包括软土、黄土、膨胀土等特殊土在内的各类地基和工业、民用、市政、铁路、公路、港口等各类工程实践中。
和预制桩相比，钻孔桩施工时无噪声、无振动，对周围建筑及环境影响小，桩径大，入土深，承载力大。
据文献[1]统计，我国钻（冲）孔桩最大桩径已达到4000mm，最大桩深已达104m，而钢管桩最大桩径为1200mm，最大桩深为83m，预应力混凝土管桩最大桩径为1300mm，最大桩深为40m。
随着我国社会主义建设事业的迅速发展，伴随着高层建筑，大跨度桥梁的兴起，对桩基础的承载力有了更高的要求。
大直径灌注桩因此得到快速发展，桩长和桩径也越做越大。
然而，在现有的各种成桩方法中，钻孔桩虽有许多优点而被广泛采用，但在施工中却难以避免泥浆的影响，这不仅降低桩承载力的期望值，而且造成材料的严重浪费。
人工挖孔桩因难以达到更大的深度，其承载力也难尽如人意。
鉴于灌注桩的这种现状，如何提高桩的施工工艺水平，使投入的材料得到更为合理的利用，以大幅度提高单桩承载力，就成为工程界备受关注的热点问题。
’2、影响钻孔灌注桩承载性能的因素在施工过程中，由于地质、施工机械的影响，常造成桩底虚土（软弱层段），其厚度一般为0.2～0.5m，厚者可达Im。
特别是松软地层中钻孔，用泥浆护壁，孔底沉渣更不可避免；即使经过特别仔细清孔，清孔后至灌注混凝土前，仍会沉淀一些沉渣，且在成孔过程中，都普遍存在对孔壁和孔底土层的扰动。
所有这些都影响了钻孔灌注桩承载力的发挥。
桩的静载试验表明，钻孔灌注桩的端承力仅占其极限荷载的15%～35%，侧阻与端阻的发挥存在不同步现象。
应用后压浆技术提高钻孔灌注桩承载力摘要:随着高层、超高层建筑的飞速发展，基础的承载力要求越来越高，钻孔灌注桩向超大、超深方向发展采用后压浆技术可弥补灌注桩在成桩过程中的缺陷，提高灌注桩的承载力，有效降低投资成本关键词:钻孔灌注桩;后压浆;承载力;参数控制随着我国城市化的高速发展，建筑物的高度不断增加，对地基承载力的要求越来越高，大直径钻孔灌注桩特别是旋挖桩被广泛应用。
但是，钻孔灌注桩在施工过程中不可避免的产生一些缺陷，影响桩端承载力及桩身侧摩阻力，从而导致桩的整体承载力不能达到设计值。
采用后压浆技术可弥补灌注桩在成桩过程中的缺陷，大幅提高灌注桩的承载力，最大限度地发挥作用，减少桩的数量，降低投资成本。
2后压浆加固机理2.1钻孔灌注桩后压浆技术钻孔灌注桩后压浆技术是指钻孔灌注桩在成桩后，通过预先埋设在桩体内的高压注浆管路系统，在一定的压力下把水泥浆液压入桩端土层和桩侧土层，通过渗透、填充、压密、劈裂和固结等作用来增强桩端土和桩侧土的强度，从而达到提高灌注桩基极限承载力、减少群桩沉降量的一项技术措施。
2.2桩底后压浆机理桩底后压浆主要是增加桩底沉渣及桩端持力层强度，改善桩端受力条件，从而增加桩端承载力。
通过后压浆装置用一定的压力把水泥浆压入桩底。
压浆时浆液首先渗透到最疏松的桩底沉渣中，与残渣及持力层岩土体相结合，结合后形成了强度较高的水泥结石，消除沉渣的影响。
随着注浆量和注浆压力的增加，浆液向“干渣石”“虚尖”和强度薄弱的桩端土中渗透，通过填充和固化作用，增加混凝土强度、增大桩的侧阻力标准值。
当压力和浆量继续增大时，桩底空隙被填满，浆液沿桩壁上返，一方面填充桩侧间隙，一方面挤密泥皮，并与泥皮发生物理化学作用形成水泥结石，改善桩与土的结合效果，增大侧摩阻力。
2.3桩侧后压浆机理桩侧后压浆主要是消除泥皮的影响、改善桩周土的强度，提高侧摩阻力，从而达到提高桩的承载力的效果。
水泥浆在高压泵将浆液注入桩侧土层时，浆液首先填充空隙位置，随着压力、浆量的增加，桩侧泥皮被破坏，浆液渗透到泥皮中，在物理化学作用下形成水泥结石;随着注浆压力的不断升高，注浆半径也不断扩大，浆液渗透到桩周土中，相当于增大了桩径，提高了桩侧摩阻力，从而提高了单桩承载力。
