钻孔灌注桩论文改

1、前言在建筑物修筑过程中，当地基浅层土质不良，采用浅基础无法满足建筑物对地基强度、变形和稳定性等方面的规定期，往往需要采用深基础。桩基础是一种应用较为广泛的深基础类型。桩基础的分类措施诸多，按照成桩措施分类重要有如下两种基本类型：预制桩和灌注桩。由于灌注桩相比预制桩有下列长处：1.1、施工过程基本无噪音，无振动，无浓烟排放，对环境的影响小；1.2、可根据土层分布变化桩长，并且可选择合适的桩型提高受力性能；1.3、施工过程中桩身不需搬运吊装，不必承受打击，因此可采用较低的配筋率；并且可根据建筑物的重要性和荷载条件选择沿深度变截面配筋。因此，在工程中较多选用灌注桩。灌注桩根据成孔方式又可分为钻孔灌注桩和人工挖孔灌注桩两类。其中人工挖孔灌注桩以工期短、机具简朴、成孔质量好及合用范围广等特点而具有极强的生命力和良好的发展前景。2人工挖孔灌注桩概况2.1发展历程人工挖孔灌注桩是指在桩位采用人工挖掘的措施成孔，然后安放钢筋笼、灌注混凝土而成的基桩。人工挖掘成孔技术源自古代人类的掘井技术。1893年美国首先在芝加哥、底特律等大都市使用这项新技术。由于当时这些大都市土地紧张，导致建筑物的层数不停增长以缓和这种压力。多种高强轻质新材料的出现、大型起吊设备的开发为高层建筑的设计和施工发明了条件。不过，这同步也提高了对基础强度和稳定性的规定。这些大都市地表如下存在着埋深较大的软土或中等强度的粘土层，若基础选用当时通行的摩擦桩，必然会产生不可容许的沉降。于是设计人员不得不考虑把桩设置在更深的持力层上，并且为满足承载力规定还必须将桩身截面设计的很大。由此而导致当时的打桩设备局限性以提供足够的力，把桩打至设计的深度。人工挖孔灌注桩的引入则处理了这一难题。人工挖孔灌注桩也由此被称为“芝加哥式挖孔桩”。由于其施工机具简朴，合用范围广等长处，人工挖孔灌注桩作为一种深基础形式很快的应用于世界各地。人工挖孔灌注桩的出现不仅处理了当时工程中出现的问题，关键是其变化了老式的施工措施，将广泛应用于上部构造施工的现浇工艺引入对基础的施工中。与此前广泛应用的木桩、钢桩以及钢筋混凝土预制桩等打入桩相比，先成孔，再浇筑混凝土的施工工艺确实是一种突破。随即在20世纪40年代出现的钻孔灌注桩也是在此基础之上发展起来的。我国是在上个世纪60年代初开始在工程中引入人工挖孔灌注桩。最初，这项新工艺应用于沿海地区，70年代中期后来又陆续在我国北京、广州等大都市应用于高层和重型建筑物的基础。随即，人工挖孔灌注桩便在我国得到了迅猛的发展。数年间便普及了全国的二十几种大、中都市，广泛应用于包括软土、黄土、膨胀土等特殊土在内的各类地基。据估计，近年来我国应用人工挖孔灌桩的数量堪称世界之最。2.2技术特点自人工挖孔灌注桩问世至今通过了一种多世纪，伴随人们对人工挖孔灌注桩承载机理的研究，这一桩型也得到了深入的发展。在各类建筑物的基础中人工挖孔灌注桩越来越受到重视，这重要是由于它较之其他的桩型有其自身的特点：（1）人工挖孔灌注桩属于非挤土桩，施工基本无噪音，无地面隆起或侧移，无浓烟排放，对周围环境影响小，对附近的建筑物、路面或地下设施等危害小，操作简朴；（2）人工挖孔灌注桩的单桩承载力高，视地质条件、桩身尺寸和混凝土强度等级不一样，一般可达数千kN甚至数万kN。