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浅论桩基侧摩阻力和端阻力影响因素发布时间：2021-04-26T13:20:15.513Z 来源：《建筑实践》2021年1月第3期作者：陈高伟史纪亮[导读] 桩是一种历史悠久、目前仍被广泛使用且不断发展完善的基础形式，陈高伟史纪亮临沂市青啤地产有限公司山东临沂 276000摘要:桩是一种历史悠久、目前仍被广泛使用且不断发展完善的基础形式，其主要作用在于穿过软弱的压缩性高的土层，利用自身的刚度把上部结构的荷载传递到强度更高、压缩性更低的土层或岩层上,以满足建筑物对承载力和沉降的要求。
本文对桩侧阻力和端阻力的发挥性状的影响因素进行了总结，并简单介绍了利用这些成果的新桩型的开发。
关键词:承载力侧摩阻力端阻力影响因素1 概述自20世纪20年代以来，国外对桩基负摩阻力开展了大量的研究工作，国内对负摩阻力的研究起步稍晚。
但至今国际上对负摩阻力的研究尚不深入，许多问题尚待解决。
理论研究方面:比较经?典的是有效应力计算负摩阻力方法，但计算结果往往偏大。
1969年Polous?提出了基于Mindlin解的镜像法计算桩的负摩阻力大小，但该方法仅用于端承桩。
1972年在上述基础上并根据太沙基--维固结理论，导出了单桩负摩阻力随时间变化的关系。
影响负摩阻力的因素很多，精确确定负摩阻力难度很大，因此很多学者从有效应力法出发，提出经验公式。
目前多根据有关资料按经验公式进行估算。
为了提高桩的承载力，对桩侧摩阻力和端阻力的发挥性状及影响因素进行研究是非常有必要的，以下对桩侧阻力和端阻力的发挥性状的影响因素进行了总结，并简单介绍了利用这些成果的新桩型的开发。
2.桩基侧摩阻力影响因素2.1桩周土的影响影响桩侧摩阻力最直接的因素就是桩侧土层的性质。
通常认为，桩周土体的抗剪强度越大，相应的桩侧摩阻力就越大。
大量试验资料表明，在粘性土中，桩侧摩阻力值就相当于桩周土体的不排水抗剪强度的大小;在砂性土中，桩侧摩阻力系数平均值近似等于土的主动土压力系数。
不同桩型侧摩阻力及端阻力的浅析摘要：通过对工程实例中的桩身内力测试，得出不同荷载作用下桩基侧摩阻力和桩端阻力发挥的比例，并对摩擦桩和端承桩两种不同的桩型进行横向类比，分析两种桩型侧阻力和端阻力发挥比例的特点。
关键词：钻孔灌注桩端承桩摩擦桩侧摩阻力端阻力桩身内力后注浆1前言桩基础是一种历史悠久、应用广泛的深基础形式。
随着工业技术和工程建设的发展，桩的类型和成桩工艺、桩的设计理念与设计方法、桩的承载力与桩体结构的检测技术等方面均有飞速发展，使得桩与桩基础应用更为广发，具有极强的生命力，更是基于此，在我国幅员辽阔的热土上，万丈高楼起于垒土，沟壑变通途。
场地无坚硬持力层，或岩层埋置较深，受场地施工条件限制等原因时，工程中常常用到摩擦桩。
蒋建平[1]在桩底填塞草袋的方法对纯摩擦桩和端承摩擦桩进行了试验对比，根据荷载及沉降曲线，得出纯摩擦桩的沉降相较于端承摩擦桩要大，单桩承载力相较于端承摩擦桩要弱的结论。
但实际工程中，桩基很少存在纯摩擦桩，往往为端承摩擦桩，而场地存在坚硬土层时，则采用端承桩，桩侧土层也能提供侧摩阻力，因此，端承摩擦桩和摩擦端承桩的侧阻力和端阻力是如何工作的常常让人混淆，笔者根据实例对两者间的特点进行简单的分析。
2桩身内力测试原理及方法2.1测试原理1、假定同一断面钢筋与混凝土的变形相同，桩身全长混凝土弹性模量相同[2]。
2、桩身轴力P计算公式为：zPz =EC·AC·εC+ES·AS·εS=（EC·AC+ES·AS）·εS（1）式中：EC 为钢筋混凝土弹性模量，ES为钢筋弹性模量，AC为同一断面出钢筋混凝土面积，AS 为钢筋面积，εC、εS为同一断面钢筋与混凝土的应变（由于假定同一断面的钢筋与混凝土的变形一致，不出现裂缝的情况下，εC =εS）。
3、桩侧摩阻力fi计算公式为：fi =（PZi-PZi+1）/Ai（2）式中：fi 为i断面至i+1断面之间的桩侧摩阻力（Kpa），PZi为i断面的轴力（KN，i=1、2、3……），Ai为i断面至i+1断面之间的桩侧面积。
预应力管桩与长螺旋灌注桩优缺点一、长螺旋钻孔灌注桩（CFG）在施工过程中出现的问题。
长螺旋钻孔管内泵压灌注成桩工艺是刚性桩复合地基和灌注桩广泛使用一种施工工艺。
通常认为其在地下水位以上才可以使用。
通过实践证明，其在海南地区施工的确存在一些技术问题需要解决。
1、施工机械方面钻机对土的剪切能力不足，电机电流强度的需要加大，钻机架的刚度不够等。
现在使用的螺旋钻孔灌注桩机，大多是针对在北方地区施工而设计的。
所以在海口等南方地区施工时以上问题就暴露出来。
例如：海口某工程，长螺旋钻孔灌注桩在施工第二根桩时按原设计钻进深度为17.5米，但是当钻杆拔到13米处，因钻机拔出速度稍慢一些，就被砂层抱死。
控制室内动力头的电流强度显示为200A，已达到了电机电流的极限。
