第３９卷增刊建筑结构２００９年４月
考虑负摩阻力因素的嵌岩桩基在实例
工程中的应用与试验
骆正荣，
裴修远，
洪油然
（现代设计集团现代都市建筑设计院，上海２０００４１）
［摘要】
本文结合实例Ｔ程的基础设计，总结了钻孔灌注嵌岩桩基在考虑欠固结土层负摩阻力影响下，按地质勘
察参数和规范要求计算的单桩承载力理论计算值，与桩基实际承载力可能存在的差别，提出通过破坏性试桩和设置桩身测力装置的方法，检测桩基的实际承载能力，并结合对检测结果的分析判别，确定欠固结土层对桩基的影响
参数。实际工程桩基设计时，选择合适的桩基承载力控制指标，在保证基础安全的前提下，能设计出结构合理、经
济性较好的桩基基础。
［关键词］嵌岩桩；欠固结土；负摩阻力；试验；工程应用
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄ
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆＲｏｃｋ・ｓｏｃｋｅｔｅｄＰｉｌｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ
ＮｅｇａｔｉｖｅＳｋｉｎＦｒｉｃｔｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎＰｒａｃｔｉｃａｌＰｒｏｊｅｃｔｓ
ＬｕｏＺｈｅｎｇｒｏｎｇ，ＰｅｉＸｉｕｙｕａｎ，ＨｏｎｇＹｏｕｒａｎ
（ＸｉａｎｄａｉＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎＧｒｏｕｐＵＤＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００４１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ
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ｃｏｎｃｒｅｔｅ
ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｖａｌｕｅｏｆｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆ
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建筑结构基础是建筑物与地基土间的连接体，基础设计是结构荷载有效向地基土传递、保障结构使用安全的重要保证环节。随着现代高层建筑的大量涌现，桩基基础的运用越来越广泛，桩基的种类、形式也越来越多。尽管每个建筑场地都要进行详细的地质勘
方形，边长３６．４ｍ。裙房与主楼间设抗震变形缝断开。地下一层高５．３０ｍ。底层高５．５０ｍ，２—４层４．６０ｍ。主楼标准层高３．７０ｍ，４—５层间设置高２．２０ｍ的设备转换层。主楼为框架．核心筒结构，裙房为框架结构。地震设防烈度为７度，地震加速度０．１５９，Ⅲ类场地。按规范要求，本工程主楼框架、剪力墙抗震等级为二级，结构构造按一级抗震要求设计；裙房框架抗震等级为三级，结构构造按二级抗震要求设计。建筑裙房平面及标准层平面见网１、２，标准层结构平面见图３。
场地勘察报告：本场地在７度抗震设防时无液化；第
察工作，但地基土的复杂性、勘察工作量的限制，以及
后期土力学分析技术的局限性，往往无法完全真实地反映地基土的性能，给桩基设计初期桩型的选择、承载力的确定带来较大的困难。对于较复杂的场地，需要进行先期的桩基沉桩实验和承载力试验，以确定桩基方案的可行性。本文将结合镇江某酒店丁程的实例，介绍场地地基土存在欠固结土层、中等腐蚀性水土等不良地质条件下，嵌岩桩基的设计和试验。
１
④、⑤、⑥层ＯＣＲ＜１．０为欠固结土层；地下水和土层为受
工业污染，ＳＯ．一离子含量较高，对混凝土和钢筋有中等程
度的腐蚀性；第⑦层为强风化岩层，厚度变化较大；第⑧层
为中风化凝灰岩层。场地土层分布及力学性能如表ｌ。
２
工程概况
本工程位于镇江市的长江边，为五星级酒店，建筑
桩基选型
本工程主楼结构核心筒呈正方形，外边长１４．８０ｍ。
，．由２３层的主楼和４层的南北裙房组成，建筑南北向长１０５．４０ｍ，东西向宽４０．３０ｍ，主楼在裙房以上呈切角正
与周边框架柱中心间距１０．４０ｍ，核心简和框架柱下的
７３７
霹睽
黼
土；力学性能殛摹藏力特征值、桩基设计参敲
不刺。
霉●口珥圈耳匕
垃Ｌ土｝呵ｂ
Ｌ—Ｌ土Ｐ
翟彭
寰ｌ
荷载较大，标准值分别达到２８３９３０ｋＮ和２５９４０ｋＮ。桩基设计时必须考照布桩的可行性．国此．要求单桩承载力特征值不宜过小。
第＠、⑤、⑥土层均为咒固结土层．第⑦层ｍ下为岩石层．第⑥土层可作为持力层，但该层端阻力较小，单牲承载力特征值较小，校心筒下布桩不能满足桩阃歪的要求，框颦柱下布桩范围过大，对桩承台设计
７３８
第。层为强风化岩层，可ｕ作为桩摹持力层，但考虑欠同结土层对桩基设计的负摩阻力影响．其单桩承载力仍然偏小，同样无法满足布桩的要求。
