摘要：仅通过地质勘察报告和试桩静载检测报告进行桩基施工图设计，无法全面掌握桩基所处地下各土层的实际力学特性。本文采用埋设钢筋应力计的方式，对钻孔灌注桩进行受力状态下桩身应力的测试。通过分析实测数据，得到该工程抗压试桩、抗拔试桩的桩身轴力、桩端阻力、桩身侧摩阻力的分布情况及发挥趋势，并与地质勘察报告的土层力学数据对比，验证桩基所处地下各土层的实际桩端阻力、桩身侧摩阻力情况，为施工图设计优化提供依据。
关键词：钻孔灌注桩、竖向内力、桩身轴力、侧摩阻力、端阻力
      一、引言
      在桩基工程设计过程中，工程地质勘察报告、工程地质剖面图和基桩所处土层的岩土物理力学性能指标值是非常重要的设计依据。但在实际工作中，受限于地质勘察资料的准确度以及工程场地具体情况等因素，仅依靠常规的工程试桩静载报告提供的信息进行施工图设计，有时会无法全面掌握桩基所处地下各土层的实际力学特性 ^[1]。
      因此，在进行工程试桩单桩竖向静载试验的同时，进行桩身应力追踪测试，能够提供更直观、详细的土层物理力学参数，从而实现对桩基的优化设计。
      本文对某超高层建筑的工程试桩进行钻孔灌注桩桩身应力测试，通过分析实测数据，得到该工程抗压试桩、抗拔试桩的桩身轴力、桩端阻力、桩身侧摩阻力的分布情况及发挥趋势，并与地质勘察报告的土层力学数据对比，验证桩基所处地下各土层的实际桩端阻力、桩身侧摩阻力情况。
      二、桩身应力测试试验过程、目的简述
      某超高层建筑的工程试桩采用双套管，用于隔离桩顶设计标高以上无效段的桩侧与土体的接触，以达到直接测试有效桩长范围内的桩基承载力的目的。通过在试桩桩深范围内埋设振弦式钢筋计，测试并计算得到试桩桩身轴力、桩侧各土层分层摩阻力和桩端阻力。
      该项目工程试桩共有5根，分别为3根抗压试桩和2根抗拔试桩。根据设计要求，加载均未达到破坏状态，加载至设计要求的最大荷载终止试验。为简化分析过程，本文分别选取抗压试桩和抗拔试桩各一根的数据进行详细分析。试桩设计参数见表1。

      由于抗压试桩和抗拔试桩所处的孔位相近，所处的土层分层及厚度也类似，因此抗压试桩和抗拔试桩的钢筋应力计安装层位一致，共5个断面，具体见表2。

三、抗压桩数据分析
（一）桩身轴力分析
      在不同分级桩顶抗压荷载作用下，各测试断面的桩身轴力值见表3。桩身轴力沿入土深度的分布情况见图3。

      从抗压试桩桩身轴力沿入土深度的分布图可以看出，桩顶位置的轴向压应力最大。无效段设置双层护筒隔离桩周土，因此桩顶轴向压应力占桩顶荷载100%。桩端部的轴向压应力最小，从第1级到第11级荷载，桩端部轴向压应力占桩顶荷载的比例从3.20%上升到9.70%。对于相同的入土深度，轴向压应力随桩顶荷载的增加而增大，增大的幅度随入土深度的加大而逐渐减小。
     （二）桩端阻力分析
      桩端阻力与桩身所处土层的性质、长径比、休止期、桩端进入持力层深度等多种因素有关，各种因素又不是单一作用，而是相互影响，较为复杂。其中桩身所处土层的性质和桩端进入持力层的深度是较为重要的因素^[2]。
     本文项目中，在不同分级荷载作用下，桩端阻力分布情况见图4。
 

     在不同的分级荷载作用下，桩端阻力占相应桩顶压力的比例见图5。
 

      从图5可以看出，随着桩顶压力的增加，桩端阻力/桩顶压力的比例逐渐增加，从一开始的3.20%上升到9.69%，也就是说，当桩顶压力达到本次测试最大值时，桩端阻力发挥的比例也达到最大到约10%。桩端阻力占比较小，因此属于摩擦桩。
    （三）桩侧摩阻力分析
      抗压试桩在不同的桩顶荷载压力下，沿不同入土深度，桩身侧摩阻力分布情况见图6。由于加载级数较多，为了更清晰的反应桩侧阻力的整体发挥趋势，对桩顶施加的荷载由小到大选择6个级别，绘制桩侧阻力沿入土深度的变化。
 

      由图6和图7可见，侧摩阻力的发挥和桩顶压力有一定的关系，施加的桩顶荷载越大，则桩身侧摩阻力越大。其中，断面2-3的侧摩阻力发挥的最好，在相同的桩顶荷载压力下，侧摩阻力最大。结合工程地质勘察报告，其对应的土层主要是是⑥1粉质粘土、⑥2粉质粘土夹粉土。其次是断面3-4，对应的土层是⑦2粘质粉土夹粉质粘土、⑦3粉质粘土；断面4-5，对应的土层是⑧1粉质粘土、⑧2粉质粘土夹粉土。
四、抗拔桩数据分析
   （一）桩身轴力分析
     在不同分级桩顶抗拔荷载作用下，各测试断面的桩身轴向应力见表5。桩身轴力沿入土深度的分布情况见图8。

