分析大直径钻孔灌注桩检测技术与承载特性

摘 要：在社会经济发展的推动下，公路桥梁工程建设进入到高速发展时期，在工程建设中，大直径钻孔灌注桩因其环境适应性强，承载力优良，施工便捷等优势获得广泛应用。基础施工质量直接影响着工程施工的稳定性，然而因桩基属于地下工程，其隐蔽性较强，难以直观的判断桩基施工质量，文章结合邳州南段民便河大桥工程，进行桩基检测与承载特性研究，保证大直径钻孔灌注桩施工符合桩基承载力及完整性要求，实现工程施工质量及综合效益。

关键词：大直径；钻孔灌注桩；检测技术；承载特性

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）2-0163-02

1 工程概况

S250邳州南段民便河大桥全长577.064 m，宽度设计为26 m，上部结构为30 m预应力混凝土组合箱梁，下部结构采取钻孔灌注桩作为基础，桥梁设计荷载为公路Ⅰ级，民便河大桥桩基设计为80根，桩基直径为1.2 m，长度设计为35～45 m，设计强度C25，为大直径钻孔灌注桩，根据工程实际情况，为保证民便河大桥桩基施工质量，决定对大直径钻孔灌注桩检测技术与承载特性进行研究与分析。

2 大直径钻孔灌注桩特点及检测技术研究

2.1 大直径钻孔灌注桩特点分析

大直径钻孔灌注桩单桩承载力较大，稳定性能优良，其施工工序简单，对周边环境扰动较小，灌注桩布桩间距设计较大；因大直径钻孔灌注桩其桩身直径较大，其刚度也较大，可以承受来在交通荷载的竖向荷载以外，还可以承受一定的水平荷载，发挥一定抗滑作用；在施工过程中，其桩基深度设计较大，其优越性越突出；在大直径钻孔灌注桩施工过程中，灌注桩可以穿越复杂地层，将桩端嵌入到坚硬岩层中，其稳定性及承载基础较好。综合考虑大直径钻孔灌注桩施工优势，在邳州南段民便河大桥施工中选择该施工工艺。

2.2 大直径钻孔灌注桩检测技术

大直径钻孔灌注桩属于地下工程，其施工质量受工程施工地质条件、施工工艺、施工经验等因素影响，容易产生质量问题，然而因其施工工程隐蔽性，桩基础质量问题难以判断。

为此，提出桩基础检测技术研究，保证桩基其承载力及完整性符合工程施工要求。

桩基检测主要分为静力法检测与动测法检测，静力检测方法主要包括静载试验与钻桩取芯实验法，动测法主要包括低应变法及高应变法。

桩身质量检测属于钻孔灌注桩检测的重要内容，主要是对桩身是否存在断桩、孔洞、无缩颈、离析等缺陷进行检测。当前，桩身完整性检测技术主要包括钻桩取芯法、小应变应力波反射法、埋管超声法。

2.2.1 钻桩取芯法

钻桩取芯法是通过应用钻芯机在桩身基础上钻孔获取样品，通过对不同深度钻取样品进行试验研究，综合分析钻孔样品外貌特征、工程特性与抗压试验，判断桩身完整性，这种方法在大直径桩完整性检测中应用较为广泛。然而钻桩取芯法会对桩身造成一定程度损坏。

2.2.2 小应变应力波反射法

小应变应力波反射法的检测原理为：应用锤敲击桩端顶部，桩身内部则会产生应力波，应力波向下传播，如桩身完整，应力波则会传递到桩底之后反射到桩顶，如桩身存在着一定缺陷，则应力波会出现反射及透射现象，通过应力波对桩身缺陷问题进行判断。

2.2.3 埋管超声法

埋管声波法是在进行桩身施工过程中，通过埋设声测管，应用人工激振方式产生声波，收集声波信号，通过分析声波振幅、频率及传播速度等判断桩身完整性。这种方法成本较高，施工难度较大。

在邳州南段民便河大桥工程中，其桩基础数量为80根，采取钻桩取芯法进行桩基础完整性检测，综合判断桩身完整性，对不符合完整性要求的桩基础进行处理，保障桩身质量。

桩身竖向承载力检测方法主要包括静荷载试验、低应变法、高应变法。其中静荷载试验检测方法在确定桩基竖向承载力最为直接最为有效，其试验原理为：对桩基础加载反力装置，通过反力装置产生反力，应用液压式千斤顶于桩顶并逐渐增加荷载，测量出一定荷载下桩身沉降量，通过荷载与沉降曲线求取桩身极限承载力，从而保证桩基础满足工程荷载设计要求。这种检测方法结果较为准确，操作相对简单，然而其时间花费较长，影响检测效率。低应变检测法其建立于一维应力波理论基础上，通过锤击桩端产生应力波对桩身承载力进行判断，这种方法操作简单，检测效率较高。高压变检测法是采取重锤敲击桩端顶部，在高能量冲击荷载影响下，桩基与桩基础周边突土产生瞬间剪切破坏，激发周围图对桩身全部阻力，测量桩身竖向承载力。