根据勘察报告，本场地存在中等腐蚀性水土层，必须选用实心桩．宜优先选用预制方桩，其次为钻孔蔼注桩。坦考虑到岩层埋深较大（约５０Ｏｍ）．预制桩端人
岩很难，且长细比无法满足要求。
综合上述情况，决定选择钻孔灌注桩作为桩基的基本选型，第⑧层中风化岩层作为桩基持力层，人岩深度约为ｌ倍桩径，且不少于５００ｒａｍ。
３
桩基设计与试验
根据地质勘察报告，场地第④、⑤、⑥土层均为欠固结土层，实际上，在第④、⑤、⑥土层欠固结沉降压缩时，其上部第①、②、③土层也将随下部土层的压缩而
变形，因此，可以认为：桩基设计时，场地岩层以上的土层，都必须考虑欠同结土层在固结、沉降变形时对桩基设计的负摩阻力（下拉荷载）影响。
含有欠固结土层的地基，在基础设计时的处理方法较多。较浅的欠固结土，一般可采用如振冲挤密、强夯、水泥土搅拌、堆载预压等方法进行地基加固处理方式；较深的欠固结土，一般可采用常规桩基，并采取减少桩侧土负摩阻力的措施，如桩身涂抹沥青、设置土层隔离套管等¨１。本工程桩顶以下的欠固结土及其上部土层厚度达４０余米，如采取地基处理或减少负摩阻力的措施，施工工艺无法达到设计要求，经济性较差。
地基土体的同结一般有以下几个方面因素：１）欠固结软粘土或新填土在自重应力作用下的固结；２）场地大面积堆载使土层下沉固结；３）正常固结软粘土地区地下水位全面下降时，有效应力增加引起土层下沉；４）欠固结软粘土地区地下水位全面下降引起的土层沉降；５）上部结构附加荷载作用下，或桩基沉降变形时侧阻应力区影响下的欠固结土层下沉¨。。
本工程桩基设计为钻孔灌注嵌岩桩。除桩身少量压缩和桩端沉渣压缩外，可以认为桩体沉降变形较小，上部结构荷载对地基土的附加压力很小；设计场地标高和使用功能要求均无大面积填土和设备的堆载存在；地质勘察报告中提出“本场地地貌为长江漫滩类型”，此前３０余年为厂房用地，“场地及周边２ｋｉｎ范围未见滑坡、地面沉降、活动断裂等地质灾害和不良物理地质现象”，可见自重应力作用下产生固结的可能性也较小。因此，欠固结土层产生固结的可能，应主要表现在地下水（长江水）的涨落作用对其的影响。
参照地质勘察数据，选取不同直径的钻孑Ｌ灌注桩进行单桩承载力初步对比计算。经初步判断单桩承载力要求和布桩可行性，选取直径８００ｍｍ和１０００ｍｍ桩，按《建筑桩基技术规范》第５．２．１１条进行桩基承载力极限值的计算旧１。计算结果如表２。
Ｑ。ｋ＝口．ｋ＋Ｑ＾＋Ｑ。ｋ
其中，土层侧阻力极限值Ｑ．。＝１／，∑ｆ…ｑ．。Ｚ．，持力岩层侧
阻力极限值Ｑ。．＝蟛Ｚｏｈ，，持力岩层端阻力极限值Ｑ。。＝ｆＺ。Ａ，。
按《建筑桩基技术规范》第５．２．１６．１条计算“地下水位降低”时的桩侧负摩阻力标准值Ｑ。“
＾ｎＦ
“
Ｖｇ
２乞ｇ“
其中，各土层负摩阻力ｑ。。“＝ｆ。ｏｒ；７
盯。’２ｙｉ・：．
按《建筑桩基技术规范》第５．２．１５．１条、第５．２．１５．２条，取中性点深度ｌ。与桩周沉降变形土层下限深度ｆ０的比值为１．０，分别验算中性点以上负摩阻力为０时和负摩阻力为桩身下拉力时，“考虑桩侧负摩阻力对桩基承载力影响”的单桩承载力值，即：
ｙｏ，ｖ≤Ｒ
＇，。（Ⅳ＋１．２７Ｑ。”）≤１．６Ｒ
取重要性系数ｙ。＝１．０，Ｎ＝Ｒ，则验算满足１．２７Ｑ。“／Ｒ≤０．６即可。
综合布桩可行性、桩基及底板设计的经济性和施工周期等方面的比较，确定选取桩径８００ｒａｍ、Ｃ３５水下混凝土、桩端人中风化岩层不少于５００ｍｍ的钻孔灌注桩。因场地地质条件较为复杂，设计选取三处具有代表性勘察孔点附近共设计三根试验桩，进行非破坏性试验，验证理论计算的单桩承载力的有效性。设计桩长约４７．５—５０．０ｍ，单桩试验加载值不少于８０００ｋＮ。
从二根试桩结果看，当加载至８
０００、１０
０００ｋＮ时，
Ｑ—ｓ曲线平缓、光滑，无转折点；ｓ．１９ｔ曲线平直，间隙基本均衡；桩的沉降变形很小，回弹率较高。
设计认为：１）试验桩的“极限承载力”（并非为真实的极限承载力）及变形，未能真实地反映设计桩基的承载能力；２）岩层的承载力可能仅少量或根本未能发挥作用；３）根据地质勘察资料数据和规范理论公式计算的单桩承载力值偏小，采用计算结果进行桩基设计可能存在布桩量较多、承台较大而厚等经济性较差的结果。试桩结果如表３。
４
桩基的优化设计与试验
本Ｔ程在“必须考虑土层负摩阻力对桩基设计的
影响”时的计算中性点位置，是强风化岩层顶面处，即在桩身强度满足承载要求的前提下．岩层的有效承载能力大小才是工程桩真实承载力的关键。所以，需要通过必要的加载量和检测手段来准确检测岩层的承载能力。为此，决定对桩基进行破坏性试验，并采取设置桩身压力计的方法，检测桩身压力，同时推算各土层对桩身阻力以及“欠固结土层”对桩身负摩阻力影响的程度，以便较准确地确定单桩承载能力，达到优化桩基
设计、提高工程经济性的目的。
针对第一次试桩结果所反映的情况，设计提出重新布置三组破坏性试桩。
７３９
不同桩径、不同入岩深度的单桩承载力理论计算
中性点以上
桩径（ｍｍ）
＾，／ｄ
表２
１．２７Ｑ。“
设计值
特征值
承载力取值（ｋＮ）
负摩阻力标准值以。
桩身强度
ｆ．
“
Ｑ。ｋ（ｋＮ）为０时承载
