论文部分内容阅读
摘要：本文分析影响钻孔灌注桩竖向承载力的因素，即从桩的几何特征、桩侧土的性质与土层分布、桩端持力层的强度和变形性质等几方面分析影响因素。针对各个影响因素，逐一提出相对应的解决措施。
关键词：钻孔灌注桩；单桩竖向承载力；影响因素；提高方法
中图分类号： U443 文献标识码： A
1 引言
近年来建筑技术发展迅速，建筑物更趋向于高层化，高层建筑基础施工中，由于钻孔灌注桩承载力大，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得到越来越广泛的应用。但由于受到施工工艺的限制，成桩过程隐蔽，导致了较多的因素影响钻孔灌注桩承载力。提高单位体积桩身混凝土的承载力，减少布桩数量，能够降低工程造价。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
2.1钻孔灌注桩按承载性状分类的确定
依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008按钻孔灌注桩承载性质将其分为摩擦型桩和端承型桩。其中摩擦型桩又分为摩擦桩和端承摩擦桩：
摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受；
端承摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受的。
端承型桩又分为端承桩和摩擦端承桩；
端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力承受的，桩侧阻力小到可忽略不计；
摩擦端承桩：在极限承载力状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受。
2.2钻孔灌注桩单桩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。
2.2.1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樁身的分布，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。
2.2.2桩端土的性质
桩端持力层的类别与性质直接影响桩端阻力的大小和沉降量。低压缩性、高强度的砂、砾、岩层是理想的具有高端阻力的持力层。高压缩性、低强度的软土几乎不能提供桩端阻力，并会导致桩发生突进破坏，桩的沉降的时间效应显著增加。
2.2.3桩底沉渣的影响
在进行钻孔的过程当中，由于孔底应力的释放，或者机械的震动，使孔底不可避免的存在沉渣，由此造成的“软垫效应”对桩端助力具有很大的影响，沉渣的存在不仅降低桩端助力，同时也降低桩身下部桩侧土层的摩阻力。
2.2.4桩身的材料强度
当桩端持力层承载力很高时（如砂卵石、基岩等），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，以提高单桩承载力非常重要。
2.2.5泥浆壁对桩承载力的影响
钻孔灌注桩在成孔的过程中，孔壁由于泥浆的浸泡，不仅改变了原有土层的物理力学性质，成桩后，会在桩身和桩周土之间存在一层软弱的泥皮，桩身与桩周土不能充分的接触，从而大大的降低了桩侧摩阻力。
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
在桩侧阻力不足的情况下，设计开发了凹凸桩或竹节桩、多分支承力盘混凝土承载桩、获国家专利的多翼基础增强混凝土摩擦承载桩和挤压分支钻孔灌注桩等。
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，采用扩底方式是一种简便有效的途径和措施。这种桩是已成桩孔基础上采用扩底钻头扩底，增大桩的承压面积，可提高承载力数倍。
3.1.3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。但嵌岩深度的确定要综合考虑桩的长径比、上覆土层性质、 基岩性质和成桩工艺。当桩在上覆土层中的承载力小于要求的承载力时才设计成嵌岩桩，并按承载力大小选择嵌岩深度。
3.2施工措施
3.2.1保证桩身材料强度
（1）保证混凝土质量，使其达到要求的强度等级。由于混凝土强度不足会直接影响桩的承载力，因此混凝土强度要按《混凝土强度评定标准（GBJ107-87）》评定。针对上部混凝土强度的特点，在灌注到最后5m左右时，采用提高一个强度等级的混凝土灌注是简便有效的措施。
（2）保证钢筋质量及其焊接质量。严格按施工规范规定验收与检查钢筋质材及其焊接质量，不符合要求的严禁使用。