浅谈提高钻孔灌注桩单桩竖向承载力的措施
摘要：本文通过分析影响钻孔灌注桩竖向承载力的因素，然后从设计、施工、管理三方面提出如何消除以上影响承载力的措施，从而达到提高承载力、降低造价的目的。
关键词：钻孔灌注桩、单桩竖向承载力、影响因素、提高措施。
1 前言
随着高层建筑向“高、大、重、深”方向的发展，钻孔灌注桩以其承载力大、沉降量小、稳定性好、桩径和桩长可变等特点，在高层建筑基础工程中的应用越来越广泛。
但是，由于受施工方法的限制，成桩过程隐蔽，影响单桩竖向承载力的因素较多。
另外，钻孔灌注桩造价高，通过提高单位体积桩身混凝土的承载力，可以达到减少布桩数量，能够降低工程造价的目的。
还有一种例外情况是，由于特定条件的限制，既不可能增加桩长，又不宜扩大桩径，而必须提高单桩承载力。
因此，研究提高钻孔灌注桩单桩竖向承载力的措施具有重要意义。
2 钻孔灌注桩单桩竖向承载力影响因素分析
根据受压钻孔灌注桩的荷载传递机理，其竖向单桩承载力与桩身、桩端岩土层性质、桩长、桩的断面性状、桩径及成桩工艺等密切相关。
2.1桩的几何特征
桩的总侧阻力与其表面积成正比，因此采用较大比表面积（表面积与桩身体积之比A/V）可以提高桩的承载力。
桩的长度、直径及其比值（长径比L/D）是影响总侧阻力和总端阻力的比值、桩端阻力发挥程度和单桩承载力的主要因素之一。
相同的土层，采用不同长径比，相同的材料用量，采用不同的桩长、桩径，可获得明显不同的单桩承载力。
2.2桩侧土的性质与土层分布
桩侧土的强度与变形性质影响桩侧阻力的发挥性状与大小，从而影响单桩承载力的性状与大小。
桩侧土的某些特性，如湿陷性、胀缩性、可液化性、欠固结等，将在一定条件下引起桩侧阻力降低，甚至出现负摩阻力，从而使单桩承载力显著降低。
桩侧土层的分布不仅影响桩侧阻力沿桩身的分布，而且影响单桩的承载力。
如湿陷性土、可液化土、欠固结土层分布于桩身下部的，则会因这些土层的沉降而产生的负摩阻力的中性点深度大于这些土层分布于桩身上部的情况，从而使单桩所受下拉荷载增加，承载力降幅增大。
软硬土层、粘性土与非粘性土层分布的相对位置，也会影响桩侧阻力的发挥特性。
2.3桩端持力层的强度和变形性质
桩端持力层对单桩承载力及变形起决定作用。
桩端持力层对竖向承载的影响程度，随桩的长径比L/D的增大而减小，随桩土模量比Ep/Es的增大而提高，随持力层与桩侧土层的模量比Esb/Ess的增大而增大。
2.4桩身的材料强度
当桩端持力层承载力很高时，桩身材料的强度可能制约桩的竖向承载力，因为合适的混凝土强度等级和配筋，对于充分发挥桩端持力层的承载性能，以提高单桩承载力十分重要。
2.5桩端阻力和桩侧阻力的深度效应
通过室内模型试验和原型试验研究表明，当桩端进入均匀持力层的深度h 小于某一深度时，其极限端阻力一直随深度线性增大；当进入深度大于该深度后极限端阻力基本保持恒定不变。
桩端阻临界深度随桩径增大而增大。
当桩端持力层下存在软下卧层，且桩端与软下卧层的距离小于某一厚度时，端阻力将受软下卧层的影响而降低。
当桩入土土深度超过一定深度后，侧阻不再随深度增加而增大。
2.6单桩承载力的时间效应
单桩承载力的时间效应是指桩的竖向极限承载力随时间而呈一定方式增长。
其总的变化规律是初始增长速度快，随后逐渐变缓，某一段时间后趋于某一极限值。
钻孔灌注由于成桩过程中不产生挤土效应，不引起超孔隙水压力，土的扰动范围较小，因此承载力的时间效应相对于挤土桩要小。
在粘性土中，钻孔灌注桩单桩承载力随着时间的变化主要是由于成孔过程孔壁土受到扰动，由于土的触变作用，被损失的强度随时间逐步恢复。
对于泥浆护壁成桩的情况，附着于孔壁的泥浆也有触变硬化过程。