因此，在工程中常设计成一柱一桩的基础形式；（3）人工挖孔灌注桩由于其桩身刚度大，除能承受较大的竖向荷载外，还能承受一定的横向荷载，增强建筑物的抗震力，并能有效地充当坡地的抗滑桩、堤岸支护桩以及地铁或建筑物基坑开挖的支护桩，还可以在基坑开挖后继续作为地下室的承重墙等永久性构造使用；（4）人工挖孔灌注桩施工设备比较简朴、轻便，施工速度快。一般只用镐、锹、人力卷扬机和铁桶（或条筐），必要时采用风镐和通风机。同步可以分组作业，多孔同步进行，提高施工速度；（5）人工挖孔灌注桩质量易保证。采用人工挖孔可直接检查孔底岩层的岩性及风化程度，保证桩端设置在良好的持力层上。人工清底可保证桩底与持力层接触紧密，不存在沉渣现象；（6）人工挖孔灌注桩不需要搬运吊装，不必承受打击，因而可采用较低的配筋率，并可根据建筑物的重要性和荷载条件仅在桩身上段配筋或沿深度作变截面配筋；（7）人工挖孔灌注桩一般桩间间距较大，群桩效应小，设计中无需为此而进行繁琐的计算。桩的沉降及其对邻近桩和周围地面的影响的计算也比常规中等直径桩更为简便；（8）人工挖孔灌注桩采用扩底的型式，能更好地发挥桩端持力层的作用，这是其他桩型所不可比的。并且缩短了桩长，减少了工程量，减少了施工难度。在桩端扩大的基础上，工程人员进而沿桩身在合适的土层上扩大桩的直径，形成多种异形桩，更好地发挥土层的承载力。2.3合用范围人工挖孔灌注桩的上述特点，使其在国内外的工程中得到广泛的应用。尤其是在我国，由于劳动力充足，价格低廉，使单桩成孔造价大大低于钻孔桩或其他类型桩。此外，可以多孔同步施工，加紧了进度，缩短了工期。人工挖孔灌注桩合用范围较广，可广泛应用于如下工况：（1）桥梁、高层建筑、大型设备等的基础，在无地下水或地下水量不多的地层；（2）地表如下有较厚的软弱土层，如杂填土、素填土、淤泥质土等；（3）拟建工程场地有人防工事，可将人工挖孔灌注桩穿过人防工事到达其下的硬土层；（4）工程场地地表如下有埋深较厚的湿陷性黄土，膨胀土，而其下有较硬的持力层；（5）工程场地具有适于作人工挖孔灌注桩持力层的土层，如：岩石类，砾石类，密实砂类，值不小于10MPa的粘性土等；（6）场地狭小的市区，不适宜开进大型机器设备，宜选用人工挖孔灌注桩。它具有土方量小、投资少、施工快、对周围环境影响小的长处；（7）新近建筑物邻近有老建筑物时，采用人工挖孔灌注桩可防止不利影响，以便施工。2.4发展方向伴随时代的进步，科学的发展，建筑物的上部构造形式越来越多，由此也引起了基础工程的不停更新。人工挖孔灌注桩目前的发展趋势大概有这样两个方向：1、桩型的变化。由此前的直壁桩、扩底桩发展为沿桩身布设多种坎（肋），或是桩径设计成沿深度呈阶梯形变化的桩，充足发挥地层中工程性质良好土层的承载力；2、浇筑过程中新工艺的引入。打破先前浇筑实心混凝土桩的老式，采用空心桩，减少了桩的自重和废弃土方量，节省了工程量，减少了造价。此外，引入欧洲国家使用的桩底灌浆施工工艺，通过对桩底灌浆，有效地增长了桩端土的刚度，减少的桩端土层的压缩量。建筑规模的不停增大，引起了桩径的增大。直径为2～3米的人工挖孔灌注桩已司空见惯，个别的到达并超过了5米。为了减少桩身自重，节省工程量，减少造价，但同步又满足承载力的规定，人工挖孔扩底灌注桩作为一种新的桩型引入基础工程。人工挖孔扩底灌注桩能很好的发挥持力层的作用，减少桩长，提高单桩承载力。