（3）混凝土中加入掺和料，提高桩的承载力。利用掺和料的膨胀性，将其加到混凝土中制作膨胀钻孔灌注桩，改善了混凝土的物理力学性质，提高了桩身强度，提高了桩身强度，间接提高了桩的承载力。
3.2.2保证清孔质量
通过循环介质携带出孔底沉渣使之符合规范要求的全过程称为清孔或清底。沉渣厚度为桩孔实际深度与沉渣虚土表面到孔口孔深基准面的深度差。《建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）》规定的沉渣厚度为：端承桩＜50mm，端承摩擦桩/摩擦端承桩＜100mm，摩擦桩＜300mm。
3.2.3采用无循环旋挖法成孔
无循环旋挖法是目前国际国内比较先进的施工工艺。这种方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。
无循环旋挖法不仅适用于一般地层成孔，而且在较厚的大卵石层及风化岩层中也会取得效率高、质量好的效果。
3.2.4保证桩端持力层/嵌岩深度
由于一般工程不能每根桩都布工程勘察孔，当地层变化大、工程勘察资料又不准确时，仅按设计桩长停钻，往往不能保证桩端进入持力层，必须根据取芯、返出的岩土层、钻速变化、泥浆颜色、邻近桩孔基岩顶面及标高等值线图等方法综合确定停钻。尤其对以夹于软层间较硬的岩土层作持力层时，更需慎重。
4结束语
钻孔灌注桩的单桩竖向承载力是桩基础设计中首先需要确定的基本问题。提高钻孔灌注桩单桩承载力，确保达到设计要求，是每一个岩土工程师的任务。提高钻孔灌注桩单桩承载力的措施有很多，但长期以来却主要是靠设计人员加大桩径、桩长的措施予以解决，势必浪费大量的人力、物力和财力。因此，研究提高钻孔灌注桩单桩承载力的新方法，将会有显著的经济效益。
参考文献
[1]高大钊.深基坑工程[M].机械工业出版社.2003
[2]工程地质手册[M].中国建筑工业出版社.2008
[3]雷伟.土力学[M]. 吉林科学技术出版社. 2004
[4]混凝土结构设计规范[S].中国建筑工业出版社.2002
[5]黄卫华.钻孔灌注桩施工监理[J].施工技术,2006,(01):45-46.
[6]宋云财.钻孔灌注桩施工中质量的缺陷的预防与处理[J].土工基础,2006,(08):33-34
[7]高宗民.提高钻孔灌注桩单桩承载力的措施[J].基础工程设计,2008,(03):71-75
[8]岩土工程基本术语标准 （GB/T50279—98）
关键词：钻孔灌注桩；单桩竖向承载力；影响因素；提高方法
中图分类号： U443 文献标识码： A
1 引言
近年来建筑技术发展迅速，建筑物更趋向于高层化，高层建筑基础施工中，由于钻孔灌注桩承载力大，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得到越来越广泛的应用。但由于受到施工工艺的限制，成桩过程隐蔽，导致了较多的因素影响钻孔灌注桩承载力。提高单位体积桩身混凝土的承载力，减少布桩数量，能够降低工程造价。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
2.1钻孔灌注桩按承载性状分类的确定
依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008按钻孔灌注桩承载性质将其分为摩擦型桩和端承型桩。其中摩擦型桩又分为摩擦桩和端承摩擦桩：
摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶竖向荷载由桩侧阻力承受；
端承摩擦桩：在极限承载力状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受的。
端承型桩又分为端承桩和摩擦端承桩；
端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力承受的，桩侧阻力小到可忽略不计；
摩擦端承桩：在极限承载力状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受。
2.2钻孔灌注桩单桩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。
2.2.1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樁身的分布，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。
2.2.2桩端土的性质
桩端持力层的类别与性质直接影响桩端阻力的大小和沉降量。低压缩性、高强度的砂、砾、岩层是理想的具有高端阻力的持力层。高压缩性、低强度的软土几乎不能提供桩端阻力，并会导致桩发生突进破坏，桩的沉降的时间效应显著增加。