力设计值厅
设计值（ｋＮ）与Ｒ的比值
桩端进人中风化岩层５００ｒａｍ
８００１ｏｏＯ
０．６２５０．５００
０．０３２５０．０２２５
０．４２８０．４５０
１０５５３１４９ｌＩ
３９９６６０７ｌ
ｌ８００
５０３４７８６６
Ｏ．５７０．４７
３９５０６０５０
３１６０
２２４０４８４０
桩端进人中风化王÷层８００ｍｍ
８００ｌ０００
ｌＯ．８
Ｏ．０４９５０．０３８７
０．３６００
３９６
ｌｌ
１６５
４３７９６３７５
ｌ８００
５０３４７８６６
０．５２０．４７
４３５０６３５０
３５４８００８０
１５９３８２２４０
第一批试桩结果
试桩号
ＳＺｉＳＺ３
表３
极限承载力（ｋＮ）
ｌＯ０００８ｏｏｏ
桩长（ｍ）眭径（ｍｍ）
５１．７０４９．７０
８００８００
第一级加载（ｋＮ）每级加载（ｋＮ）最大加载（ｋＮ）累计沉降（ｍｍ）累计同弹（ｍｍ）回弹率（％）
２Ｏｏｏ１６００
ｌ０００８００
ｌＯ
０００
１６．４６１４．１８
９．６３７．３ｌ
５８．５ｌ５１．５５
８０００
注：ＳＺ２因施工原冈末达到试桩条件。
４．１试桩加载量的控制
勘察报告表明，场地强风化岩与中风化岩间并没有绝对的界限，第一次试验桩成孑Ｌ施工也反映出较难控制桩端人岩深度，为此，第二次试桩设计将桩端入岩深度提高到不少于８００ｍｍ，以确保满足规范中桩端入岩深度的最小要求。
确定工程桩承载力的目标。考虑到全部桩基施工时对混凝土施工质量的控制，工程桩的水下混凝土强度等级仍按Ｃ３５设计，并以桩身混凝土强度设计值尺。＝０．７５ｆＡ。６３００ｋＮ作为单桩承载力设计值的控制目标，即中性点以上侧摩阻力为零时的单桩承载力极限值Ｑ。＝１．６Ｒｄ＝１００８０
ｋＮ。
别选取桩身对称的四根钢筋，截断后焊接测力计。４．３测试原理及计算方法”’
每一级加载，利用频率仪测得钢筋测力计的实测频率有效数据，通过率定系数换算成力，并计算成测力计截面处混凝土应变相等的钢筋应变量。
按同一截面处有效测点的应变量平均值，计算该断面桩身轴力
Ｑ。＝Ｅ。占．Ａ．＋Ｅ，ｓ，Ａ＾Ｐ
桩侧土的分层极限摩阻力ｑ，。和极限端阻力ｇ。
ｑ．．＝（口。一口。＋。）／ｕｌ。，ｑ。＝Ｑ。／，４。
式中：Ｅ．、Ｅ，为钢筋、混凝土的弹性模量，；．、；。为测量截面处钢筋、混凝土的应变量平均值，Ａ。、Ａ．，为测量截面处钢筋、桩身的截面积，ｕ为桩周长，１．为桩身第ｉ断面与第ｉ＋ｌ断面间桩长，Ａ。为桩端截面积。４．４试桩结果的研读
试桩结果如表４，试桩Ｑ—ｓ曲线、ｓ—ｌ掣曲线见图４～图９。
试桩报告的Ｑ—ｓ曲线、ｓ—ｌ舻曲线、各土层桩侧极限摩阻力和桩端阻力图表（略），以及试桩过程记录表明：
ＳＺＩ．１桩：在加载至１２０００ｋＮ时，桩身沉降突然加剧，深度２９．５ｍ处测力计全部失效；此时桩端截面测得的荷载仅６７．８８ｋＮ，表明桩端阻力极小，呈现摩擦桩的特征。试桩后的桩身完整性检测表明，桩身未破坏。分析桩破坏的原因：此桩成孔后歇置达６天，未及时浇注成桩，且浇注时孔底清淤未达到要求，桩端沉渣较厚，造成试桩未达到要求。
ＳＺＩ．２桩：在加载至１５０００ｋＮ时，桩头浅部ｆ｛｛现剪
试桩最小加载量的控制。计算中性点以上土层计算摩阻力Ｑ７。一３０００ｋＮ。考虑到勘察报告中土层理论侧摩阻力与实际存在一定的差别，试桩期间的土层侧摩阻力适当放大ｌＯ一２０％，取Ｑ．＋一４５００ｋＮ。即试桩最小加载量Ｑ…≥Ｑ。＋Ｑ｜ｌ土＊１５０００
ｋＮ。
试桩最大加载量的控制。Ｃ３５混凝土的桩身强度无法满足试桩加载量的要求，有必要提高试验桩身混凝土的强度等级。设计将混凝土强度等级提高至Ｃ４５，考虑土层侧向约束条件下混凝土承载能力提高的因素，控制最大加载量不超过桩身混凝土抗压强度标准值的１２０％，即最大加载量Ｑ…≤１．２０ｆｏ。Ａ。一１８０００４．２桩身测力计的设置‘４１
采用振弦钢筋测力计，并选择与之相匹配的频率仪。要求：频率仪的可测频率范围应大于桩在最大加载时的频率的１．２倍；频率仪的分辨率应优于或等于ｌＨｚ。必须根据勘测剖面土层分布情况，在各土层分界面处分
ｋＮ。
７４０
ｏ＝！
掣罢
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萧
∞∞∞∞
・———，——＝＝‘＝——士廿＝告＝ｄｒ。±ｎｏｏ釜＝喜三莩芒圣鍪撼８８舀暑苗
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图４
～
ＳＺＩ．１＃桩Ｑ一５曲线
Ｉｇ
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｝一…。９０００
图５
ｋ＿【＝：：
ｋＮ
ｉ嚣““’ＥＮ
０（ｋＮ）
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ＳＺＩ－Ｉ＃桩ｓ—ｌｇ￡曲线
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０５００２０００
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图６ＳＺＩ・２＃桩Ｑ一５曲线
