某桥钻孔灌注桩承载力偏低的原因分析及处理方法

综　合　某桥钻孔灌注桩承载力偏低　的原因分析及处理方法　黄继余　南京东部路桥工程总公司江苏２１００４２　【摘要】结合某大桥钻孔桩的施工工艺、勘测报告、静载试验、高应变试验以及取芯检验等资料，　分析了钻孔桩承栽力偏低的原因，并提出了处理方法。　关键词：钻孔灌注桩承载力原因处理方法　１概述　～一５５ｍ左右，是本桥基础的持力层。根据勘测　浙江省北部某公路大桥，桥址位于长三角冲　资料，下伏基岩为凝灰岩，其顶面高程在一８０ｍ以　下。大桥基础采用１．２ｍ和１．５ｍ钻孔桩，桩长　６０～７０ｍ之间。　积平原区，为第四系全新统及长三角冲积层，基　岩深埋。主河道区覆盖层主要有三层：上层为淤　泥及淤泥质粘土，厚约３０￣３５ｍ；中层为粘土，局　部有细ｔｅＡ，－，流塑、软流塑状，厚约２０ｍ；下层为圆　砾土，中密～密实、饱和，卵砾石的砾径１～８　ｃｍ，　厚度一般大于２０ｍ，该层顶高程一般在一５０ｍ　２桩基础设计　桩基础主要设计参数的选用，是按照本桥工　程地质详勘报告资料、桩周土的极限摩阻力ｒ．及　桩底地基容许承载力　】取值，见表１。　表１　桩周土的ｒ　及　值（ｋＰａ）　地基＿－ｋ层　淤泥质粘土、淤泥质亚粘土，流塑（ｒ。）　粘土、软塑（ｒ．）　圆砾土、中密～密实状，饱和（ｒ　）　圆砾土（Ｏｒ＂。）　地质详勘报告　《公规》建议值　设计取值　２０～２５　３５～４０　１６０　６００　２０～３０　３Ｏ～５Ｏ　１２０～１８０　４００～８００　２０　４Ｏ　１５０　０　注：《公规》为《公路桥涵地基与基础设计规范》（ＪＴＪ０２４．８５），下同。　桩基础的桩径、桩数、桩长，即按上述的设计　直径为１．５ｍ的钻孔桩做静载试验，对本工程更　具有代表性和指导意义。　３试验情况　３．１静载试验　参数经计算后确定。直径１．２ｍ钻孔桩，共计　７６２ｍ，单桩长在７０ｍ左右，满足结构受力的要　求。直径１．５ｍ钻孔桩，共计５５０６ｍ，单桩长在　６５￣７０ｍ之间，满足结构受力的要求。　建设单位和设计单位根据本桥工程的重要　静载试验分别在东西两岸各做１根试桩，试　桩的桩径与ｑ－程桩相同，均为１．５ｍ，采用４根ｑ－　性，在施工前提出须在东西两岸正桥与引桥交接　处进行静载试验，以验证各土层的桩周土的极限　摩阻力ｒ　和桩尖土的极限承载力　。。显然，选择　程桩作为锚桩，其桩距、桩长按有关规范的要求　执行。极限承载力试验结果见表２，极限摩阻力试　验结果见表３。　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＮＡＮＪＩＮＧ　Ｍ　～／ＣＰ　ＷＯＲＫＳ　Ｎ０．　．　旦．　Ｑ　静载试验结果　桩位　桩径ｍ　东　西　桩长ｍ　表２　充盈　桩顶最大　相应沉降　极限摩　桩尖反力　极限承载力ｋＮ　系数　荷载ｋＮ　ｍｍ　４２．７９　３８．２６　阻力ｋＮ　８６２３　７６２０　ｋＮ　１０１２　６４２　设计　９８００　１１１００　实ｉ贝０　９７７５　８２６２　１．５　５４．５０（人砾土２．８ｍ）　１．０５２　１０７４０　１．５　５７．１　Ｏ（人砾土６．２ｍ）　１．０６６　９８１０　淤泥及淤泥质粘土　桩位　东　西　粘土　圆砾土　试验值　２０－３　１８．１　设计值　２０　２０　试验值　４７．３　４３　设计值　４０　４０　试验值　４９．０　２８．２　设计值　１５０　１５０　东西岸由分别由２个施工单位各自施ｒ，施　限摩阻力出现很大差异，仅为《公路桥涵地基与　基础设计规范》规定采用值的１／５～１／３，从而造　成极限承载力不足。　３．２高应变试验　工工艺不完全相同。由表２明显可以看出，东岸　试桩极限承载力基本与设计相同，但西岸试桩极　限承载力与设计相比相差太远，另外东西岸试验　结果有显著的差别，东试桩人圆砾土比西试桩还　短３．