DX桩阻力与承载力现场试验浅谈.doc

DX桩阻力与承载力现场试验
周晓波 李超 吴轩
（北京市建筑工程研究院，北京 100039）
[摘 要] 支盘桩是一项新技术，具有承载力高、节约成本等特点。本文介绍了该桩型在河北某工程中的应用实例，证明其应用的特点，可为类似的工程设计作参考，也为推广该项技术提供依据。
[关键词] 承载力 DX桩 应力分布
Topic of DX Pile with the Stress and the Bearing Capacity
Zhou Xiaobo, Li Chao, Wu Xuan
(Beijing Building Construction Research Institute, Beijing 100039)
Abstract: The DX pile is a new type technology, which has the character of high bearing capacity and low cost. The successful application of the DX pile in a engineering in Hebei province is introduced in this paper, which testifies the character of the technology, supplies the reference of design and construction for the designer.
Key words: bearing capacity; DX pile; stress

1 概 述
DX多节挤扩灌注桩（以下简称DX桩）是一种通过液压系统对桩身进行挤扩，从而形成多支盘的变截面桩。挤扩出现2~3个圆盘形的扩大腔体，称为承力盘，成为该桩的一部分并提供相应的反力。其承力盘一般设置在密实状态（N≥40）的粉土和砂土中或中密~密实状态的卵砾石层的层面上，对于粘性土、粉土和砂土交互的地层DX桩很适合，更易发挥其优势，起到更好利用土层、节约成本、经济有效的良好效果。
2 工程概况
本工程紧邻官厅水库，地下水位较高，位于冲积平原地带，土层分布较明显，为典型交互土层，各土层分布及其岩土物理力学性质如表1所示。
本次试验桩设计桩长为22.0m，桩径为ø700mm，桩身混凝土强度为C35。试验桩均设有2个支盘(支盘尺寸均为ø1500mm)，分别位于-9.7m处和-19.4m处，基本位于粉砂层和卵石层的上部以及砂质粉土的上部。
在进行DX桩单桩竖向抗压静载试验过程中对桩身应力进行了测试，桩身应力测试采用在主筋上粘贴箔式电阻应变片（规格为5mm×3mm）的方法进行测试，沿桩身共布
表1 土层参数表
土层
分布
分层情况
深度(m)
厚度(m)
桩侧摩阻(kPa)
桩端阻力(kPa)
②粉质粘土
③粘质粉土
一层桩身
-1~-9
8
40~50

④1粉砂层
④2卵石层
一层
支盘
-9~-11
2
60~120

⑤重粉质粘土、粉质粘土
二层
桩身
-11~-19
8
65

⑥1砂质
粉土
二层
支盘
-19~-21
1
65~125
1000
⑥中粗砂卵石
桩底
-23~-25
2
125
1800
设8个测试断面（其中4、5及7、8剖面之间均含一支盘），各断面均沿桩周均匀布置3片电阻应变片，具体位置如图1所示。

图1 桩身应变片布置图
3 现场试验数据分析
3.1 现场实测数据
本次试验中某根桩的Q-s曲线及桩身轴力测试结果分别如图2、图3所示。

图2 试桩Q-s曲线

图3 各级荷载作用下桩身轴力分布图
3.2 DX桩承载力计算
参照《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-94）相关规定，DX桩承载力可由下式估算：

式中 ——桩端阻力修正系数。本工程DX桩两个支盘及桩端入土深度分别为-9.7m、-19.4m、22.0m，经计算分别取0.75、0.79、0.82；
——用静力触探比贯入阻力值估算的第层土的极限桩侧阻力标准值；
——桩穿越第层土的厚度；
——用静力触探比贯入阻力值估算的桩端及支盘处极限端阻力标准值；
——桩端面积及支盘面积；
——桩身周长。
经计算：

其中：
=2800kN, = 2700kN
与几乎相等。
式中 ——支盘直径，下同；
——非扩大头部分直径，下同。
支盘提供承载力值：=+
其中：

，
，
根据上述计算结果绘制如图4所示的饼状图：

图4 DX桩计算承载力分布图
3.3 支盘受力分析
根据图3所示的实测结果，在加载至4500kN时，第一个支盘承载力值可以达到约1000kN，而第一层侧摩阻力承载力可达到约700kN，共计1700kN，与桩计算承载力比值为0.31，与实际加载值比值为0.38。由此可见，此时很大的一部分荷载被该部分承担。
该试桩加载至4500kN时，两个支盘共承担了39%的荷载值，其受力情况分析如下：
⑴ 第一个支盘的承载力为第四断面桩身轴力减去第五断面桩身轴力，经计算并绘制如图5所示的变化曲线图：