在强行拔钻杆的过程中，发生钻架严重扭曲变形的重大机械事故。
2、成桩工艺方面由于海口地区的地基土层中的结构比较复杂，钻机对土的穿透能力不足造成施工时间比以往经验值要长。
实际工程中往往要≥1小时才能完成一根桩的施工。
加之土层中的地下水位高，使混凝土要在水位以下灌注。
这对在成桩过程中，桩端混凝土的初凝系数有一定影响。
在工程设计中，长螺旋钻孔灌注桩一般为通长配筋。
但是由于海南地质条件的特殊性，上部硬砂层的存在，通常导致在施工过程中不能满足设计的配筋要求，往往只能震送钢筋笼7-8米。
造成桩身不能满足设计要求。
3、工程材料方面长螺旋钻孔灌注桩成桩工艺的关键在于泵送混凝土。
成桩过程中必须保证排气阀正常工作。
泵送的混凝土要有良好的可泵性和流动性，防止发生离析泌水。
但是实际施工中也存在坍落度达不到规范要求的现象。
坍落度过小，影响泵送效率甚至发生堵管；坍落度过大，则易离析泌水。
由于海南省的地质结构中，地下水位普遍的偏高，使得混凝土在灌注后未初凝即产生流失，容易导致长螺旋钻孔灌注桩出现断桩、缩径等不良桩身质量现象。
4、弃土的处理问题长螺旋钻孔灌注桩的施工效率高，成桩速度可以达到：15-22米/根/天>30-50根。
各种类型的钻孔灌注桩施工特点分析根据目前实际中运用情况，常用的钻孔灌注桩的类型有冲击成孔灌注桩、正（反）循环钻成孔灌注桩、潜水钻成孔灌注桩、长螺旋钻孔灌注桩和旋挖成孔灌注桩等。
一、冲击成孔灌注桩冲击成孔灌注桩是利用冲击钻机成孔的，冲击钻机是一种比较传统的钻进机具，依靠冲击锤进行冲砸，掏渣筒掏渣，上下往复冲击将土石劈裂、砸碎，部分被挤入孔壁之内，普通泥浆护壁。
适用于常见的所有填土层、粘土层、密实砂层、圆砾层及角砾复合夹层，但在大漂石、卵石层及微风化地层中进尺缓慢，且冲击锤容易损坏。
而且，在松散且厚度较大的砂层中钻进时容易塌孔，主要原因是冲击钻进时孔内泥浆比重不均匀，上部小下部大，掏渣筒掏渣后孔内水位降低产生水位差造成塌孔。
冲击成孔灌注桩具有地层适应范围广、施工速度快、场地环境要求小、造价较低等特点。
但同时冲击钻劳动强度大，泥浆循环要设立泥浆回流池占地大，产生的泥浆不易外运，施工震动噪音大，环境评价差。
二、回旋钻孔灌注桩回旋钻孔灌注桩是利用回旋钻机成孔的，回转钻机是一种在我国应用时间最长、范围最广、市场保有量最大的成孔机具，该种钻机除在卵、砾石层钻进较为困难外，在其它各种常见地层均有良好的适用性。
回转钻孔灌注桩根据排渣方式的不同分为正循环和反循环两种，反循环又细分为泵吸、气举、孔底泵送（射流）三种。
在素土层、粘土层及砂土层常采用正循环，在卵石层、砂卵石夹层、岩石层及孔底清渣常采用反循环。
根据地层不同，钻头可采用不同形式，特别是在钻进坚硬岩石层时需配置滚刀钻头或牙轮钻头，回转钻机的钻孔直径可达2～5m，深度可达百米。
正（反）循环钻成孔灌注桩具有应用范围广、护壁效果好、成孔质量高，施工无震动、无噪音、机具操作方便、造价较低等特点。
但此种钻孔灌注桩施工速度慢且仅适用于单一粘性土、砂土、卵石土层中，在多种土层地质结构中，遇软硬土层过渡地层，因成孔垂直度仅靠钻杆及钻头自重来保证，遇软硬土层过渡地层时，钻头和钻杆会偏向软弱土层方，导至桩基成孔弯曲，无法保证桩基施工质量。
Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2015, 4, 56-66Published Online January 2015 in Hans. /journal/hjce/10.12677/hjce.2015.41007Analysis on Pile Shaft Friction Resistance of Ultra-Long Bored PilesJianguang LiAVIC Geotechnical Engineering Institute Co., Ltd., BeijingEmail: lijianguang10@Received: Dec. 25th, 2014; accepted: Jan. 15th, 2015; published: Jan. 22nd, 2015Copyright © 2015 by author and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractBased on the analysis on the results of test piles of typical projects, characteristics of pile shaft friction resistance are summarized for ultra-long bored piles. Pile shaft friction resistance mainly depends on shear strength