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摘要：本文结合静载荷试验和桩身内力检测，对超长灌注桩的桩侧与桩端的极限阻力发挥机理、桩身内力与桩顶位移变化等加以分析研究，提出超长灌注桩承载性的主要特征，为该类桩设计提供借鉴。
关键词：桩端后压浆超长灌注桩;竖向静载荷试验；单桩承载力；桩身内力
Abstract: combining with the static load tests and pile body internal force detection, the piles of super-long piles and piles limit resistance mechanism, the play of pile body internal force and displacement change pile top to analyze study, puts forward the super-long piles of bearing the main features of the pile design for this for reference.
Keywords: the grouting pile after pile long; Vertical static load test; Single pile bearing capacity; Pile body internal force
中图分类号：C33文献标识码：A 文章编号：
结合有关文献理论，桩长L≥50m且长径比L/D≥50的桩为超长桩[1]，不同长径比，在荷载作用下桩侧极限阻力与桩端极限阻力的发挥性状不同，充分分析和认识超长桩的承载性状，对超长桩的设计研究有充分的现实意义。
1工程概况
本次试验结合山东凯宝皇都国际商会中心桩基工程进行。拟建建筑物结构形式为框剪结构，结构层数为37层，基础形式为桩筏基础。桩基为混凝土灌注桩（桩端后压浆），总桩数756棵，设计桩径为1000mm，设计桩长为71m，设计单桩竖向抗压极限承载力值20000kN。桩施工工艺为钻机反循环成孔，灌注砼桩端后压浆成桩。试验桩3棵，为设计提供依据，静载试验同时检测桩端附近桩身内力，并据此计算桩底端承力。
2工程地质
本试验场区勘察深度范围内，表层为素填土，其下为第四纪晚更新世（Q3、Q2）土层，地基土自上而下分为如下几层：（1）素填土（2）粉质粘土（2）-1粉土（3）粉质粘土（4）粉土（4）-1粉砂（4）-2粉质粘土（5）粉质粘土（5）-1粗砂（5）-2胶结砂（6）粗砂（7）粉质粘土（7）-1姜石（7）-2粗砂（8）粉土（9）粉质粘土（9）-1粗砂（9）-2姜石（10）粉质粘土（10）-1胶结砂（11）粉质粘土（12）粉质粘土（13）粉质粘土。
3桩身内力测试
3.1钢筋应力计的安装
在试桩SZ1在桩顶和桩端1倍桩径处沿周长分别均匀布置了三只钢筋应力计，检测该试桩桩端内力。对试桩SZ2、 SZ3除在桩顶、桩端、桩长50m断面处各布置了一组（三只）钢筋应力计，检测桩端内力同时，也检测50m处断面的桩身内力。
3.2桩身内力测试原理
试验加载试桩检测断面轴向受力时，钢筋应力计中钢弦的振动频率就会发生变化，用频率仪测读钢筋应力计的频率变化、按钢筋应力计的率定系数计算钢筋应力。通过下述公式，计算出每级荷载下桩身轴向力 [2]。
（1）
式中N(i,j)-第i级荷载下第j截面桩身轴力(kN)；
-分别为桩身砼和钢筋的弹性模量（MPa），本次试验中，试桩混凝土强度等级为C40，取3.25×104 MPa，钢筋采用Ø25，HRB335，取2.0×105 MPa；
-分別为桩身截面积和单根主筋的截面积(m2)；
-加载前第j截面钢筋应力计的频率（Hz）；
-第i级荷载下第j截面钢筋应力计的频率（Hz）；
K-钢筋应力计的率定系数（kN/Hz）。
3.3检测断面处桩身内力检测结果分析
根据式（1）算出各级荷载下桩身各截面处轴向力：
（1）桩顶设计标高以下50m检测断面加载至6000 kN试验过程中，钢筋计频率没变化，检测断面轴向力为0 kN。由8000kN加载至23000kN试验过程中，检测断面钢筋计频率逐级降低，轴向力逐级增大，变化范围为75-1825kN。如图1所示[3]（仅以SZ3为例）
（2）桩顶设计标高以下69m检测断面加载至10000 kN试验过程中，钢筋计频率值没明显变化，检测断面轴向力为0kN。 由12000kN加载至22000kN试验过程中，检测断面钢筋计频率值略有减小，轴向力检测值范围为5-70kN。
图1 SZ3试桩桩身轴力图
3.4桩身内力检测结果分析
（1）桩身轴向力为检测施加的竖向荷载与该检测断面以上土层与桩侧摩阻力之差值。加载过程中轴向力逐渐变大，说明该检测断面以上土层的摩阻力逐渐发挥的过程。以上曲线50m断面处土层的侧摩阻力先于下部（桩端）69m断面处摩阻力发挥作用，荷载达到一定水平后，下部土层的侧摩阻力才逐渐发挥出来。