近年来的工程实例已证明当桩长较大，场地也许因大量堆载或地下水下降而发生沉降，或因地震液化等原因致使桩侧摩阻力减少、丧失甚至会产生负摩阻力时，扩大桩底部直径仍然是发挥桩端持力层的作用、提高单桩承载力的有效措施。伴随人们对扩底作用认识的深化和施工机具的改善，扩底的形式也有了新的发展。扩底的形式重要有锅底形扩底和平面形扩底两种。我国近年推荐采用前者。扩底端的尺寸选用上变化很大。一般桩端直径与桩身直径比不超过3.0；锅底矢高取(0.1～0.15)D；扩底侧面的斜率应根据实际成孔及支护条件确定，一般取1/3～1/2，砂土取为1/3，粉土、粘性土取为1/2，见图如下。人工挖孔扩底灌注桩构造人工挖孔支盘灌注桩从仿生学原理出发，把自然界树木生长的规律应用到工程上来，是一种新的发明。这种桩使用特制的设备在支盘周围可形成坚硬的土体，既有较大的承压能力，又有较大的抗拔能力，由于桩体周围有支和盘的存在，可增长桩的稳定性。人工挖孔支盘灌注桩克服了老式桩型承载力低、抗拔能力小、稳定性差的缺陷，可以认为是夯扩桩和大直径桩(墩)的改善。挤扩支盘灌注桩技术是运用专利设备——支盘挤扩机在常规施作的桩孔内的合适土层，进行加压挤扩，形成“盘”或“支”再按常规工艺灌注混凝土，形成挤扩支盘灌注桩。挤扩支盘灌注桩的机理是:桩身的“盘”或“支”支承于较硬土层上，充足运用桩身周围和桩端的很好土层，变侧阻力为支承力。这样大大提高了桩的轴向承载力、抗拔力，并减小了桩的沉降变形。3.1课题的提出时至今日人工挖孔灌注桩已发展了100余年，此间人类从未停止过对其工作机理的研究。新桩型、新工艺的不停涌现使得工程人员必须更新自己的知识，对人工挖孔灌注桩的受力机理和变形特性进行不停的探讨和研究。尤其是从上个世纪70年代以来，伴随我国国民经济的高速增长，基础设施的建设得到了大力发展。许多大、中都市兴建起大批的高层建筑和大跨度柱网框架构造及大型设备基础等建筑物。尤其是近年来公路事业的发展，大跨径桥梁的数量急剧增长，桩基础的作用越来越重要。在已建和在建的诸多工程中，工程人员发现了存在于建筑物基础方面的大量问题。这些存在于设计、施工和检测中的诸多问题影响了基础工程的发展，同步也给研究人员提出了大量新的研究课题。首先是对人工挖孔灌注桩受力机理和变形特性的研究。尽管人工挖孔灌注桩已使用100余年，工程人员和研究人员一直在不停的探索，不过至今没有对其受力机理和变形特性给出令人满意的解释；承载力与变形也没有建立合理的取值措施；对于桩土体系的荷载传递机理，桩端阻力、桩侧摩阻力在受力过程中发挥的性状也没有统一的认识；在承载力的鉴别原则方面也是如此。目前重要存在的两种承载力鉴别原则：强度控制和变形控制。极限荷载法就是一种强度控制措施，对于小直径桩尤其是摩擦桩，Q-S曲线上拐点较明显，易于确定极限荷载；但对于人工挖孔扩底灌注桩，承载力以端承力为主，Q-S曲线呈缓变型，没有明显的突变点，桩顶沉降相称大时还达不到破坏，这时就需要引入变形控制的措施，用桩顶绝对沉降S或是相对沉降来控制承载力。在运用公式计算人工挖孔灌注桩承载力时，与否需要计及桩侧摩阻力的影响也是有争议的问题，各地工程人员对此也是各执一词，众说纷纭。以上多种问题导致在确定承载力时出现分歧。