index (c, φ), effective overlying pressure, and pile-soil relative move-ment. Effective overlying pressure and pile-soil relative movement are should not be neglected to pile shaft friction resistance.KeywordsUltra-Long Bored Pile, Static Load Test, Pile Shaft Friction Resistance超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力发挥特征分析李建光中航勘察设计研究院有限公司，北京Email: lijianguang10@收稿日期：2014年12月25日；录用日期：2015年1月15日；发布日期：2015年1月22日摘要本文在分析典型工程超长钻孔灌注桩试桩成果基础上，总结超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力的发挥特征，并超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力发挥特征分析提出桩侧摩阻力的发挥取决于桩侧土体的抗剪强度指标(c, φ)、有效上覆压力及桩土间相对位移四个主要因素，其中桩侧土体的有效上覆压力及桩土间相对位移是影响超长桩桩侧摩阻力发挥不可忽视的因素。
关键词超长钻孔灌注桩，静载试验，桩侧摩阻力1. 引言近些年来，国内超高层建筑迅速崛起，在北京、上海、天津、温州等地超高层建筑中超长钻孔灌注桩被广泛应用，大量的超长钻孔灌注桩试桩成果被发表[1]-[3]，这些成果较一致的认为：(1) 一定荷载作用下超长桩的桩顶变形主要由桩身的压缩组成，超长桩基础的沉降变形必须考虑桩身的压缩变形。
(2) 桩端阻力对桩的总承载力贡献较小，超长桩的承载力以侧阻力为主。
(3) 桩端沉渣对桩端承载力的发挥影响明显。
上述这些珍贵的试桩成果，为今后超长钻孔灌注桩的设计提供了很多值得借鉴的经验。
国内外对桩侧摩阻力和桩端阻力这一课题已有多年的研究，解决的方法基本上有两类：一类是通过原位测试手段探查土层的物理参数，与试桩资料对比，建立经验公式或修正曲线，来确定桩侧摩阻力和桩端阻力；另一类方法是通过桩静载试验实测桩侧摩阻力和桩端阻力。
但有关理论研究的文献很少。
本文就是在分析典型工程超长钻孔灌注桩试桩成果基础上，总结超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力的发挥特征，进而为桩侧摩阻力的选取提供依据。
2. 桩侧摩阻力的发挥特征本文选取具有代表性的上海中心大厦试验桩的试验成果[1]进行深入分析，对其桩侧摩阻力的发挥特征进行总结。
由于篇幅限制，其他文献提供的试验桩试验成果[2] [3]只做简单介绍。
2.1. 上海中心大厦[1]上海中心大厦位于上海浦东陆家嘴金融中心区，大厦塔楼采用巨型空间框架–核心筒–外伸臂结构体系，塔楼地上121层，结构顶面高度575 m，建筑塔顶高度632 m，地下5层，基础埋深约31米，底板厚6 m。
场地地貌属滨海平面地貌类型，场地274.8 m深度范围内为第四纪覆盖层，主要有饱和黏性土、粉性土、砂土组成，一般具有成层分布特点。
(1) 试桩参数本文选取采用国内常用的桩侧桩端联合后注浆工艺的SYZA01、SYZA02试验桩成果进行分析，图表1所示。
其他试验桩成果详见原文[1]SYZA01、SYZA02试验桩布置及后注浆位置详见图1。
(2) Q-s曲线SYZA01、SYZA02试验桩Q-s 曲线详见图2、图3。
SYZA01、SYZA02试验桩桩身轴力分布曲线详见图4、图5。
(3) 桩身轴力测试SYZA01、SYZA02试验桩桩身轴力分布曲线详见图4、图5。
(4) 桩侧摩阻力超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力发挥特征分析Table 1. General situation of test piles表1. 试桩概况表试桩编号桩径(mm) 桩长(m) 有效桩长(m) 试桩类型SYZA01 1000 88 63 桩侧桩端联合后注浆SYZA02 1000 88 63 桩侧桩端联合后注浆SYZB01 1000 88 63 桩端后注浆SYZC01 1000 88 63 常规灌注桩Figure 1. Profile of soil layers and test pile (including post-grouting location)图1.土层及试桩剖面图(含后注浆位置)SYZA01、SYZA02试验桩不同桩顶荷载下桩侧摩阻力随深度变化曲线详见图6、图7。