因此，承载力的时间效应，泥浆护壁法成桩比干作业明显。
后者孔壁土扰动范围小，其承载力效应一般可予以忽略。
2.7钻孔灌注桩的成桩效应
钻孔灌注桩因成桩工艺使桩周土体中应力、应变场发生变化，导致桩侧阻力相应变化的效应称桩侧阻力成桩效应。
在成孔过程中，孔壁土的松散效应导致土体强度削弱，桩侧阻力随之降低。
另一方面，成孔与灌注混凝土时使桩周土的含水量增加，桩、土界面的粘土软化，钻孔灌注桩上的粘着力降低。
钻孔灌注桩的端阻力成桩效应是指在成孔过程中出现扰动、沉渣或虚土而使端阻力降低。
2.8灌注混凝土时的超压力及灌注压力
水下灌注混凝土时，导管出口截面处导管内混凝土拌合物柱的静压力与导管外泥浆柱的静压力之差称为超压力。
其值与导管的灌注半径有关，而导管的灌注半径又与导管内混凝土混凝土拌合物保持流动指标时间和导管埋深有关。
其主要原因就是灌注混凝土时间长、埋管管深度大，超压力过小造成浅部混凝土夹泥、离析等情况的出现从而造成承载力的降低。
国内近年来实施的压力注浆技术提高单桩承载力具有重要影响。
3 提高钻孔灌注桩单桩竖向承载力的措施
3.1设计措施
3.1.1设计成异形桩
在所有桩型中，等径形即圆筒形桩承载力最小。
单纯增大其桩径顾然可以提高单桩承载力，但提高幅度远不如不规则的变径形桩大。
为此，在桩侧阻力不足的情况下，近年来一些单位设计开发了凹凸桩或竹节桩、多分支承力盘混凝土承载桩等各种类型的异形桩，提高了单桩承载力。
3.1.2设计成扩底桩
为了能增大桩端的承压面积以提高单桩承载力，采用扩底桩，增大桩的承压面积，可提高承载力数倍。
3.2.3选择合理的持力层及持力层厚度
尽管随着钻孔灌注桩的长径比L/d增大，桩端土的性质对承载力的影响减小。
但不论是端承桩还是摩擦桩，将桩端设计在较硬的持力层上，在目前的情况下，对提高单桩承载力仍是重要的。
3.1.4设计成嵌岩桩
将钻孔灌注桩设计成嵌岩桩可以充分利用基岩的高承载力、低压缩性的特点，提高单桩的承载力。
3.2施工措施
根据以上分析的影响钻孔灌注桩单桩竖向承载力因素，以及总结国内外多项工程实践经验，在施工中采用以上措施可有效提高钻孔灌注桩单桩竖向承载力。
（1）采用桩侧、桩底压力注浆技术。
（2）采用钻孔压浆成桩法施工。
（3）保证桩身材料强度。
（4）保证清孔质量。
（4）采用无循环旋挖法成孔。
无循环旋挖法不仅能大幅度地提高成孔效率，避免泥浆循环的污染，而且更重要的是由于孔壁不结泥皮能提高单桩的桩侧摩阻力。
（6）泥浆类型选择及其性能控制。
在保证孔壁不坍塌和成孔质量的前提下，应选择合适的泥浆类型，钻进中的泥浆性能指标也应控制在规范规定的范围。
（7）保证桩端持力层嵌岩深度。
（8）缩短桩孔停待时间，保证混凝土灌注质量。
3.3管理措施
钻孔灌注桩做为隐蔽工程，其质量控制关键是检测的准确性和检测与施工作业配合的适时性。
可编制由成桩过程的不同时段表示的动态控制表，无论对进度还是质量的动态控制都十分有效。
另外，加强工程监理工作，尤其对影响钻孔灌注桩承载力的关键环节（如：孔径、孔深、垂直度、沉渣与沉淤及灌注质量等）重点监管，从而确保工程质量。
4 结束语
钻孔灌注桩在目前的工程实践中应用非常广泛，钻孔灌注桩的单桩竖向承载力是桩基理论中一个最基本的内容，也是桩基础设计中首先需要确定的基本问题。
因此，研究提高钻孔灌注桩单桩承载力的新方法，将会有显著的社会和经济效益。
参考文献
[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ 94－2008）
[2] 林在贯，高大钊，顾宝和. 岩土工程手册. 北京：中国建筑工业出版社，1994；
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