例如：对于设在同一土层几何尺寸相似的人工挖孔灌注桩的承载力按多种规范提议的公式计算承载力也许相差一倍甚至更多；对于同一基桩的静载荷试验成果，以不一样的极限承载力鉴别原则也也许出现较大的差异。另一方面，单桩轴向容许承载力确实定在工程设计中也是一种值得研究的课题。单桩轴向容许承载力是指单桩在轴向荷载的作用下，地基土和桩自身的强度和稳定性均能得到保证，变形也在容许范围以内所能承受的最大荷载，它是以单桩轴向极限荷载承载力（极限桩侧摩阻力和极限桩端阻力之和）考虑必要的安全度后得到的。单桩轴向容许承载力确实定措施诸多，例如：1、静载试验法；2、经验公式法；3、静力触探法；4、动测试桩法；5、静力分析法等。在这些措施中，以静载试验法最为直观可靠，不过其试验工作量大，操作繁琐，造价较高。设计中较为常用的是经验公式法，重要由于其简朴易行，也有大量经验可供参照。我国现行的各设计规范都规定了以经验公式计算单桩轴向容许承载力的措施。规范根据全国各地大量的单桩静载试验资料，通过理论分析和记录整顿，给出了不一样类型的桩按土的类别、密实度、埋置深度等条件下有关桩侧摩阻力及桩端阻力的经验系数、数据及对应公式。例如：现行的《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）给出了下面两个公式用于人工挖孔灌注桩轴向容许承载力得计算：（1）摩擦桩型人工挖孔灌注桩的轴向容许承载力（2）支撑在基岩上或嵌入基岩内的人工挖孔灌注桩轴向容许承载力各地区均有类似的经验公式，甚至同一地区的不一样设计院也均有各自的经验公式。不过这些公式有的过于保守，有的则偏于不安全。再就是诸多公式都是很数年此前建立的，在新的施工工艺中再使用它则有明显的不妥。例如上面提到的《公路桥涵地基与基础设计规范》还是上个世纪八十年代编写的，它对于这些年来工程中出现的众多实际问题都没有波及到，例如在计算人工挖孔扩底灌注桩承载力时，桩侧摩阻力的计算与否、扩底端部分对桩侧摩阻力影响的深度等问题都没有处理，对于人工挖孔支盘灌注桩的承载力计算公式更是没有提及。1994年颁布的《建筑桩基施工技术规范》中对于有混凝土护壁的人工挖孔灌注桩单桩轴向极限承载力原则值的计算是按照大直径（）干作业钻孔灌注桩的公式进行的。不过由于人工挖孔灌注桩在成孔的过程中使得周围的土体产生应力释放，导致其桩侧摩阻力较之钻孔灌注桩要小。因此，这样的公式套用必将带来计算值与实际值不符。因此，人工挖孔灌注桩怎样把握各设计参数的合理取值，使地基土既能发挥最大的承载潜力，又使基础具有规范所规定的安全度，已成为众多基础工程设计者所关注的问题。4、人工挖孔灌注桩现场静载荷试验4.1岩土工程条件试验场区属于丘陵区，地形起伏不大，较平坦。勘探中未发现地下水存在。在试验场地范围内，地层的岩性重要为亚粘土、粘土和卵石（），具有土卵双层构造，土层分布较均一，层面起伏不大，共分三个土体单元，自上而下分别为：1、人工填土2、亚粘土3、卵石（）根据《工程地质手册》和《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）中的有关规定，对试验场区内的土进行了现场原位测试（原则贯入试验）和室内试验，经综合分析整顿，提出了各土层的物理力学性质指标提议值4.2试验方案设计4.2.1试验中采用三根试桩，其中一根是人工挖孔直壁桩，一根是人工挖孔扩底灌注桩，此外一根是人工挖孔支盘灌注桩。