2.2.3桩底沉渣的影响
在进行钻孔的过程当中，由于孔底应力的释放，或者机械的震动，使孔底不可避免的存在沉渣，由此造成的“软垫效应”对桩端助力具有很大的影响，沉渣的存在不仅降低桩端助力，同时也降低桩身下部桩侧土层的摩阻力。
2.2.4桩身的材料强度
当桩端持力层承载力很高时（如砂卵石、基岩等），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，以提高单桩承载力非常重要。
2.2.5泥浆壁对桩承载力的影响
钻孔灌注桩在成孔的过程中，孔壁由于泥浆的浸泡，不仅改变了原有土层的物理力学性质，成桩后，会在桩身和桩周土之间存在一层软弱的泥皮，桩身与桩周土不能充分的接触，从而大大的降低了桩侧摩阻力。
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
在桩侧阻力不足的情况下，设计开发了凹凸桩或竹节桩、多分支承力盘混凝土承载桩、获国家专利的多翼基础增强混凝土摩擦承载桩和挤压分支钻孔灌注桩等。
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，采用扩底方式是一种简便有效的途径和措施。这种桩是已成桩孔基础上采用扩底钻头扩底，增大桩的承压面积，可提高承载力数倍。
3.1.3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。但嵌岩深度的确定要综合考虑桩的长径比、上覆土层性质、 基岩性质和成桩工艺。当桩在上覆土层中的承载力小于要求的承载力时才设计成嵌岩桩，并按承载力大小选择嵌岩深度。
3.2施工措施
3.2.1保证桩身材料强度
（1）保证混凝土质量，使其达到要求的强度等级。由于混凝土强度不足会直接影响桩的承载力，因此混凝土强度要按《混凝土强度评定标准（GBJ107-87）》评定。针对上部混凝土强度的特点，在灌注到最后5m左右时，采用提高一个强度等级的混凝土灌注是简便有效的措施。
（2）保证钢筋质量及其焊接质量。严格按施工规范规定验收与检查钢筋质材及其焊接质量，不符合要求的严禁使用。
（3）混凝土中加入掺和料，提高桩的承载力。利用掺和料的膨胀性，将其加到混凝土中制作膨胀钻孔灌注桩，改善了混凝土的物理力学性质，提高了桩身强度，提高了桩身强度，间接提高了桩的承载力。
3.2.2保证清孔质量
通过循环介质携带出孔底沉渣使之符合规范要求的全过程称为清孔或清底。沉渣厚度为桩孔实际深度与沉渣虚土表面到孔口孔深基准面的深度差。《建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）》规定的沉渣厚度为：端承桩＜50mm，端承摩擦桩/摩擦端承桩＜100mm，摩擦桩＜300mm。
3.2.3采用无循环旋挖法成孔
无循环旋挖法是目前国际国内比较先进的施工工艺。这种方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。
无循环旋挖法不仅适用于一般地层成孔，而且在较厚的大卵石层及风化岩层中也会取得效率高、质量好的效果。
3.2.4保证桩端持力层/嵌岩深度
由于一般工程不能每根桩都布工程勘察孔，当地层变化大、工程勘察资料又不准确时，仅按设计桩长停钻，往往不能保证桩端进入持力层，必须根据取芯、返出的岩土层、钻速变化、泥浆颜色、邻近桩孔基岩顶面及标高等值线图等方法综合确定停钻。尤其对以夹于软层间较硬的岩土层作持力层时，更需慎重。
4结束语
钻孔灌注桩的单桩竖向承载力是桩基础设计中首先需要确定的基本问题。提高钻孔灌注桩单桩承载力，确保达到设计要求，是每一个岩土工程师的任务。提高钻孔灌注桩单桩承载力的措施有很多，但长期以来却主要是靠设计人员加大桩径、桩长的措施予以解决，势必浪费大量的人力、物力和财力。因此，研究提高钻孔灌注桩单桩承载力的新方法，将会有显著的经济效益。
参考文献
[1]高大钊.深基坑工程[M].机械工业出版社.2003
[2]工程地质手册[M].中国建筑工业出版社.2008
[3]雷伟.土力学[M]. 吉林科学技术出版社. 2004
[4]混凝土结构设计规范[S].中国建筑工业出版社.2002
[5]黄卫华.钻孔灌注桩施工监理[J].施工技术,2006,(01):45-46.
[6]宋云财.钻孔灌注桩施工中质量的缺陷的预防与处理[J].土工基础,2006,(08):33-34
[7]高宗民.提高钻孔灌注桩单桩承载力的措施[J].基础工程设计,2008,(03):71-75
[8]岩土工程基本术语标准 （GB/T50279—98）