石丁宇
（广西华蓝岩土工程有限公司 530022）
摘要：通过对工程实例中的桩身内力测试，得出不同荷载作用下桩基侧摩阻力和桩端阻力发挥的比例，并对摩擦桩和端承桩两种不同的桩型进行横向类比，分析两种桩型侧阻力和端阻力发挥比例的特点。
关键词：钻孔灌注桩 端承桩 摩擦桩 侧摩阻力 端阻力 桩身内力 后注浆
1 前言
桩基础是一种历史悠久、应用广泛的深基础形式。随着工业技术和工程建设的发展，桩的类型和成桩工艺、桩的设计理念与设计方法、桩的承载力与桩体结构的检测技术等方面均有飞速发展，使得桩与桩基础应用更为广发，具有极强的生命力，更是基于此，在我国幅员辽阔的热土上，万丈高楼起于垒土，沟壑变通途。
场地无坚硬持力层，或岩层埋置较深，受场地施工条件限制等原因时，工程中常常用到摩擦桩。蒋建平[1]在桩底填塞草袋的方法对纯摩擦桩和端承摩擦桩进行了试验对比，根据荷载及沉降曲线，得出纯摩擦桩的沉降相较于端承摩擦桩要大，单桩承载力相较于端承摩擦桩要弱的结论。但实际工程中，桩基很少存在纯摩擦桩，往往为端承摩擦桩，而场地存在坚硬土层时，则采用端承桩，桩侧土层也能提供侧摩阻力，因此，端承摩擦桩和摩擦端承桩的侧阻力和端阻力是如何工作的常常让人混淆，笔者根据实例对两者间的特点进行简单的分析。
2 桩身内力测试原理及方法
2.1 测试原理
1、假定同一断面钢筋与混凝土的变形相同，桩身全长混凝土弹性模量相同[2]。
2、桩身轴力Pz计算公式为：
Pz=EC·AC·εC+ES·AS·εS=（EC·AC+ES·AS）·εS （1）
式中：EC为钢筋混凝土弹性模量，ES为钢筋弹性模量，AC为同一断面出钢筋混凝土面积，AS为钢筋面积，εC、εS为同一断面钢筋与混凝土的应变（由于假定同一断面的钢筋与混凝土的变形一致，不出现裂缝的情况下，εC=εS）。
3、桩侧摩阻力fi计算公式为：
fi=（PZi-PZi+1）/Ai （2）
式中：fi为i断面至i+1断面之间的桩侧摩阻力（Kpa），PZi为i断面的轴力（KN，i=1、2、3……），Ai为i断面至i+1断面之间的桩侧面积。
2.2测试方法
1、将弦式钢筋应力计按要求预埋在试桩桩身指定位置（土层变化处）。
2、弦式钢筋应力计宜放在两种不同性质土层的界面处，以测量桩在不同土层中的分布摩阻力。在地面处（或以上）应设置一个测量断面作为钢筋应力计传感器标定断面。钢筋应力计埋设断面距桩顶和桩底的距离不宜小于1倍桩径。在同一断面处对称设置2个钢筋应力计。钢筋应力计应按主筋直径大小选择。仪器的可测频率范围应大于桩在最大加载时的频率的1.2倍。
3、使用前应对钢筋应力计逐个标定，得出压力（拉力）与频率之间的关系，带有接长杆弦式钢筋应力计可焊接在主筋上；弦式钢筋应力计通过与之匹配的频率仪进行测量，频率仪的分辨力应优于或等于1HZ。
4、在载荷试验时进行桩身内力测试。
3 工程实例
3.1 摩擦端承桩
沈保汉[3]对后注浆桩和前注浆桩作了对比,得出桩的承载力提高2倍以上；肖华溪[4]也阐述了深厚软土在采用后注浆和未注浆的桩基承载力对比得知，注浆后的承载力提高30.8%～46.2%；潘宏宇[5]针对不同地层对比得出：北京地区10m短桩桩底为中粗砂及砾石层时，采用桩底后注浆工艺后，单桩承载力提高70%～200%，而在福建地区桩底进入砂层的60m长桩采用桩底后注浆，承载力提高80%～90%。因此，后注浆技术在实际工程中十分受用，经济效果显著。
某30F～46F的高层建筑群采用3种不同桩长（80m、67m、57m）的钻孔灌注摩擦桩，桩径0.8m，混凝土强度等级为C35，桩底以粉质黏土及细砂作为持力层，抽取14根桩做静载试验，同时用9根桩兼做桩身内力测试实验，经现场检测，检测现场温度、湿度满足要求，未受到强振动及强磁场干扰。
其中，67m及57m桩采用了后注浆的施工工艺。
1、在80m桩（未采用后压注浆法施工）的14处土层分界面置入应变计，按9级荷载分别加载，最大加载值12000KN，根据式（1）及式（2）计算桩身轴力及桩侧摩阻力，整理制表，并将之绘制成图：
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表1 1#桩身轴力数据表
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图1 1#桩身轴力随加载变化对比 图2 1#桩桩侧土层摩阻力随加载等级对比
2、在67m桩（采用后压注浆法施工）的12处土层分界面置入应变计，按9级荷载分别加载，最大加载值12000KN，根据式（1）及式（2）计算桩身轴力及桩侧摩阻力，整理制表，并将之绘制成图：
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3、在57m桩（采用后压注浆法施工）的10处土层分界面置入应变计，按9级荷载分别加载，最大加载值12000KN，根据式（1）及式（2）计算桩身轴力及桩侧摩阻力，整理制表，并将之绘制成图：