通过对试桩极限承载力和锚桩抗拔能力的估算，决定采用两个锚桩的加载方案，正三角形布置，这样既减小了试验场地面积，也减少了试验费用。如图4-1所示，其中1号试桩是直壁桩，2号桩是人工挖孔扩底灌注桩，3号桩是人工挖孔支盘灌注桩。桩长均为15米（有效桩长），桩径1.2米。三根锚桩所有采用扩底的形式以增长其抗拔能力，其扩大端的设计尺寸同2号试桩。由于试桩在试验过程中不受弯拉，因此只采用构造配筋，主筋为φ20的Ⅱ级螺旋钢筋20根，通长配置，箍筋采用φ8Ⅰ级钢筋，间距20cm。考虑到桩顶一定长度内桩身在加压的过程中存在应力集中的问题，故而试桩的实际桩长为15.6m，在地面以上预留出0.6m长的桩身供应力消散。在浇注试桩的过程中，为防止试验时压破桩头，在桩顶1米的范围内加密了箍筋的布置（间距10cm）、设置了三层承压钢筋网，同步提高浇注混凝土标号，采用40号混凝土。此外，还在桩顶布置了一块直径等同于桩径，厚5cm的钢板，这样便减弱了桩顶由于放置千斤顶而产生的应力集中，有效地将应力扩散到四面。图4-1试验方案平面布置图锚桩及2号试桩的构造如图4-2,a所示；3号试桩沿桩身布设了两个支盘，详细布设的位置如图4-2,b所示；直壁桩的构造形式如图4-2,c所示。(a)人工挖孔扩底灌注桩(b)加肋桩(c)直壁桩图4-2锚桩及试桩的尺寸图考虑到锚桩重要承受上拔力，根据设计上拔荷载确定其配筋为：主筋采用24根φ28Ⅱ级螺旋钢筋通长配置，箍筋采用φ8Ⅰ级钢筋，间距20cm。锚桩主筋长16.5m，其中1.5m为外露于桩顶混凝土外，以备加载时固定反力梁用，如下图所示。图4-3锚桩示意图4.2.2每个试桩沿桩身布设了42个钢筋应力计（量程为-20kN～50kN），在桩底布置了5个双膜振弦式土压力盒（量程为1.0MPa）。自桩底1m起沿桩身每1m间隔作为一种测试的断面，总计14个断面，依次标号为1、2、3、···、14。第一种断面上4个钢筋计布正交布设，第二个截面则对称布设2个钢筋计，然后依次往上布置，钢筋计的布设见图4-4。布设土压力盒时，先在桩底铺上20cm厚一层细砂，然后由试验人员将四个压力盒沿桩周布置在正交的四个方位，此外一种布置在中心位置。压力盒的布设见图4-5。由于埋设的元件是课题研究第一手资料的来源，埋设元件的成功与否直接影响到试验成果的可靠性。因此，在试验元件埋设、试桩浇筑以及试验过程中对元件的保护至关重要，否则通过埋设元件所得到的有关试桩受荷后变形、应力的有关数据不能真实的反应实际的状况，从而导致试验的失败。图4-4钢筋计的布设图4-5压力盒的布设对测试元件的保护贯穿于试验的整个过程，在钢筋计的焊接、钢筋笼吊放就位和灌注混凝土的过程中要注意如下问题：1、钢筋计与试桩主筋焊接过程中，焊接温度不能过高，以免损伤钢筋计，焊接过程中可用浸水的湿毛巾进行降温；2、在钢筋计与主筋搭接的过程中，要尽量保持焊接后的那根主筋不弯曲，否则会导致主筋的偏心受压，钢筋计不能真实反应出桩身的受力状况；3、吊放钢筋笼的过程中，防止使焊接有钢筋计的主筋产生过大的挠曲；4、埋设压力盒时使其受力面与土层充足接触，防止混凝土封闭而影响测试成果。