SYZA01、SYZA02试验桩不同埋深处桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线详见图8、图9。
王卫东等人对上海中心大厦试验桩试验结果进行了详细的分析研究，得出关于桩侧摩阻力问题的如下3点结论：超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力发挥特征分析Figure 2. Q-s curves of No. SYZA01 test pile图2.SYZA01试验桩Q-s曲线Figure 3. Q-s curves of No. SYZA02 test pile图3.SYZA02试验桩Q-s曲线Figure 4.Distribution curves of axial force of No. SYZA01test pile图4.SYZA01试验桩桩身轴力分布曲线超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力发挥特征分析Figure 5. Distribution curves of axial force of No. SYZA02test pile图5.SYZA02试验桩桩身轴力分布曲线Figure 6. The change curves of pile shaft friction with depthof No. SYZA01 test pile图6.SYZA01试验桩桩侧摩阻力随深度变化曲线Figure 7. The change curves of pile shaft friction with depthof No. SYZA02 test pile图7.SYZA02试验桩桩侧摩阻力随深度变化曲线超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力发挥特征分析Figure 8. Curves of pile shaft friction versus pile-soil relativemovement at different depths of No. SYZA01 test pile图8.SYZA01试验桩桩侧摩阻力–桩土相对位移关系曲线Figure 9. Curves of pile shaft friction versus pile-soil relativemovement at different depths of No. SYZA02 test pile图9.SYZA02试验桩桩侧摩阻力–桩土相对位移关系曲线(1) 桩侧摩阻力沿桩长的发挥具有异步性，荷载水平较小时，桩侧摩阻力分布曲线呈单峰状，随荷载水平增加，桩侧摩阻力分布曲线经历峰值不断增大下移、桩端附近逐渐展开的变化过程；桩体上部分侧摩阻力发挥至极限后，出现不同程度软化现象。
(2) 桩侧摩阻力充分发挥所需桩土相对位移受后注浆工艺影响，实测结果显示在有效桩长范围内埋深较浅的黏性土层中桩侧摩阻力充分发挥所需桩土相对位移小于5 mm，较深的砂性土中小于10 mm；桩侧摩阻力软化出现在桩土相对位移超过极限位移之后，埋深较浅的黏性土中由于桩土相对位移大软化较为显著。
(3) 与规范取值相比，第⑥层土实测桩侧摩阻力极限值不足规范取值下限的50%，残余值仅为规范取值下限的20%，第⑦1层土实测桩侧摩阻力接近规范取值下限，但软化严重，该土层以下实测桩侧摩阻力均大于规范取值上限，其中⑨1、⑨2-1土层中，实测值达到规范取值上限的2倍以上。
因此在大直径超长后注浆灌注桩承载力计算时，应充分考虑有效桩长范围内浅部土层的侧摩阻力软化和注浆后深部土层侧摩阻力增强效应。
超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力发挥特征分析2.2. 其他典型工程[2] [3]邹东升等人对北京CBD 地区超高层建筑的试验桩试验成果进行了深入的分析总结[2]。
北京CBD 地区CCTV 新址TP-A1试验桩桩侧卵石⑤层(后注浆)、粉质黏土⑥层及细砂⑨层桩(后注浆)摩阻力与桩土相对位移关系曲线详见图10、图11。
CCTV 新址TP-A1试验桩粉质黏土⑥层桩侧摩阻力表现出加工软化特性。
卵石⑤层及细砂⑨层桩侧摩阻力表现出加工强化特性。
埋深较大的砂土⑨层的桩侧阻力在同等桩土相对变形情况下较⑤层增长快，显示出桩侧阻力发挥存在深度效应，围压大有利于桩侧阻力的发挥。
孙宏伟等人对天津117大厦超长试验桩的试桩成果进行了分析，发现桩侧上部土层表现为软化特征，桩侧下部土层表现出强化特征，桩端处桩侧阻力非常小。
张忠苗等人对温州世贸中心323 m 超高层超长试验桩的试桩成果[3]进行了分析，发现桩侧上部土层在达到极限侧阻时，随着荷载的增加，其值反而会有所降低，分析其原因是在达到极限摩阻力后上部土体结构产生了滑移破坏，导致侧阻软化。