ｋＮｋＮ
虬∞
＂¨＂∞∞∞
＿｜…。。
图７ＳＺＩ－２＃桩５．１酽曲线图８ＳＺＩ－３＃桩Ｑ・５曲线图９ＳＺＩ．３＃桩ｓ－ｌｇｆ曲线
切破坏，各处测力计基本正常，试桩达到最小控制加载要求；此时桩端截面测得的荷载为７３２７．８５ｋＮ，表明桩端阻力仅部分发挥而未达到极限状态。分析桩破坏的原因：桩头浅部为回填土，且未加强箍筋或设置钢板护筒，造成桩头先行破坏而不能继续加载。
ＳＺｌ—３桩：在加载至１８０００ｋＮ时，桩头浅部出现剪切破坏，各处测力计基本正常，试桩达到最大控制加载要求；此时桩端截面测得的荷载为１４６０９．６ｋＮ，表明桩端阻力可能未达到极限状态，但已基本反映岩层承载能力。分析桩破坏的原因：桩头浅部为回填土及设备管沟，虽加强桩头箍筋，但未设置钢板护筒，造成桩头先行破坏。
试桩结果表明：ＳＺＩ－ｌ桩试验因施工特殊原因未达到设计要求，不能作为工程桩基设计依据。ＳＺｌ－２、３桩
基本达到试桩要求，可以综合其反映的承载能力，作为桩基设计依据。
欠固结土层判别的调整：考虑到土工实验和地基土实际情况的差别，根据试桩检测数据，地质勘察单位对原《地质勘察报告》中提出的欠固结土层参数作出
修正，即：场地仅第④层为欠固结土层，第⑤、⑥层为正
常土层。
４．５
调整单桩承载力
勘察调整欠固结土层后，根据原《地质勘察报告》
中相关参数，并结合试桩检测的岩层承载力值，重新计算并确定单桩承载力设计值和特征值。
按桩径Ｄ＝８００，入岩深度８００ｍｍ，取ＳＺｌ－２、３检测的桩端岩层承载力平均值为桩端承载力极限值（包括嵌岩层侧阻力）。如表５。
表４
第二批试桩结果
试桩号
ＳＺｌ．１鼻ＳＺ卜２舟ＳＺｌ．３＃
桩长（ｍ）桩径（ｍｉｌｌ）
４９．５０
８００
第一级加载（ｋＮ）每级加载（ｋＮ）最大加载（ｋＮ）累计沉降（ｍｍ）累计回弹（ｍｍ）回弹率（％）极限承载力（ｋＮ）
３０００
１５００１５００
１２０００１５０００
１１８．８０
１０．１６
８．６
１０５００
４９．２０４９．８０
８００８００
３０００３０００
８８．３６８２．２２
８．５５１４．６９
９．７１７．９
１３５００１７０００
１５００‘１８０００
・ＳＺＩ一３＃加载至１５０００ｋＮ后改为每级１０００ｋＮ。
桩径Ｄ＝８００ｒａｍ入岩８００ｒａｍ的单桩承载力调整计算
中性点以上
负摩阻力
桩身强度
表５
承载力取值
Ｉ．２７Ｑ６“
桩径（ｒａｍ）＾，／ｄｆ．
“
Ｑ。ｋ（ｋＮ）为０时承载
力设计值尺
８００
ｌ
０．０４９５
０．３６０
１５１１８
７３２０
标准值Ｑ。“设计值（ｋＮ）与Ｒ的比值设计值（ｋＮ）特征值（ｋＮ）
９ｌＯ
５０３４
０．１６
５０３０
４０２０
７４ｌ
设计选取桩身混凝土抗压承载力设计值的７５％作为单桩承载力的控制指标。５。，即Ｒ。＝５０３０ｋＮ。４．６优化设计后的桩基经济性比较
按照《地质勘察报告》计算的单桩承载力设计值为４３５０ｋＮ，通过一系列的桩基试验后的单桩承载力设计值为５０３０ｋＮ，提高ｒ１５．６％，本工程共减少布桩数７２根；同时，因为布桩量的减少，相应减少了底板的厚度，获得了较好的经济效益。
５
结语
（１）对存在欠固结土层的场地，桩基设计特别是
嵌岩桩基的设计，除计算必须考虑负摩阻力对桩基产生下拉荷载的影响外，需要采取特殊的检测手段进行真实性的检验。采用设置桩身测力计的破坏性试桩方法，通过检测数据推断桩侧土层的固结程度，试桩结果作为工程设计的依据性文件，避免单一根据理论计算值进行设计而造成浪费。
（２）破坏性试桩没计应充分考虑到桩基材料在不同Ｔ作环境下的受力性能，提出试桩加载的目标控制值和最大加载控制值，避免试桩不能达到设计目的。破坏性试桩的加载量较大时，应尽量保证桩身不会提前破坏。试桩桩身的上部一定深度范围（约３—５ｍ）土
７４２
体对桩侧环向约束较小，设计应在此长度范围设置加强钢板箍，防止在大荷载作用下产生桩头剪切破坏。
（３）设置桩身测力计，必须结合地质勘察报告中土层剖面和成孔施１＝所揭示的各岩土层深度，准确布设测力计；确保测力计与钢筋的有效连接、输出线路的畅通，保障检测结果的真实有效。
（４）地基饱和粘性土层在失水的情况下，通常都存在欠固结土层的物理特性。地质勘察报告中对欠固结土层的判别，一般是通过土工试验的固结系数ＯＣＲ值和当地工程经验等确定，试验室结果和经验难免与地基土的真实情况存在差别。地质勘察报告应对欠固结土层有准确的判别依据和试验数据描述，减少设计误差。
参
考
文
献
［１］
包宗林、桥梁桩基负摩阻力的分析计算及消减方法［Ｅ］．甘肃：科技交流．２００８，（１）．
［２］沈杰．地基基础设计手册［Ｍ］．上海：上海科学技术出版
社．１９９４．
［３］ＪＧＪ９４－９４建筑桩基技术规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版
杜．１９９５．
［４］ＪＧ．Ｉ１０６—２００３建筑基桩检测技术规范［Ｓ］．北京：中国建筑工
业出版社，２００３．
考虑负摩阻力因素的嵌岩桩基在实例工程中的应用与试验
作者：作者单位：