假如桩底出现卵石、砾石等大粒径土则要先在桩底铺上一层细砂；5、浇筑混凝土时假如采用人工振捣，在桩底30cm厚度内不需要振捣，以免伤害到土压力盒；设有钢筋计的主筋附近也不能振捣，在每个测试断面上可只振捣中间部分。5、人工挖孔扩底灌注桩轴向承载力分析与计算桩的承载力是桩与土共同作用的成果，理解单桩在轴向荷载作用下桩土间的荷载传递规律、单桩承载力的构成特点以及单桩受力破坏形态等基本内容，对于合理确定单桩承载力有指导意义。5.1受力机理5.1.1当竖向荷载逐渐施加于桩顶，桩身上部受到压缩而产生相对于土的向下位移，与此同步侧面就会受到土的向上的摩阻力。桩顶荷载通过发挥出来的桩侧摩阻力传递到桩周土层中去，致使桩身轴力和桩身压缩变形随深度递减。在桩土相对位移等于零处，其摩阻力尚未开始发挥作用。伴随荷载增长，桩身压缩量和位移增大，桩身下部的摩阻力随之开始逐渐调动起来。桩底土层也因受到压缩而产生桩端阻力。桩端土层的压缩加大了桩土的相对位移，从而使桩身摩阻力深入发挥，直至桩侧土到达极限摩阻力。而桩端极限阻力的发挥则需要比发生桩侧极限摩阻力更大的位移，这使得桩侧摩阻力先充足发挥出来。当桩身摩阻力到达极限后，由于土粒趋于定向排列,桩侧摩阻力有所减少，若继续加载，其荷载增量将所有由桩端阻力承担（如图5-1）。由于桩端持力层的大量压缩和塑性挤出，位移增长速度明显加大，直至桩端阻力也到达极限。此时所受的荷载就是桩的极限承载力。图5-1桩侧阻力和桩端阻力的发挥性状桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥程度与桩土间的相对位移有关，它们各自到达极限值时所需的位移量是不一样的。已经有试验表明：桩底阻力的充足发挥所需要的较大位移值，在粘性土中为桩端直径的25％，在砂土中约为8％～5％；而桩侧摩阻力的充足发挥只要桩土间有不太大的位移即可得到，但这个位移的详细数值目前尚无统一的认识。一般认为粘性土为4～6cm，砂土中为6～10cm。因此在确定桩的承载力时，应考虑这一特点。5.1.2（一）、桩侧摩阻力桩侧摩阻力的大小及其分布决定着桩身轴力随深度的变化，因此掌握和理解桩侧摩阻力的分布规律，对分析和研究桩的工作机理有重要作用。由于影响桩侧摩阻力的原因即桩土间的相对位移、土中的侧向应力、土层分布和力学性质均随深度变化，因此要精确的用函数来描述桩侧摩阻力沿深度的分布规律较复杂，只能用试验研究措施，即桩在承受竖向荷载过程中，量测桩身应力或应变，计算桩身各截面轴力，求得侧阻力分布或端阻力值。桩侧阻力是随桩土间的相对位移而产生的。桩身受荷向下移动时由于桩土间的摩阻力带动桩周土体产生位移，对应的在桩周环形土体中产生剪应变和剪应力。该剪应变和剪应力一环一环沿径向向外扩散（见图5-2）。在离桩轴nd（n=8～15，d为桩的直径，n随桩顶竖向荷载水平、土性而变）处剪应变减小到零（Randolph&Wroth1978;Cookeetal1979）。根据Luker（1988）等人推算，其桩侧土变形及桩侧土的剪应变、剪应力如图5-2、图5-3所示。图5-2桩侧土变形示意图图5-3桩侧土的剪应变、剪应力距离桩中心r任意点处的剪应变γ为：（5-1）式中：G—土的剪切模量，；—土的变形模量，kPa；—土的泊松比。对应的剪应力可根据半径为r的单位高度圆环上的剪应力的总和与对应的桩侧摩阻力总和相等的条件求得：剪应力为（5-2）将桩侧剪切变形区（r=d）内各圆环的竖向剪切变形加起来就等于该截面桩的沉降W。