      从图8可以看出，抗拔桩桩身轴力分布情况与抗压试桩基本一致。因无效段设置双层护筒隔离桩周土，因此桩顶轴向应力占桩顶荷载100%。桩端部的轴向应力最小，从第1级到第8级荷载，桩端部轴向应力占桩顶荷载的比例从0.29%上升到0.52%，比抗压试桩桩端应力的小，这是由于抗压桩桩端部承受一定程度的端阻力所致。在相同的入土深度，轴向应力随桩顶荷载的增加而增大，增大的幅度随入土深度的加大而逐渐减小。
  （二）侧摩阻力分析
     抗拔试桩在不同的桩顶上拔荷载作用下，沿不同入土深度，桩身侧摩阻力分布情况见图9。同样，由于加载级数较多，为了更清晰的反应桩侧阻力的整体发挥趋势，对桩顶施加的荷载由小到大选择6个级别，绘制抗拔试桩侧阻力沿入土深度的变化。

     抗拔试桩桩身侧摩阻力发挥趋势见图10。

      由图9和图10可见，抗拔试桩侧摩阻力和抗压试桩的发挥规律基本一致。侧摩阻力的发挥和桩顶上拔荷载有一定的关系，施加的桩顶荷载越大，则桩身侧摩阻力越大。其中，断面2-3的侧摩阻力发挥的最好，在相同的桩顶荷载压力下，侧摩阻力最大，其对应的土层主要是是⑥1粉质粘土、⑥2粉质粘土夹粉土。
      但是随着桩顶施加的上拔荷载增加，断面4-5的侧摩阻力上涨较快，在桩顶荷载较大时，已经超越断面4-3。
五、实测数据与地质勘察报告的对比分析
      通过分析抗压桩桩端阻力的实测数据可见，在桩顶最大荷载作用下，端阻力为2025.1kPa。对比工程地质勘察报告，⑩1粉质粘土夹粉土层的极限端阻力为700kPa，后注浆端阻力增强系数为2.2。本试桩工程采用后注浆工艺，因此，根据工程地质勘察报告对应的极限端阻力为1540kPa。但实测端阻力比地勘报告的极限端阻力要大，约为工程地质勘察报告给出极限值的131%，结果可为设计后续的工程桩设计提供依据。
通过分析抗压桩桩侧阻力的实测数据可见，在桩顶最大荷载作用下，抗压桩侧摩阻力为9472.6kN，占桩顶荷载总量的90.21%。根据地质勘察报告中给出的各层土桩侧极限摩阻力和后注浆端阻力增强系数，计算得出，抗压桩桩侧摩阻力极限值为9639.8kN。实测抗压桩桩侧摩阻力最大值与地质勘察报告给出的极限值的比值为0.94。
通过分析抗拔桩桩侧阻力的实测数据可见，在桩顶最大荷载作用下，抗拔桩侧摩阻力为4896.51kN，占桩顶荷载总量的94.16%，根据地质勘察报告中给出的各层土桩侧极限摩阻力、后注浆端阻力增强系数和抗拔系数，计算得出，抗压桩桩侧摩阻力极限值为6747.86kN。实测抗压桩桩侧摩阻力最大值与地质勘察报告给出的极限值的比值为0.73。由于抗压桩和抗拔桩的荷载传递机理有所不同，桩侧摩阻力的特点也有所差异，造成差异的原因也很多^[3,4,5]，以上结果可为后续设计提供依据。
七、结论
     1、抗压桩和抗拔桩的桩身轴力发挥规律基本一致。桩顶位置的轴力最大，桩端位置的轴力最小。抗压试桩从第1级到第11级荷载，桩端部轴向压应力占桩顶荷载的比例从3.20%上升到9.70%。抗拔试桩从第1级到第8级荷载，桩端部轴向应力占桩顶荷载的比例从0.29%上升到0.52%，在相同的入土深度，轴向应力随桩顶荷载的增加而增大，增大的幅度随入土深度的加大而逐渐减小。
     2、抗压桩和抗拔桩的桩身侧摩阻力发挥规律基本一致。侧摩阻力的发挥和桩顶荷载有一定的关系，施加的桩顶荷载越大，桩身侧摩阻力越大。在桩顶最大荷载作用下，抗压桩侧摩阻力和抗拔桩侧摩阻力分别占桩顶荷载总量的90.21%、94.16%。土层断面2-3的侧摩阻力发挥的最好，在相同的桩顶荷载压力下，侧摩阻力最大。
     3、对于抗压试桩，随着桩顶压力的增加，桩端阻力/桩顶压力的比例逐渐增加，当桩顶压力达到最大值测试时，桩端阻力发挥的比例也最大，达到约10%。桩端阻力占比较小，因此属于摩擦桩。
     4、对比实测数据与地质勘察报告数据，抗压桩实测端阻力比地质勘查报告给出的极限端阻力要大，约为工程地质勘察报告给出极限值的131%，结果可为设计后续的工程桩设计提供依据。
    5、在桩顶最大荷载作用下，实测抗压桩桩侧摩阻力最大值和实测抗拔桩桩侧摩阻力，与地质勘察报告给出的极限计算值的比值分别为0.94和0.73，可为后续设计提供依据。
 
参考文献
[1] 马宇, 李志祥. 混凝土桩身竖向应力测试结果在桩基础设计中的应用研究.   武汉大学学报（工学版）,  2005
[2] 高原, 郝俊杰. 关于桩端阻力的讨论. 第二届湖北省土木工程专业大学生科技创新论坛论文集, 2009
[3] 杜广印, 黄锋, 李广信. 抗压桩与抗拔桩侧阻的研究. 工程地质学报, 2000
[4] 黄锋,黄文峰, 李广信, 吕禾. 不同受载方式下桩侧阻的渗水力模型试验研究. 岩土工程学报, 1998
[5] 黄锋. 单桩在压与拔荷载下桩侧摩阻力与发展机理研究. 北京, 清华大学，1998