3 大直径钻孔灌注桩荷载承载特性研究

大直径钻孔灌注桩荷载特性研究，需要明确认识桩基作用。通过桩基，将建筑荷载传递给周边土层，通过桩端阻力与桩身摩阻力进行应力扩散。桩承载力主要是由桩侧摩阻力与桩端阻力共同组成，在荷载作用下，桩身出现压缩变形问题，引起桩身沉降。

3.1 影响荷载传递的因素

影响钻孔灌注桩荷载传递的因素较多，主要因素包括以下几点：受桩顶受力状况影响，如灌注桩受力较小，其竖向力则由桩基础侧摩阻力承担，当桩顶受力超出桩基础侧摩阻力极限时，增加力则由桩底端阻力承担；钻孔灌注桩桩长与桩径之间的比同样会影响荷载传递；桩端扩底增加持力层接触面积，可以有效提高桩端分担力的性能；桩底持力地层刚度越强，其桩端阻力越大，极限摩阻力越大，承载力越好。

3.2 桩身荷载传递基本方程

3.3 大直径钻孔灌注桩承载性状类型

针对不同桩长，大直径钻孔灌注桩其承载性状存在着较大差别，因桩长、桩施工地质差异、桩端持力层特性差异，其桩端阻力、桩侧阻力比例不同。大直径钻孔灌注桩承载特性主要是由桩侧阻力及桩端阻力分担比例决定。

针对大直径钻孔灌注桩，如桩长较短，则桩身侧摩阻力可以发挥的承载力性能较小，桩身压缩量相对较低，此时，桩端沉降量决定着桩顶沉降量。增加桩身长度，桩身侧摩阻力则承担着主要的承载任务，桩端阻力与桩端持力层沉降值偏低，桩体压缩变大，其压缩量直接决定了桩顶沉降量。

4 邳州南段民便河大桥大直径钻孔灌注桩检测技术及承载特性研究

在邳州南段民便河大桥工程中，采取静载试验判断该桥梁桩基极限承载力是否符合工程设计要求，在该工程中，桩基直径1.2 m，长度多设置在35～45 m范围内，考虑到工程桩基数量较多，决定应用锚桩-主梁-液压千斤顶提供反力，应用百分表测量桩顶沉降量。静载荷载试验装置布置如图1所示。

在荷载试验中，将整个静载试验分为9次加荷，在每次加载及卸载之后，及时记录桩顶沉降值，在试验过程中，桩顶沉降速率基本稳定后方可进行下一级荷载施加，加载到最大试验荷载70%时缓慢稳定卸载，加载到最大荷载90%后并保持荷载24 h，按慢速法进行卸载，在卸载过程中，不断记录桩顶沉降量。通过荷载试验，获取工程施工中单桩极限承载力，与工程设计标准值进行对比。试验结果发现，邳州南段民便河大桥桩基础承载力符合设计要求。

为实现对邳州南段民便河大桥桩基础质量检测，采取钻芯实验法。按照桩基础检测相关规定，桩径设计为1.2～1.6 m时，需要钻两孔。因该工程桩径设计为1.2 m，其钻芯试验需要对每根桩钻两孔进行取样。钻芯取样后，对样品进行研究与分析，结果表明，桩身混凝土连续，混凝土结构完整性较好，集料分布均匀，桩底沉渣厚度符合工程施工与设计要求，其抗压强度满足设计要求等，整体质量优良，实现了该工程施工的综合效益。

5 结 语

在公路桥梁及其他工程施工中，大直径钻孔灌注桩施工技术获得广泛应用。大直径钻孔灌注桩施工简单、快捷，承载力及强度较好，环境适应性较强，整体质量较为突出。本文结合邳州南段民便河大桥工程，对大直径钻孔灌注桩检测技术与承载特性进行了研究与分析。当前，大直径钻孔灌注桩桩身完整性检测技术主要为钻桩取芯法、小应变应力波反射法、埋管超声法，桩身竖向承载力检测方法主要包括静荷载试验、低应变法、高应变法等，根据工程实际情况，应用钻桩取芯法与静荷载试验对灌注桩承载特性进行研究与分析。实践证明，该工程大直径钻孔灌注桩整体施工质量较好，保证了桥梁基础的稳定性及质量。

参考文献：

[1] 魏栋梁.深厚软基超长大直径钻孔灌注桩承载性状试验研究[D].重庆：重庆交通大学，2011.

[2] 钮小洲.大直径钻孔灌注桩检测技术与承载特性分析[D].成都：西南交通大学，2012.

[3] 杨秋玲.后注浆技术对钻孔灌注桩承载力的影响与研究[D].济南：山东建筑大学，2012.

[4] 于宾，于朋.基于自平衡试桩法的灌注桩承载力检测应用研究[J].水科学与工程技术，2011，（3）：75-78.