４ｍ，但试验结果却表明桩端支承力多　３７０ｋＮ，极限承载力亦提高１５１３ｋＮ（９７７５　ｋＮ一　８２６２　ｋＮ），可见西岸试桩的承载力显得过小。　由表３明显看出，主要是圆砾土的桩周土极　为了进一步了解其余已成工程桩的极限承　载力，对两岸的部分工程桩和静载试验的２根试　桩进行了高应变试验，本次共进行了２根试桩和　８根工程桩的现场测试，其试验结果见表４。　表中的东试桩，静载试验值为９７７５ｋＮ，动测　表４　动测ｉ－，ｔ验结果　桩名　桩长　人圆砾土　ｍ　深度ｍ　１２．７　极限侧摩　阻力ｋＮ　１０１２４　极限桩尖承　载力ｋＮ　２３２６　极限承　载力ｋＮ　１２４５０　波速　ｍ／Ｓ　４０５０　桩身完整性　完整　工程桩１　６６．１９　工程桩２　６６．４３　工程桩３　６５．９８　１２．２　１２．０　１０３７９　８５７７　１９０４　２４９５　１２２８３　１１０７２　３９４４　基本完整　３４５０　３５．６ｍ处缩径　工程桩４　６５．７０　１２．６　１０８７６　２０５９　１２９３５　４１０８　完整　东试桩　５４．５０　西试桩　５７．１０　工程桩５　６６．０８　＿Ｉ　程桩６　６５．８５　工程桩７　６５．７９　２．８　６．２　１２．５　１２．２　１２．４　７８３９　８５１３　１０２４５　１０１５１　９８１２　１９０１　２０８２　９７４０　１０５９５　３６８６　３８１７　基本完整　基本完整　２１２０　１１３１４　３７４３　基本完整　黄继余　某桥钻孔灌注桩承载力偏低的原因分析及处理方法　１９０１　１７３４　１２０５２　１１５４６　３６９４　３５８０　基本完整　桩端缩径　工程桩８　６６．１１　１２．５　９９００　２３８１　１２２８１　３９６２　完整　为９７４０ｋＮ，两者较为接近；西试桩静载试验值为　８２６２ｋＮ，但该试桩在试桩达到极限荷载后，又继　续加载使桩又沉降了１７ｃｍ，故在此基础上动测　的单桩极限承载力为１　０５９５ｋＮ。　针对１０根桩的高应变试验结果，桩的极限　采用泥浆护壁技术在钻孑Ｌ桩施工中是最基　本的和最常用的，所以桩的周围必然会存在泥　皮。《公路桥涵施工技术规范》（ＪＴＪ０４１—２０００）要　求，泥皮厚度为２～３ｍｍ。大多数静荷载试验表明　在此情况下均能满足设计提出的承载力。　据参考文献及其类比，某项目工程曾经在地　质条件、桩径、桩长、设计要求的承载力与本工程　基本相同的情况下进行５根桩的静荷载试验，由　于几家施工队伍采用的施工工艺不一，结果产生　承载力虽然比计算值低，但还能满足设计要求的　安全系数。　４承载力偏低的原因分析　４．１泥皮的影响　２００６年第２期　维普资讯 http://www.cqvip.com

黄继余　某桥钻孔灌注桩承载力偏低的原因分析及处理方法　综　合　了完全不同的极限承载力。究其原因，开挖后发　现系泥皮厚度的差异所致，见表５。　各桩的承载力与泥皮厚度　试桩编号　泥皮厚度／ａｍ　ｒ１　２　４～６　１２～１５　４５００　１０００　４．３沉渣过厚对圆砾土层的桩周土极限摩阻　力的影响　表５　从摩擦桩的受力机理上分析，桩底处的桩侧　极限承载力／ｋＮ　摩阻力和桩底支承力是一个有机的整体。按施工　的正常情况，桩底处会有少量的沉渣，该沉渣在　水下混凝土的灌注过程中，由于混凝土下泄时有　一３　４　５　５，～７　１，～２　９～１　１　４２４Ｏ　６８００　２２００　股很大的冲击力，大部分沉渣已经浮至混凝土　顶面，而一部分已挤到边角处，形成｝昆凝土和泥　浆的混合物，该部分基本上填充较实，不会形成　软弱层，这对桩侧和桩底都形成较牢固的结合　从表５可以看出，泥皮薄比泥皮厚的桩，其　极限承载力相差６．８倍。该批桩设计要求的容许　承载力为２５００ｋＮ，假若泥皮厚度在４～７ｍｍ之　间，虽然与施工规范要求的２～３ｍｎ１厚尚有相当　差距，但其极限承载力仍可满足设计承载力要　体，将使得桩侧和桩底的承载力得以发挥。