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5、上述三种桩型桩侧摩阻力及桩端极限承载力占比：
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6、综上，当荷载逐级增加时，上部土层的摩阻力首先得到发挥，并逐渐向下传递，反映了桩荷载的传递规律。在桩长达到一定长度时，如1#桩，摩擦端承桩在某一种程度上可以定义为纯摩擦桩，因为桩侧的摩阻力几乎承担了桩顶的所有荷载。桩端荷载大小随着桩长呈递减趋势。
7#和11#桩的桩侧摩阻力在67m及57m处桩身内力相较于1#桩的相同位置有显著提高，是因为这两根桩采用了桩端后压注浆法施工。
3.2 端承摩擦桩
1、相较于摩擦桩，端承桩适用于桩底有硬质岩层的工程，尤其岭南一带的灰岩地区，端承桩普遍使用。彭功勋[6]等人对嵌岩桩的四种溶洞赋存空间关系进行了横向对比及计算，用实例论证了承托性或介于垫脚型与侧伏型溶洞形式的桩端承载力即使在桩底一定距离存在溶洞的情况下也能达到技术要求，为工程实例提供很好的技术参考。
现行的勘察市场，由于勘探技术的局限性，对溶洞的查明尚不能做到充分彻底，且碳酸岩中的溶洞往往呈不可预测的空间分布，因此，在大多实际工程案例中，端承桩往往是穿越溶洞，且桩底嵌岩后需满足桩底有3倍桩径且不少于5米完整岩的要求。这种情况下，不仅保证了桩端承载力，同时也能预防桩底有溶洞时发生冲切破坏。
2、南宁五象某高层商住楼高23F～33F，其中6#楼采用剪力墙结构，桩基础形式采用钻孔灌注桩，桩身混凝土强度等级为C35，桩径为800mm和900mm，桩端持力层为较完整灰岩，受检验桩情况如下：
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利用Midas GTS NX软件对本场地抽检的3根不同桩长桩型（34#、6#、21#）进行沉降计算[7]。建模时采用梁单元进行桩基模拟，从桩顶起以1.0m为单位划分N个单元，将桩侧摩阻力以单元荷载的形式施加到相应节点上，来模拟桩侧土体与桩之间的相互作用，在桩顶施加单桩竖向承载力特征值。用弹性支撑来模拟桩端土对桩的影响，弹簧的刚度用“m法”计算。通过计算得桩基节点处的竖向变形和桩顶沉降变形以及桩顶沉降变形设计值和实测值，结果对比如下表所示：
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由表9可见，3种不同桩长的桩型实测结果和理论模拟的数值误差较小，表明该数值模拟结果与实测值较吻合，可用该数值进行工程分析。
3、以6#桩为例，按9级荷载分别加载，最大加载值13400KN，根据式（1）及式（2）计算桩身轴力及桩侧摩阻力，整理制表，并将之绘制成图：
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4、侧摩阻力及桩端极限承载力占比：
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5、综上，在加载到一定荷载后，端承桩侧阻力成为常数，此时桩的承载力主要由桩端提供。
4 结语
1、当荷载逐级增加时，上部土层的摩阻力首先得到发挥，并逐渐向下传递。摩擦桩桩周摩阻力一般占桩顶总荷载的70%～80%，端承桩桩周摩阻力一般仅占桩顶总荷载的20%～30%。
2、在地质条件相对好的场地，当桩长超过一定深度后，桩顶的承载力完全由桩侧摩阻力提供，摩擦端承桩变为纯摩擦桩。
3、采用后注浆的施工工艺，可以显著地提高桩身承载力。根据不同地区的不同地质条件场地，提高的比例不尽相同。
4、由于影响桩基承载力的因素过于繁杂，例如桩长、桩径、桩侧土层的性质、桩端土层的性质、桩端入持力层深度、混凝土强度质量、沉渣情况、施工工艺等，因此本文结论具明显的局限性，仅供参考。
参考文献：
[1]蒋建平.同场地大直径纯摩擦桩和端承摩擦桩对比研究.工业建筑,2003年第33卷第10期.
[2]陈凡等.建筑基桩检测技术规范.中国建筑工业出版社,2014年.
[3]沈保汉.后注浆桩技术(1)——后注浆桩技术的产生与发展.工业建筑,2001年第21卷第5期.
[4]肖华溪.深厚软土桩基后注浆技术试验与研究：[硕士学位论文],2009年.中南大学.
[5]潘宏宇.钻孔灌注桩后注浆技术实践及其效果分析.探矿工程,2012年第39卷第7期.
[6]彭功勋等.岩溶地区嵌岩端承桩桩端承载力探讨.广东土木与建筑,2007年8月第8期.
[7]郑一峰等.高填土场地考虑土体固结的桩基负摩阻力.吉林大学学报（工学版）,2017年7月第47卷第4期.