骆正荣， 裴修远， 洪油然
现代设计集团现代都市建筑设计院,上海 200041
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7084669.aspx
第３９卷增刊建筑结构２００９年４月
考虑负摩阻力因素的嵌岩桩基在实例
工程中的应用与试验
骆正荣，
裴修远，
洪油然
（现代设计集团现代都市建筑设计院，上海２０００４１）
［摘要】
本文结合实例Ｔ程的基础设计，总结了钻孔灌注嵌岩桩基在考虑欠固结土层负摩阻力影响下，按地质勘
察参数和规范要求计算的单桩承载力理论计算值，与桩基实际承载力可能存在的差别，提出通过破坏性试桩和设置桩身测力装置的方法，检测桩基的实际承载能力，并结合对检测结果的分析判别，确定欠固结土层对桩基的影响
参数。实际工程桩基设计时，选择合适的桩基承载力控制指标，在保证基础安全的前提下，能设计出结构合理、经
济性较好的桩基基础。
［关键词］嵌岩桩；欠固结土；负摩阻力；试验；工程应用
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄ
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆＲｏｃｋ・ｓｏｃｋｅｔｅｄＰｉｌｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ
ＮｅｇａｔｉｖｅＳｋｉｎＦｒｉｃｔｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｎＰｒａｃｔｉｃａｌＰｒｏｊｅｃｔｓ
ＬｕｏＺｈｅｎｇｒｏｎｇ，ＰｅｉＸｉｕｙｕａｎ，ＨｏｎｇＹｏｕｒａｎ
（ＸｉａｎｄａｉＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎＧｒｏｕｐＵＤＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ．Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００４１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ
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建筑结构基础是建筑物与地基土间的连接体，基础设计是结构荷载有效向地基土传递、保障结构使用安全的重要保证环节。随着现代高层建筑的大量涌现，桩基基础的运用越来越广泛，桩基的种类、形式也越来越多。尽管每个建筑场地都要进行详细的地质勘
方形，边长３６．４ｍ。裙房与主楼间设抗震变形缝断开。地下一层高５．３０ｍ。底层高５．５０ｍ，２—４层４．６０ｍ。主楼标准层高３．７０ｍ，４—５层间设置高２．２０ｍ的设备转换层。主楼为框架．核心筒结构，裙房为框架结构。地震设防烈度为７度，地震加速度０．１５９，Ⅲ类场地。按规范要求，本工程主楼框架、剪力墙抗震等级为二级，结构构造按一级抗震要求设计；裙房框架抗震等级为三级，结构构造按二级抗震要求设计。建筑裙房平面及标准层平面见网１、２，标准层结构平面见图３。
场地勘察报告：本场地在７度抗震设防时无液化；第
察工作，但地基土的复杂性、勘察工作量的限制，以及
后期土力学分析技术的局限性，往往无法完全真实地反映地基土的性能，给桩基设计初期桩型的选择、承载力的确定带来较大的困难。对于较复杂的场地，需要进行先期的桩基沉桩实验和承载力试验，以确定桩基方案的可行性。本文将结合镇江某酒店丁程的实例，介绍场地地基土存在欠固结土层、中等腐蚀性水土等不良地质条件下，嵌岩桩基的设计和试验。
１
④、⑤、⑥层ＯＣＲ＜１．０为欠固结土层；地下水和土层为受
工业污染，ＳＯ．一离子含量较高，对混凝土和钢筋有中等程
度的腐蚀性；第⑦层为强风化岩层，厚度变化较大；第⑧层
为中风化凝灰岩层。场地土层分布及力学性能如表ｌ。
２
工程概况
本工程位于镇江市的长江边，为五星级酒店，建筑
桩基选型
本工程主楼结构核心筒呈正方形，外边长１４．８０ｍ。
，．由２３层的主楼和４层的南北裙房组成，建筑南北向长１０５．４０ｍ，东西向宽４０．３０ｍ，主楼在裙房以上呈切角正
与周边框架柱中心间距１０．４０ｍ，核心简和框架柱下的
７３７
霹睽
黼
土；力学性能殛摹藏力特征值、桩基设计参敲
不刺。
霉●口珥圈耳匕
垃Ｌ土｝呵ｂ
Ｌ—Ｌ土Ｐ
翟彭
寰ｌ
荷载较大，标准值分别达到２８３９３０ｋＮ和２５９４０ｋＮ。桩基设计时必须考照布桩的可行性．国此．要求单桩承载力特征值不宜过小。
第＠、⑤、⑥土层均为咒固结土层．第⑦层ｍ下为岩石层．第⑥土层可作为持力层，但该层端阻力较小，单牲承载力特征值较小，校心筒下布桩不能满足桩阃歪的要求，框颦柱下布桩范围过大，对桩承台设计
７３８
第。层为强风化岩层，可ｕ作为桩摹持力层，但考虑欠同结土层对桩基设计的负摩阻力影响．其单桩承载力仍然偏小，同样无法满足布桩的要求。