（2）以上曲线69m处检测断面在加载过程中轴向力的最大值仅为70kN，其端阻力在整个承载力中所占的比例远小于侧摩阻力，据此可以得到桩端阻力引起的桩端位移在桩顶观测位移中所占的比例也很小，桩顶观测到的位移量主要为桩身弹塑性压缩变形引起的基本结论。
4静载试验
4.1试验情况综述
（1）SZ1试桩最大加载至23000kN，沉降稳定，未到极限荷载，最终桩顶累计沉降量30.25mm。
（2）SZ2试桩最大加载至22000kN，桩顶沉降急剧增大，桩顶累计沉降量超过60mm。此时反映到频率仪上，在50m处同一端面预埋钢筋应力计出现两侧频率值向相反方向变化的情况。
（3）SZ3试桩最大加载至23000kN，沉降稳定，未到极限荷载，最终桩顶累计沉降量32.1mm。
本次试验试验荷载-沉降曲线见图2[3]
图2试桩荷载-沉降曲线
4.2荷载-沉降曲线特征分析
（1）SZ1试桩、SZ3试桩的Q-S曲线，
在试验荷载作用下均呈缓变型，无明显拐点，试桩Q-S曲线呈缓变形特征，桩顶观测到位移量主要为桩身弹塑性压缩变形。按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）4.4.2，其极限承载力由控制桩顶变形值来确定。
（2）SZ2试桩在达到桩身强度以前，试桩Q-S曲线呈缓变形特征，说明桩侧阻力端阻力未到极限。该试桩加载至22000kN时出现陡降段，且在50m处同一端面预埋钢筋应力计出现两侧频率值向相反方向变化的情况，说明了桩身出现弯折引起，桩身强度达到极限状态，并不代表桩侧阻力和端阻力的极限状态。按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）4.4.2，该桩极限承载力由控制桩身强度来确定。
5结语
（1）当桩端后压浆超长桩的Q-S曲线呈缓变形特征时，其桩顶观测到位移量主要为桩身弹塑性压缩变形，极限承载力值由控制桩顶变形值来确定。设计时要充分考虑桩身压缩变形。
（2）桩端后压浆超长桩桩身长径比大、抗弯刚度较小，当荷载大出现弯折时，其极限承载力值由控制桩身强度来确定。设计时要合理设计长径比。
参考文献：
[1]王卫东，张忠苗等超长桩设计，桩基手册，中国建筑工业出版社，2009，12~382，405.
[2]魏章和等，DX桩的试验与研究，岩土工程界，2000，3（5）：12-6，21.
[3]孙宁等，凯宝皇都国际商务中心检测报告，山东省建筑工程质量监督检验测试中心，2010，8-1，15.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：桩端后压浆超长灌注桩;竖向静载荷试验；单桩承载力；桩身内力
Abstract: combining with the static load tests and pile body internal force detection, the piles of super-long piles and piles limit resistance mechanism, the play of pile body internal force and displacement change pile top to analyze study, puts forward the super-long piles of bearing the main features of the pile design for this for reference.
Keywords: the grouting pile after pile long; Vertical static load test; Single pile bearing capacity; Pile body internal force
中图分类号：C33文献标识码：A 文章编号：
结合有关文献理论，桩长L≥50m且长径比L/D≥50的桩为超长桩[1]，不同长径比，在荷载作用下桩侧极限阻力与桩端极限阻力的发挥性状不同，充分分析和认识超长桩的承载性状，对超长桩的设计研究有充分的现实意义。
1工程概况
本次试验结合山东凯宝皇都国际商会中心桩基工程进行。拟建建筑物结构形式为框剪结构，结构层数为37层，基础形式为桩筏基础。桩基为混凝土灌注桩（桩端后压浆），总桩数756棵，设计桩径为1000mm，设计桩长为71m，设计单桩竖向抗压极限承载力值20000kN。桩施工工艺为钻机反循环成孔，灌注砼桩端后压浆成桩。试验桩3棵，为设计提供依据，静载试验同时检测桩端附近桩身内力，并据此计算桩底端承力。
2工程地质
本试验场区勘察深度范围内，表层为素填土，其下为第四纪晚更新世（Q3、Q2）土层，地基土自上而下分为如下几层：（1）素填土（2）粉质粘土（2）-1粉土（3）粉质粘土（4）粉土（4）-1粉砂（4）-2粉质粘土（5）粉质粘土（5）-1粗砂（5）-2胶结砂（6）粗砂（7）粉质粘土（7）-1姜石（7）-2粗砂（8）粉土（9）粉质粘土（9）-1粗砂（9）-2姜石（10）粉质粘土（10）-1胶结砂（11）粉质粘土（12）粉质粘土（13）粉质粘土。