图5 第一支盘承载力变化曲线图
从图5可以看出第一个支盘的承载力与桩顶加载值成正比关系。每级荷载作用下，第一个支盘所分担的承载力占每次加载值的百分比如图6所示：

图6 第一支盘承担荷载百分比曲线图
综合分析图5、图6可知：第一支盘承载力开始大致呈直线上升直至桩顶加载值达到2250kN，出现拐点，之后其承载力与相应桩顶加载值比值几乎为常数，大约为22%。由图6可以看到，第一支盘在桩顶加载值中所占比例减小到一定值时反而回升，并持续稳定在一个常数值。
⑵ 第二个支盘的承载力为第七断面桩身轴力减去第八断面桩身轴力，经计算并绘制如图7所示的变化曲线图：

图7第二支盘承载力变化曲线图
由图7可以看出，第二个支盘的承载力与桩顶加载值成正比关系。每级荷载作用下，第二个支盘所分担的承载力占每次桩顶加载值的百分比如图8所示。

图8第二支盘承担荷载百分比曲线图
综合分析图7、图8可知：第二支盘随着试验承载力的不断增加，在桩顶加载值中
所占比例也随之增加，但最后比例值为15.7%，与计算值19.2%还有一段距离。如果以桩的估算极限承载力为基数，则第二支盘的承载力仍有350kN的盈余。
3.4 第一支盘上部桩侧摩阻力分析
第一支盘上部桩侧摩阻力在桩顶加载达到2700kN之前的变化规律如图9所示。

图9 第一支盘上部桩侧摩阻力变化曲线图
由图9可知：该部分桩侧摩阻力在960kN左右时达到极限值，这与计算所得958kN非常相近。
另外，当桩顶加载值达到1800kN时，该部分桩侧摩阻力达到最大值1181kN，然后开始下降达到稳定值960kN左右，大约降低了221kN。这主要是由于支盘承载时可导致端角及下斜面附近的土体出现应力集中现象，而上斜面附近的土体出现塌落松动区，部分桩身与土体脱离，致使扩径体上方一定范围内的桩身侧摩阻力发挥不充分。本次试验出现桩身周围土体松动的范围大约在2m左右，为3d（d为桩径）。
3.5 第一支盘周围桩侧摩阻力分析
支盘受力情况对其周围桩身侧摩阻力产生一定影响，现以第一个支盘上下3m范围内桩侧摩阻力变化进行分析。经计算，绘制如图10所示的桩单位长度侧摩阻力变化曲线图。
由图10可以看出：第一支盘下部所提供的承载力值远大于计算侧摩阻力值，这主要有如下两方面原因：
⑴ 支盘扩径体下斜面一定范围内土体中应力增大，导致桩侧摩阻力增加；
⑵ 勘察报告中提供的该土层桩侧摩阻力标准值偏小。

图10 第一支盘周围桩侧摩阻力分布图
4 结 论
本文通过对桩身侧摩阻力及支盘承载力在加载过程中变化规律的分析，得到以下结论：
⑴ 第一个支盘在一开始加载便承受了较大的荷载，与相应加载值的比值最后稳定在22%左右，与理论计算值18.3%较为接近；
⑵ 第一个支盘上部的桩侧摩阻力在达到极限状态时，其上部3d（d为桩径）范围内的土体出现了塌落松动区。而下部一定范围内的土体相应出现了土体应力增加区，但由于未能达到极限状态，因此具体的范围无法定论；
⑶ DX桩能充分利用有利地质情况，大幅的提高承载力值，并且能够节约成本，是一种在交互地质条件下较为经济实用的桩型。

参考文献
[1] 沈保汉.桩基与深基坑支护技术进展.北京：知识产权出版社，2006.
[2] 建筑桩基技术规范(JGJ94-94).北京：中国建筑工业出版社，1995

作者简介：周晓波(1978- )，男，工程师，主要从事地基检测工作。