根据勘察报告，本场地存在中等腐蚀性水土层，必须选用实心桩．宜优先选用预制方桩，其次为钻孔蔼注桩。坦考虑到岩层埋深较大（约５０Ｏｍ）．预制桩端人
岩很难，且长细比无法满足要求。
综合上述情况，决定选择钻孔灌注桩作为桩基的基本选型，第⑧层中风化岩层作为桩基持力层，人岩深度约为ｌ倍桩径，且不少于５００ｒａｍ。
３
桩基设计与试验
根据地质勘察报告，场地第④、⑤、⑥土层均为欠固结土层，实际上，在第④、⑤、⑥土层欠固结沉降压缩时，其上部第①、②、③土层也将随下部土层的压缩而
变形，因此，可以认为：桩基设计时，场地岩层以上的土层，都必须考虑欠同结土层在固结、沉降变形时对桩基设计的负摩阻力（下拉荷载）影响。
含有欠固结土层的地基，在基础设计时的处理方法较多。较浅的欠固结土，一般可采用如振冲挤密、强夯、水泥土搅拌、堆载预压等方法进行地基加固处理方式；较深的欠固结土，一般可采用常规桩基，并采取减少桩侧土负摩阻力的措施，如桩身涂抹沥青、设置土层隔离套管等¨１。本工程桩顶以下的欠固结土及其上部土层厚度达４０余米，如采取地基处理或减少负摩阻力的措施，施工工艺无法达到设计要求，经济性较差。
地基土体的同结一般有以下几个方面因素：１）欠固结软粘土或新填土在自重应力作用下的固结；２）场地大面积堆载使土层下沉固结；３）正常固结软粘土地区地下水位全面下降时，有效应力增加引起土层下沉；４）欠固结软粘土地区地下水位全面下降引起的土层沉降；５）上部结构附加荷载作用下，或桩基沉降变形时侧阻应力区影响下的欠固结土层下沉¨。。
本工程桩基设计为钻孔灌注嵌岩桩。除桩身少量压缩和桩端沉渣压缩外，可以认为桩体沉降变形较小，上部结构荷载对地基土的附加压力很小；设计场地标高和使用功能要求均无大面积填土和设备的堆载存在；地质勘察报告中提出“本场地地貌为长江漫滩类型”，此前３０余年为厂房用地，“场地及周边２ｋｉｎ范围未见滑坡、地面沉降、活动断裂等地质灾害和不良物理地质现象”，可见自重应力作用下产生固结的可能性也较小。因此，欠固结土层产生固结的可能，应主要表现在地下水（长江水）的涨落作用对其的影响。
参照地质勘察数据，选取不同直径的钻孑Ｌ灌注桩进行单桩承载力初步对比计算。经初步判断单桩承载力要求和布桩可行性，选取直径８００ｍｍ和１０００ｍｍ桩，按《建筑桩基技术规范》第５．２．１１条进行桩基承载力极限值的计算旧１。计算结果如表２。
Ｑ。ｋ＝口．ｋ＋Ｑ＾＋Ｑ。ｋ
其中，土层侧阻力极限值Ｑ．。＝１／，∑ｆ…ｑ．。Ｚ．，持力岩层侧
阻力极限值Ｑ。．＝蟛Ｚｏｈ，，持力岩层端阻力极限值Ｑ。。＝ｆＺ。Ａ，。
按《建筑桩基技术规范》第５．２．１６．１条计算“地下水位降低”时的桩侧负摩阻力标准值Ｑ。“
＾ｎＦ
“
Ｖｇ
２乞ｇ“
其中，各土层负摩阻力ｑ。。“＝ｆ。ｏｒ；７
盯。’２ｙｉ・：．
按《建筑桩基技术规范》第５．２．１５．１条、第５．２．１５．２条，取中性点深度ｌ。与桩周沉降变形土层下限深度ｆ０的比值为１．０，分别验算中性点以上负摩阻力为０时和负摩阻力为桩身下拉力时，“考虑桩侧负摩阻力对桩基承载力影响”的单桩承载力值，即：
ｙｏ，ｖ≤Ｒ
＇，。（Ⅳ＋１．２７Ｑ。”）≤１．６Ｒ
取重要性系数ｙ。＝１．０，Ｎ＝Ｒ，则验算满足１．２７Ｑ。“／Ｒ≤０．６即可。
综合布桩可行性、桩基及底板设计的经济性和施工周期等方面的比较，确定选取桩径８００ｒａｍ、Ｃ３５水下混凝土、桩端人中风化岩层不少于５００ｍｍ的钻孔灌注桩。因场地地质条件较为复杂，设计选取三处具有代表性勘察孔点附近共设计三根试验桩，进行非破坏性试验，验证理论计算的单桩承载力的有效性。设计桩长约４７．５—５０．０ｍ，单桩试验加载值不少于８０００ｋＮ。
从二根试桩结果看，当加载至８
０００、１０
０００ｋＮ时，
Ｑ—ｓ曲线平缓、光滑，无转折点；ｓ．１９ｔ曲线平直，间隙基本均衡；桩的沉降变形很小，回弹率较高。
设计认为：１）试验桩的“极限承载力”（并非为真实的极限承载力）及变形，未能真实地反映设计桩基的承载能力；２）岩层的承载力可能仅少量或根本未能发挥作用；３）根据地质勘察资料数据和规范理论公式计算的单桩承载力值偏小，采用计算结果进行桩基设计可能存在布桩量较多、承台较大而厚等经济性较差的结果。试桩结果如表３。
４
桩基的优化设计与试验
本Ｔ程在“必须考虑土层负摩阻力对桩基设计的
影响”时的计算中性点位置，是强风化岩层顶面处，即在桩身强度满足承载要求的前提下．岩层的有效承载能力大小才是工程桩真实承载力的关键。所以，需要通过必要的加载量和检测手段来准确检测岩层的承载能力。为此，决定对桩基进行破坏性试验，并采取设置桩身压力计的方法，检测桩身压力，同时推算各土层对桩身阻力以及“欠固结土层”对桩身负摩阻力影响的程度，以便较准确地确定单桩承载能力，达到优化桩基
设计、提高工程经济性的目的。
针对第一次试桩结果所反映的情况，设计提出重新布置三组破坏性试桩。
７３９
不同桩径、不同入岩深度的单桩承载力理论计算
中性点以上
桩径（ｍｍ）
＾，／ｄ
表２
１．２７Ｑ。“
设计值
特征值
承载力取值（ｋＮ）
负摩阻力标准值以。
桩身强度
ｆ．
“
Ｑ。ｋ（ｋＮ）为０时承载
力设计值厅