而当　桩底沉渣过厚，混凝土下泄时未能将沉渣冲出上　浮，而大部分仍留在桩底形成一个软弱层，这将　影响桩侧和桩底的承载力的发挥，即使持力层是　承载力强的地基，也不能发挥应有的摩阻力。所　求。而当泥皮厚度超过太多时，单桩的极限承载　力就会急速下降。　本桥桩基地层为第四系全新统及长　角冲　积层，中间夹有厚层粘土，施工机具大部分为正　以．试桩的圆砾土层桩周土极限摩阻力与《公　规》和实际勘测报告的数值有相当差距（见表１、　表３），这与沉渣过厚而引起桩端处桩周土极限摩　阻力的发挥是有很大关系。　循环的旋转钻机，因此用于施工的泥浆为自造　浆，只需在施工中加入适量的施工用水，边钻边　造泥浆，但对泥浆的各项指标未能进行有效的控　制，普遍存在泥浆过浓的情况。高应变试验报告　４．４桩身质量缺陷对桩基础的承载力影响　静载试验和高应变试验表明，部分实际承载　力达不到计算承载力，桩的有效面积为设计桩身　截面的８４０／０￣９５０／０，所测的声波一维波速大多在　中明确指出“泥浆浓度过大，形成桩周泥皮较大，　侧摩阻力减少”。　３５００ｍ／ｓ左右，整桩的混凝土强度只能基本满足混　凝土设计要求（Ｉ类和ＩＩ类桩之间）。因此，桩的　通过以上分析，说明该桥钻孔桩泥皮过厚是　导致钻孔桩极限承载力降低的主要原因之一。　４．２桩底沉渣的影响　质量缺陷会对钻孔桩的承载力产生不良的影响。　５桩基础的设计处理方法　由于静载试验结果给出的桩周土的极限摩　阻力与《公规》推荐值相比有差异。尤其是圆砾　土的极限摩阻力差距很大。为此，综合考虑基桩　高应变试验结果和当地钻孔桩类似地基土的极　限摩阻力取值，采取如下处理方法：　（１）对桩底处的圆砾土层的极限摩阻力按　本桥桩为摩擦桩，对桩底的沉渣厚度提出了　不高的要求。即：沉渣厚度控制在０．３ｄ（ｄ为桩径），　对于１．５ｍ的桩，沉渣厚度不能大于０．４５ｍ。为了　解沉渣厚度情况，在２根试桩完成后，分别进行　了桩身钻孔取芯，在东试桩尖处取出０．５５ｍ的粘　土，在西试桩尖处取出０．７８ｍ的粘土。实际上该　地层应该是圆砾土，说明桩底沉渣厚度已超出设　计要求。西试桩在小于设计要求的极限荷载的情　况下轻易地压入了０．１７ｍ，从而可以粗略地估计　实际沉渣厚度为：０．７８ｍ（孔底粘土）＋Ｏ．１７ｍ（试　照《公规》推荐的最小值进行了调整；　（２）对其余已完工钻孔桩进行高应变检测，　达不到设计安全系数的，应进行补强处理，可沿　桥的横向增加１根桩，桩长、桩径按计算所得进　行施工；　桩压入的沉降量）十０．０３８ｍ（极限荷载时的沉降　量）：０．９８８ｍ。对摩擦桩而言，桩端支承力和桩的　（３）因为所有经检测的桩均达不到设计计　算承载力，为满足结构安全，对全桥未施工的基　桩均进行增加桩长的处理；　（４）在允许的条件下，对上部结构进行优化　侧摩阻力的比值一般在１０％～２０％左右。本工程　中．设计的桩端支承力约占基桩承载力的２０％，　而试桩结果表明桩端支承力远未达到设计要求，　这从另一个侧面说明，桩底沉渣过厚，使得桩端　支承力未能充分发挥。　处理，减轻重量，提高安全系数。　（下转第４７页）　２００６年第２期　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＮＡＮＪ｜ＮＧ　ＭＵＮ｜ｃＰＡＬ　ＷｏＲＫＳ　ＮＯ２．ＡＰＲ．２Ｑｏ６　取代水泥或其它材料，而更多地是从工程对混凝　土的性能要求方面去设计配合比。这样配制出来　的混凝土，粉煤灰的作用能够充分地发挥出来，　降低或反而提高。　由于粉煤灰比水泥对水灰比更敏感，在路面　混凝土中复合使用粉煤灰和引气剂，可以利用引　气作用、增大胶结料用量和优质粉煤灰的减水作　当然，要达到这种效果有许多前提，包括粉煤灰　的质量及其稳定性、配合比设计的合理、混凝土　用，把水灰比尽量压低，使粉煤灰对混凝土早期　强度的贡献充分发挥。