将上式中的代入式（5-1）并积分得：（5-3）当荷载作用在桩顶时，桩顶处的位移最大，因此也是桩顶处的摩阻力先发挥，伴随荷载的加大，桩身下部的摩阻力才逐渐调动起来。因此，在加荷初期最大桩侧摩阻力发生在桩顶。不过伴随桩顶位移的增大，当桩顶位移超过该土层发挥极限摩阻力所需的位移时，加之桩顶土层受到扰动，桩顶处的摩阻力开始有所下降。这时桩侧摩阻力最大值发生的位置将有所下降。已经有试验研究认为：粘性土中的桩侧摩阻力分布比较复杂，大部分沿深度呈抛物线分布（见图5-4a,b,c），砂土的桩侧摩阻力分布一般也呈抛物线型；伴随荷载的增长，桩侧摩阻力的合力作用点下降（如图5-4d）。图5-4桩侧摩阻力沿桩身的分布影响桩侧摩阻力的原因诸多，除上面提到的桩土间的相对位移外，尚有土的性质、桩的刚度、时间原因和土中的应力状态以及桩的施工措施等原因。对于人工挖孔灌注桩，由于在成桩过程中孔壁侧向应力解除，出现了应力松弛。孔壁的应力松弛导致了土体强度的减弱，桩侧摩阻力随之减少。（二）、桩端阻力荷载增长到一定程度，桩端有相对于土层的向下位移，并压缩桩底土层，此时则开始发挥桩端的支撑力，也就是端阻力。伴随荷载的继续增长，桩底土层也许会出现持续的滑裂面、基底水平面土体隆起等，桩端土层到达破环。其详细的破环形式要根据土层的类别、密实度、相对埋深而定。5.2承载力确实定措施由于建筑物的规定不一样、土层的多样性、不均一性以及地区性差异明显，致使人工挖孔扩底灌注桩承载力确实定也存在着多种措施。绪论中已经简介了常用确实定承载力的措施。总体看来，这些措施可以分为两类，即：以承载力控制和以变形控制。尤其是对于人工挖孔扩底灌注桩，由于其埋深较大，基底以上上覆土层压力大，因此桩底的变形以压缩为主，桩顶沉降较大时桩底土层也不会出现破坏。因此，变形和沉降应当作为评价人工挖孔扩底灌注桩承载力的重要原因。下面分别这对两种确定人工挖孔灌注桩承载力的措施作以简要简介：(一)、按容许变形值确定承载力变形控制措施确定承载力是根据静力载荷试验的成果，在荷载-沉降（）曲线上通过沉降来确定其承载力。目前国内外变形控制常用的取值措施有如下几种：1、美国波士顿建筑规范取沉降量S=3/8英寸（约10mm）对应的压力为轴向容许承载力；取沉降量S=1.0英寸（约25mm）对应压力的二分之一为轴向容许承载力。2、德国建筑原则DIN4041(Ⅱ)取沉降量S=20mm对应的压力为轴向容许承载力。3、日本建筑学会原则取沉降量S=25mm对应压力的二分之一为轴向容许承载力。4、国内常用的几种原则（1）刘金砺（1990）提议取S=10～20mm或S=(0.008～0.01)D（D为扩底端直径）对应的荷载为轴向容许承载力。当桩端直径不一致时，设计人员一般取S=10～15mm对应的荷载为轴向容许承载力。我国工程界一般取S=40～60mm或S=(0.03～0.06)D所对应的荷载为轴向极限承载力。（2）张荣祥，顾宝和（1998）等认为：无论按S=10～20mm确定轴向容许承载力还是取S=40～60mm确定轴向极限承载力，这个原则对大直径人工挖孔扩底灌注桩都显得规定过严。人工挖孔扩底灌注桩的潜在承载能力没有充足发挥，提议对大直径人工挖孔扩底灌注桩以相对沉降量S/D=0.008～0.01对应的荷载作为轴向容许承载力，对进行基桩设计。