设计值（ｋＮ）与Ｒ的比值
桩端进人中风化岩层５００ｒａｍ
８００１ｏｏＯ
０．６２５０．５００
０．０３２５０．０２２５
０．４２８０．４５０
１０５５３１４９ｌＩ
３９９６６０７ｌ
ｌ８００
５０３４７８６６
Ｏ．５７０．４７
３９５０６０５０
３１６０
２２４０４８４０
桩端进人中风化王÷层８００ｍｍ
８００ｌ０００
ｌＯ．８
Ｏ．０４９５０．０３８７
０．３６００
３９６
ｌｌ
１６５
４３７９６３７５
ｌ８００
５０３４７８６６
０．５２０．４７
４３５０６３５０
３５４８００８０
１５９３８２２４０
第一批试桩结果
试桩号
ＳＺｉＳＺ３
表３
极限承载力（ｋＮ）
ｌＯ０００８ｏｏｏ
桩长（ｍ）眭径（ｍｍ）
５１．７０４９．７０
８００８００
第一级加载（ｋＮ）每级加载（ｋＮ）最大加载（ｋＮ）累计沉降（ｍｍ）累计同弹（ｍｍ）回弹率（％）
２Ｏｏｏ１６００
ｌ０００８００
ｌＯ
０００
１６．４６１４．１８
９．６３７．３ｌ
５８．５ｌ５１．５５
８０００
注：ＳＺ２因施工原冈末达到试桩条件。
４．１试桩加载量的控制
勘察报告表明，场地强风化岩与中风化岩间并没有绝对的界限，第一次试验桩成孑Ｌ施工也反映出较难控制桩端人岩深度，为此，第二次试桩设计将桩端入岩深度提高到不少于８００ｍｍ，以确保满足规范中桩端入岩深度的最小要求。
确定工程桩承载力的目标。考虑到全部桩基施工时对混凝土施工质量的控制，工程桩的水下混凝土强度等级仍按Ｃ３５设计，并以桩身混凝土强度设计值尺。＝０．７５ｆＡ。６３００ｋＮ作为单桩承载力设计值的控制目标，即中性点以上侧摩阻力为零时的单桩承载力极限值Ｑ。＝１．６Ｒｄ＝１００８０
ｋＮ。
别选取桩身对称的四根钢筋，截断后焊接测力计。４．３测试原理及计算方法”’
每一级加载，利用频率仪测得钢筋测力计的实测频率有效数据，通过率定系数换算成力，并计算成测力计截面处混凝土应变相等的钢筋应变量。
按同一截面处有效测点的应变量平均值，计算该断面桩身轴力
Ｑ。＝Ｅ。占．Ａ．＋Ｅ，ｓ，Ａ＾Ｐ
桩侧土的分层极限摩阻力ｑ，。和极限端阻力ｇ。
ｑ．．＝（口。一口。＋。）／ｕｌ。，ｑ。＝Ｑ。／，４。
式中：Ｅ．、Ｅ，为钢筋、混凝土的弹性模量，；．、；。为测量截面处钢筋、混凝土的应变量平均值，Ａ。、Ａ．，为测量截面处钢筋、桩身的截面积，ｕ为桩周长，１．为桩身第ｉ断面与第ｉ＋ｌ断面间桩长，Ａ。为桩端截面积。４．４试桩结果的研读
试桩结果如表４，试桩Ｑ—ｓ曲线、ｓ—ｌ掣曲线见图４～图９。
试桩报告的Ｑ—ｓ曲线、ｓ—ｌ舻曲线、各土层桩侧极限摩阻力和桩端阻力图表（略），以及试桩过程记录表明：
ＳＺＩ．１桩：在加载至１２０００ｋＮ时，桩身沉降突然加剧，深度２９．５ｍ处测力计全部失效；此时桩端截面测得的荷载仅６７．８８ｋＮ，表明桩端阻力极小，呈现摩擦桩的特征。试桩后的桩身完整性检测表明，桩身未破坏。分析桩破坏的原因：此桩成孔后歇置达６天，未及时浇注成桩，且浇注时孔底清淤未达到要求，桩端沉渣较厚，造成试桩未达到要求。
ＳＺＩ．２桩：在加载至１５０００ｋＮ时，桩头浅部ｆ｛｛现剪
试桩最小加载量的控制。计算中性点以上土层计算摩阻力Ｑ７。一３０００ｋＮ。考虑到勘察报告中土层理论侧摩阻力与实际存在一定的差别，试桩期间的土层侧摩阻力适当放大ｌＯ一２０％，取Ｑ．＋一４５００ｋＮ。即试桩最小加载量Ｑ…≥Ｑ。＋Ｑ｜ｌ土＊１５０００
ｋＮ。
试桩最大加载量的控制。Ｃ３５混凝土的桩身强度无法满足试桩加载量的要求，有必要提高试验桩身混凝土的强度等级。设计将混凝土强度等级提高至Ｃ４５，考虑土层侧向约束条件下混凝土承载能力提高的因素，控制最大加载量不超过桩身混凝土抗压强度标准值的１２０％，即最大加载量Ｑ…≤１．２０ｆｏ。Ａ。一１８０００４．２桩身测力计的设置‘４１
采用振弦钢筋测力计，并选择与之相匹配的频率仪。要求：频率仪的可测频率范围应大于桩在最大加载时的频率的１．２倍；频率仪的分辨率应优于或等于ｌＨｚ。必须根据勘测剖面土层分布情况，在各土层分界面处分
ｋＮ。
７４０
ｏ＝！
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图４
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ＳＺＩ．１＃桩Ｑ一５曲线
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图５
ｋ＿【＝：：
ｋＮ
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０（ｋＮ）
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ＳＺＩ－Ｉ＃桩ｓ—ｌｇ￡曲线
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图６ＳＺＩ・２＃桩Ｑ一５曲线
ｋＮｋＮ
虬∞
＂¨＂∞∞∞
＿｜…。。
图７ＳＺＩ－２＃桩５．１酽曲线图８ＳＺＩ－３＃桩Ｑ・５曲线图９ＳＺＩ．３＃桩ｓ－ｌｇｆ曲线
