人工挖孔桩护壁对桩基承载力的影响

摘要：作者根据多年来的人工挖孔桩现场施工经验，对人工挖孔桩护壁进行受力分析和计算，阐述护壁对桩基承载力的作用和贡献，总结施工中的注意事项，以便更好的指导和规范挖孔桩施工作业。

关键词：人工挖孔桩护壁受力分析承载力贡献

中图分类号：TU9文献标识码：A

引言：近年来，我国交通事业发展迅猛，极大的拉动了经济发展和方便了人们的出行。桩基础历史悠久，具有适用性广，承载力大，费用低等优点，现已广泛应用于建筑、交通、电力等各个工程行业。人工挖孔桩施工工艺相较冲孔桩施工，具有设备投入少，场地要求低，成本低，对环境影响较小的优点。因此在工程地质较好，设计桩长较短，地下水位低的地方得到广泛的推广和应用。一般来说，设计桩径大于80cm，桩长小于25m的桩在地质和环境条件允许的情况下，均可采用人工挖孔桩施工。

1、挖孔桩护壁受力分析

1.1护壁与桩身的关系

浇筑护壁的目的是防止软弱地层坍塌，保证挖孔作业人员的人身安全及施工的正常进行。我们知道，桩的作用在于满足构造物承载力的要求，主要受力为轴向压力。当桩身受到来自轴向的荷载时，会把轴向压力传递给护壁，采用竹节阶梯式护壁的目的在于能提高护壁和桩身的结合，大大提高护壁接收来自桩身的竖向应力的效果。

1.2桩侧阻力分析

当桩顶受荷时，桩身轴向力随深度增加而逐渐减小，覆盖土层的护壁周围摩阻力被调动起来积极地发挥作用，从而起到分担桩顶荷载，减小桩底压应力的作用。桩侧阻力与桩顶位移变化和桩土相对位移两个因素有关。当挖孔桩的桩顶位移小于某一范围时，桩侧摩阻力随桩顶位移增大而增大，当桩顶位移继续增大，桩侧摩阻力随着桩顶位移增大迅速减小，最终接近于零。在桩身荷载传递过程中，桩周土摩阻力是客观存在并首先发挥作用的。直到达到极限状态，桩顶荷载主要由桩端土层承担。

1.3桩端阻力分析

当桩端嵌入持力层一定深度时，荷载首先传递到嵌固段侧壁，产生一定的剪切变形后再传递到桩底。桩端阻力与桩端持力层强度有着密切的关系。在同样的桩侧土层条件下，桩端持力层强度较高的桩其桩侧摩阻力要比桩端持力层强度较低的桩高，即桩端持力层强度越高，桩端阻力越大，桩端沉降越小，桩侧摩阻力就越高，反之亦然。

1.4护壁对承载力的影响

影响桩基承载力的因素综合起来主要有两点：一是桩本身的强度，二是地基对桩的支撑能力。桩身材料的强度是人为控制的，可以根据实际需要确定，而地基土对桩的阻力则是有自然条件决定的，故桩周土对桩的阻力是确定单桩竖向承载力的主要因素。经过上面的分析可以得知，若不计护壁和桩身之间的内力，从受力结构上已形成整体。因此，对于摩擦桩而言，护壁实际上成为提供承载力的主体。即使是端承桩，护壁也将承担相当一部分的荷载。由此可见，人工挖孔桩护壁对桩基承载力的贡献是相当大的。

2、桩的承载力计算

人工挖孔桩承载力的计算可按单桩竖向极限承载力计算方法来确定，根据建筑桩基等级可采用现场静载荷试验、经验参数估算和包括静力触探、标准贯入等在内的原位测试等方法确定。其中较多采用的是现场静载荷试验法或经验参数估算法。以下介绍建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)中的经验参数法。

根据桩周土的物理指标与承载力参数之间的经验关系来确定人工挖孔桩单桩承载力,表达式如下：

(1)

式中 ——桩侧第层土的极限侧阻力标准值；

——极限端阻力标准值；

——桩端面积；

——桩周第层土的厚度；

——桩身周长；

、——桩侧阻、端阻尺寸效应系数。

由于桩顶轴向压力是至上而下逐渐向土层中扩散的，所以在计算桩基成桩桩身抗压强度时，不考虑压曲稳定的影响，故人工挖孔桩桩身承载力计算式为：

(2)

式中 ——荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值；

——基桩成桩工艺系数；

——混凝土轴心抗压强度设计值；

——桩身截面面积。

拟建的云南某建筑地上15层，地下2层，为天然地基和筏板基础。桩基础设计桩径为0.8m，桩长10m，桩身砼为C30，采用人工挖孔桩施工。建筑物场地地质情况如表1所示，根据地质资料，桩底为弱风化砂质泥岩，极限端阻力标准值=2000kpa，设计单桩承载力=2720kN。

表1 地基地质情况统计表

单桩极限承载力验算

根据公式(1)及表1中的数据（考虑10cm护壁厚度，桩基定为1m），求的单桩极限承载力：

=6276.4 kN

单桩承载力特征值为：=/K=3138.4 kN＞

故本桩满足设计承载力要求

桩身混凝土承载力验算

根据公式(2)，单桩桩身承载力为：

=6782.4 kN

根据钻孔取芯试验，桩身混凝土满足承载力要求

3、施工注意事项

(1)挖孔桩护壁实际上承受了相当一部分的荷载，因此必须采用不低于桩身标号的混凝土，以保证安全。

(2)护壁厚度通常为10～20cm，最上一节应高出地面30cm，必须设置横向螺旋筋，上、下节护壁用钢筋连接，并且搭接长度不少于50mm。

(3)浇筑护壁混凝土时应振捣密实，如发现有蜂窝、漏水现象，应及时加以堵塞和导流，防止孔外水通过护壁流入孔内，以保证护壁砼强度及质量。

(4) 在挖孔过程中，经常检查桩孔尺寸和平面位置。挖孔到达设计深度后，进行孔底处理，做到孔底表明无松渣、泥、沉淀土。

4、结语

挖孔桩护壁的作用在于防止土层及流砂等地层坍塌，隔离地下水及软弱层，可有效的保证挖孔作业人员的人身安全。一直都有人认为，护壁与桩身砼不是整体，不能等同于桩身砼，对桩基承载力会产生不利影响。通过上述分析可知，护壁不仅能保证施工安全，还能有效的提高桩的承载力，作用是显而易见的。

参考文献

1吕文良 刑海强.人工挖孔扩底桩的承载力分析及工程应用.建筑技术开发，2003.01

2 孟炜，陈颖辉，李源，金晓波.人工挖孔桩承载力计算方法综述.内蒙古科技与经济，2008.10

3 《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008.中华人民共和国行业标准