浅谈提高钻孔灌注桩单桩竖向承载力的措施

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。