切破坏，各处测力计基本正常，试桩达到最小控制加载要求；此时桩端截面测得的荷载为７３２７．８５ｋＮ，表明桩端阻力仅部分发挥而未达到极限状态。分析桩破坏的原因：桩头浅部为回填土，且未加强箍筋或设置钢板护筒，造成桩头先行破坏而不能继续加载。
ＳＺｌ—３桩：在加载至１８０００ｋＮ时，桩头浅部出现剪切破坏，各处测力计基本正常，试桩达到最大控制加载要求；此时桩端截面测得的荷载为１４６０９．６ｋＮ，表明桩端阻力可能未达到极限状态，但已基本反映岩层承载能力。分析桩破坏的原因：桩头浅部为回填土及设备管沟，虽加强桩头箍筋，但未设置钢板护筒，造成桩头先行破坏。
试桩结果表明：ＳＺＩ－ｌ桩试验因施工特殊原因未达到设计要求，不能作为工程桩基设计依据。ＳＺｌ－２、３桩
基本达到试桩要求，可以综合其反映的承载能力，作为桩基设计依据。
欠固结土层判别的调整：考虑到土工实验和地基土实际情况的差别，根据试桩检测数据，地质勘察单位对原《地质勘察报告》中提出的欠固结土层参数作出
修正，即：场地仅第④层为欠固结土层，第⑤、⑥层为正
常土层。
４．５
调整单桩承载力
勘察调整欠固结土层后，根据原《地质勘察报告》
中相关参数，并结合试桩检测的岩层承载力值，重新计算并确定单桩承载力设计值和特征值。
按桩径Ｄ＝８００，入岩深度８００ｍｍ，取ＳＺｌ－２、３检测的桩端岩层承载力平均值为桩端承载力极限值（包括嵌岩层侧阻力）。如表５。
表４
第二批试桩结果
试桩号
ＳＺｌ．１鼻ＳＺ卜２舟ＳＺｌ．３＃
桩长（ｍ）桩径（ｍｉｌｌ）
４９．５０
８００
第一级加载（ｋＮ）每级加载（ｋＮ）最大加载（ｋＮ）累计沉降（ｍｍ）累计回弹（ｍｍ）回弹率（％）极限承载力（ｋＮ）
３０００
１５００１５００
１２０００１５０００
１１８．８０
１０．１６
８．６
１０５００
４９．２０４９．８０
８００８００
３０００３０００
８８．３６８２．２２
８．５５１４．６９
９．７１７．９
１３５００１７０００
１５００‘１８０００
・ＳＺＩ一３＃加载至１５０００ｋＮ后改为每级１０００ｋＮ。
桩径Ｄ＝８００ｒａｍ入岩８００ｒａｍ的单桩承载力调整计算
中性点以上
负摩阻力
桩身强度
表５
承载力取值
Ｉ．２７Ｑ６“
桩径（ｒａｍ）＾，／ｄｆ．
“
Ｑ。ｋ（ｋＮ）为０时承载
力设计值尺
８００
ｌ
０．０４９５
０．３６０
１５１１８
７３２０
标准值Ｑ。“设计值（ｋＮ）与Ｒ的比值设计值（ｋＮ）特征值（ｋＮ）
９ｌＯ
５０３４
０．１６
５０３０
４０２０
７４ｌ
设计选取桩身混凝土抗压承载力设计值的７５％作为单桩承载力的控制指标。５。，即Ｒ。＝５０３０ｋＮ。４．６优化设计后的桩基经济性比较
按照《地质勘察报告》计算的单桩承载力设计值为４３５０ｋＮ，通过一系列的桩基试验后的单桩承载力设计值为５０３０ｋＮ，提高ｒ１５．６％，本工程共减少布桩数７２根；同时，因为布桩量的减少，相应减少了底板的厚度，获得了较好的经济效益。
５
结语
（１）对存在欠固结土层的场地，桩基设计特别是
嵌岩桩基的设计，除计算必须考虑负摩阻力对桩基产生下拉荷载的影响外，需要采取特殊的检测手段进行真实性的检验。采用设置桩身测力计的破坏性试桩方法，通过检测数据推断桩侧土层的固结程度，试桩结果作为工程设计的依据性文件，避免单一根据理论计算值进行设计而造成浪费。
（２）破坏性试桩没计应充分考虑到桩基材料在不同Ｔ作环境下的受力性能，提出试桩加载的目标控制值和最大加载控制值，避免试桩不能达到设计目的。破坏性试桩的加载量较大时，应尽量保证桩身不会提前破坏。试桩桩身的上部一定深度范围（约３—５ｍ）土
７４２
体对桩侧环向约束较小，设计应在此长度范围设置加强钢板箍，防止在大荷载作用下产生桩头剪切破坏。
（３）设置桩身测力计，必须结合地质勘察报告中土层剖面和成孔施１＝所揭示的各岩土层深度，准确布设测力计；确保测力计与钢筋的有效连接、输出线路的畅通，保障检测结果的真实有效。
（４）地基饱和粘性土层在失水的情况下，通常都存在欠固结土层的物理特性。地质勘察报告中对欠固结土层的判别，一般是通过土工试验的固结系数ＯＣＲ值和当地工程经验等确定，试验室结果和经验难免与地基土的真实情况存在差别。地质勘察报告应对欠固结土层有准确的判别依据和试验数据描述，减少设计误差。
参
考
文
献
［１］
包宗林、桥梁桩基负摩阻力的分析计算及消减方法［Ｅ］．甘肃：科技交流．２００８，（１）．
［２］沈杰．地基基础设计手册［Ｍ］．上海：上海科学技术出版
社．１９９４．
［３］ＪＧＪ９４－９４建筑桩基技术规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版
杜．１９９５．
［４］ＪＧ．Ｉ１０６—２００３建筑基桩检测技术规范［Ｓ］．北京：中国建筑工
业出版社，２００３．
考虑负摩阻力因素的嵌岩桩基在实例工程中的应用与试验
作者：作者单位：
骆正荣， 裴修远， 洪油然
现代设计集团现代都市建筑设计院,上海 200041
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