3桩身内力测试
3.1钢筋应力计的安装
在试桩SZ1在桩顶和桩端1倍桩径处沿周长分别均匀布置了三只钢筋应力计，检测该试桩桩端内力。对试桩SZ2、 SZ3除在桩顶、桩端、桩长50m断面处各布置了一组（三只）钢筋应力计，检测桩端内力同时，也检测50m处断面的桩身内力。
3.2桩身内力测试原理
试验加载试桩检测断面轴向受力时，钢筋应力计中钢弦的振动频率就会发生变化，用频率仪测读钢筋应力计的频率变化、按钢筋应力计的率定系数计算钢筋应力。通过下述公式，计算出每级荷载下桩身轴向力 [2]。
（1）
式中N(i,j)-第i级荷载下第j截面桩身轴力(kN)；
-分别为桩身砼和钢筋的弹性模量（MPa），本次试验中，试桩混凝土强度等级为C40，取3.25×104 MPa，钢筋采用Ø25，HRB335，取2.0×105 MPa；
-分別为桩身截面积和单根主筋的截面积(m2)；
-加载前第j截面钢筋应力计的频率（Hz）；
-第i级荷载下第j截面钢筋应力计的频率（Hz）；
K-钢筋应力计的率定系数（kN/Hz）。
3.3检测断面处桩身内力检测结果分析
根据式（1）算出各级荷载下桩身各截面处轴向力：
（1）桩顶设计标高以下50m检测断面加载至6000 kN试验过程中，钢筋计频率没变化，检测断面轴向力为0 kN。由8000kN加载至23000kN试验过程中，检测断面钢筋计频率逐级降低，轴向力逐级增大，变化范围为75-1825kN。如图1所示[3]（仅以SZ3为例）
（2）桩顶设计标高以下69m检测断面加载至10000 kN试验过程中，钢筋计频率值没明显变化，检测断面轴向力为0kN。 由12000kN加载至22000kN试验过程中，检测断面钢筋计频率值略有减小，轴向力检测值范围为5-70kN。
图1 SZ3试桩桩身轴力图
3.4桩身内力检测结果分析
（1）桩身轴向力为检测施加的竖向荷载与该检测断面以上土层与桩侧摩阻力之差值。加载过程中轴向力逐渐变大，说明该检测断面以上土层的摩阻力逐渐发挥的过程。以上曲线50m断面处土层的侧摩阻力先于下部（桩端）69m断面处摩阻力发挥作用，荷载达到一定水平后，下部土层的侧摩阻力才逐渐发挥出来。
（2）以上曲线69m处检测断面在加载过程中轴向力的最大值仅为70kN，其端阻力在整个承载力中所占的比例远小于侧摩阻力，据此可以得到桩端阻力引起的桩端位移在桩顶观测位移中所占的比例也很小，桩顶观测到的位移量主要为桩身弹塑性压缩变形引起的基本结论。
4静载试验
4.1试验情况综述
（1）SZ1试桩最大加载至23000kN，沉降稳定，未到极限荷载，最终桩顶累计沉降量30.25mm。
（2）SZ2试桩最大加载至22000kN，桩顶沉降急剧增大，桩顶累计沉降量超过60mm。此时反映到频率仪上，在50m处同一端面预埋钢筋应力计出现两侧频率值向相反方向变化的情况。
（3）SZ3试桩最大加载至23000kN，沉降稳定，未到极限荷载，最终桩顶累计沉降量32.1mm。
本次试验试验荷载-沉降曲线见图2[3]
图2试桩荷载-沉降曲线
4.2荷载-沉降曲线特征分析
（1）SZ1试桩、SZ3试桩的Q-S曲线，
在试验荷载作用下均呈缓变型，无明显拐点，试桩Q-S曲线呈缓变形特征，桩顶观测到位移量主要为桩身弹塑性压缩变形。按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）4.4.2，其极限承载力由控制桩顶变形值来确定。
（2）SZ2试桩在达到桩身强度以前，试桩Q-S曲线呈缓变形特征，说明桩侧阻力端阻力未到极限。该试桩加载至22000kN时出现陡降段，且在50m处同一端面预埋钢筋应力计出现两侧频率值向相反方向变化的情况，说明了桩身出现弯折引起，桩身强度达到极限状态，并不代表桩侧阻力和端阻力的极限状态。按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）4.4.2，该桩极限承载力由控制桩身强度来确定。
5结语
（1）当桩端后压浆超长桩的Q-S曲线呈缓变形特征时，其桩顶观测到位移量主要为桩身弹塑性压缩变形，极限承载力值由控制桩顶变形值来确定。设计时要充分考虑桩身压缩变形。
（2）桩端后压浆超长桩桩身长径比大、抗弯刚度较小，当荷载大出现弯折时，其极限承载力值由控制桩身强度来确定。设计时要合理设计长径比。
参考文献：
[1]王卫东，张忠苗等超长桩设计，桩基手册，中国建筑工业出版社，2009，12~382，405.
[2]魏章和等，DX桩的试验与研究，岩土工程界，2000，3（5）：12-6，21.
[3]孙宁等，凯宝皇都国际商务中心检测报告，山东省建筑工程质量监督检验测试中心，2010，8-1，15.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。