同时，两者均能使混凝土　粘聚性改善、泌水离析显著减小，这对于提高路　面板的整体匀质性、抗冲击、耐疲劳性能和面层　的耐磨耗性能，显然有着重要的改善作用。　从后期强度增长的角度看，掺粉煤灰混凝土　比不掺的要好，尤其是高气温季节与地区和采用　早强水泥的时候，这种差别更为突出，这十分适　合道路的交通量随时间不断增大，要求路面板的　强度和耐磨耗性能逐渐增长的特点。　６结论　养护的温度湿度等。但另外还有一个非常重要的　影响因素，这就是混凝土应采用尽量小的水灰　比。现代水泥混凝土技术中的辅助胶凝材料，包　括粉煤灰、矿渣、硅粉以及沸石、页岩灰等，在用　于制备高性能混凝土（具有高工作度、高强度与　高耐久性）的时候，通常有胶结料用量较大、水灰　比较低的特点。反过来说，掺粉煤灰路面混凝土　的水灰比如果能尽量降低，它也可以取得显著的　效果。　５粉煤灰路面混凝土的性能　路面混凝土与普通混凝土有很大差别。首　综上所述，采用水泥用量不高、粉煤灰和＃１－　加剂（高效减水剂、普通减水剂、引气型外加剂）　掺量较大，以适宜的配合比制备早期强度较高、　后期强度发展幅度大（耐磨性能随强度的发展能　明显增长）、收缩小、渗透性很低（因而抗冻融与　先，混凝土路面板要承受弯拉应力并以混凝土抗　折强度为施工与验收指标，而且国内的路面板均　不配筋；其次，混凝土路面板的暴露面积大，对其　表面有很高的耐磨耗性能要求；再者，由道路的　施工、使用特点所决定：路面板常常要在浇筑后　较长时间才承受荷载，它所受磨耗作用，是逐渐　地由浅向深、由上向下发展的。　抗腐蚀性能优异）的混凝土，近年来在国际上受　到广泛重视，被称为高性能混凝土，代表着今后　水泥混凝土路面材料发展的一种方向。因为它不　路面混凝土可以掺人引气型外加剂，通过引　气作用降低水灰比。英国大掺量粉煤灰混凝土道　仅使用性能优异，可以随着道路交通量的逐渐增　大而增长，益于延长道路的使用寿命，而且造价　可以降低，又有着节约能源（因为生产水泥耗能　路的铺筑中，正是“因为掺用了新型的外加剂，解　决了引气作用”（因为大掺量粉煤灰条件下，通　常混凝土引气困难，且不容易稳定）而得到成功。　当然，由于引气作用增大了混凝土的含气量，抗　压强度通常会随其增大而降低（在贫混凝土或一　些特殊情况下则另一样）。但是引气作用形成了　大量微小、形状较规则的气泡，堵塞了混凝土中　的毛细孔，起减小泌水与离析作用；同时，在硬化　后的混凝土中，由于引气剂的表面活性作用形成　很大）、保护环境等多方面的优越性。　参考文献　［１］禹建林．粉煤灰对混凝土后期强度的贡献．混凝土　与水泥制品，１９９４（４）．　［２］唐建红，张小虎．粉煤灰混凝土的性能和配比．山　［３］甘尼希，巴布．粉煤灰混凝土早期强度性能．水利　水电快报，１９９４（２２）　沈兵柳芒英罗光华　浅谈粉煤灰混凝土及其路面应用　西建材，１９９４（１２）．　的气孔有利于减小局部应力集中的薄弱点。因　此，在抗压强度降低的同时，混凝土抗折强度不　［４］李树贵，倪天甲．浅谈粉煤灰在建筑砂浆和混凝土　的应用．河北建筑工程学院学报，１９９４（３）．　（上接第５０页）　６结束语　确保施工规程的要求（泥皮厚度为２￣３ｍｒｎ），应采　取有效的措施，防止产ｆ４＝承载力过低的情况。－　（１）按照《公规》钻孔桩桩周土的极限摩阻力　取值，对本桥而言有较大的差值，另外施工工艺、施　工机具、清孔的手段对钻孔桩承载力影响明显。　（３）桩底沉渣过厚将显著降低桩端的支承　力，所以在施工中必须严格控制桩底沉渣厚度。　（４）对基桩承载力偏低的实际情况，可以采　（２）桩周泥皮厚度对桩侧摩阻力的影响很大，　过厚的泥皮将影响基桩承载力的充分发挥，如不能　用增加桩数、加大桩长和减轻结构自重等办法，　以保证基桩有足够的安全系数。　２００６年第２期