（3）高广运（1993）年根据黄土载荷试验和工程实践提出了以相对沉降确定黄土层中大直径人工挖孔扩底灌注桩端承力的新思想，也可将这一措施推广到其他土层中。由于以绝对沉降S为控制原则时要考虑端承力随桩端面积的增大而折减，以相对沉降S/D为原则则不需考虑这一问题，可建立不一样桩径间通用的规范原则值。(二)、以强度控制确定承载力强度控制又可以分为桩周土强度控制和桩身材料强度控制两种。一般状况下桩的轴向承载力都是由桩周土的支承能力控制的。对于柱桩和穿越土层土质较差的长摩擦桩，则两种原因均有也许是决定原因。对于人工挖孔扩底灌注桩则重要是以桩周和桩底土的强度来控制。静载试验法、经验公式法、动测试桩法以及静力分析法等均属于强度控制措施。在以强度控制确定承载力的诸多措施中，经验公式法最为常用。这重要由于它简朴易行不需要复杂的试验和公式推导，而只需懂得桩周土的基本物理力学性质即可。目前国内外较为常用的计算承载力的经验公式有如下几种：1、日本大直径人工挖孔扩底灌注桩基础设计措施日本《建筑构造设计规范》确定单桩轴向容许承载力R的措施如下：（4-4）式中：α—系数，硬土α＝1，砂土α＝0.85；β—系数，按计算；—桩端土标贯>50且嵌入深度不小于1.5m或Ds/2时，可取＝50；—桩端计算面积，根据比施工直径小20cm的值计算，m2；—砂质土中平均值；、—砂土、粘土层内的桩长，m；—粘土地基的单轴抗压强度，超过10时按10取值，kPa;ψ—桩横截面周长，m；—扩底端直径，m。2、前苏联建筑规范承受下压荷载的扩底灌注桩，其轴向容许承载力（kN）按下式确定：（4-5）式中：—桩的工作条件系数，当支承在饱和度Sr>9的粉土、粘性土上时，＝0.8，在其他状况下均为＝1；—桩底土工作条件系数，除下列状况均为＝1；爆扩桩＝1；水下浇注混凝土的人工挖孔扩底灌注桩＝0.9；—桩侧土的工作条件系数，砂土、亚砂土、亚粘土中取=0.7，粘土中取＝0.6；R—桩底土的计算强度，kPa；—桩侧第i层土的计算强度，kPa；A—桩端支承面积，m2；U—桩身周长，m；hi—桩侧第i层土的厚度，m。3、我国《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）该规范中规定钻、挖孔灌注桩的轴向容许承载力为：（4-6）式中：—单桩轴向受压容许承载力，kN，；—桩的周长，按成孔直径计算，m；—桩在局部冲刷线如下的有效长度，m；—桩底横截面面积，m2；—桩侧土的平均极限摩阻力，kPa；可按下式计算：—土层的层数；—承台地面或局部冲刷线如下各土层的厚度，m；—与对应的各土层与桩壁的极限摩阻力，kPa；如无现场实测值则可根据规范中提供的取值范围进行取值；—桩端土的极限承载力，kPa；可按如下公式进行计算：—桩端土的容许承载力，kPa；—桩端的埋置深度，m；对于有冲刷的基础，埋置深度由一般冲刷线起算；对于无冲刷的桩基，埋深由天然地面线或实际开挖后的地面线起算；的计算值不不小于40m，当不小于40m时，按40m计算，或按试验确定其承载力；—地面土容许承载力随深度的修正系数；—桩端以上土的容重，kN/m3；—修正系数；—考虑孔底沉淀淤泥影响的清孔系数。4、《基础工程手册》中的计算公式《基础工程手册》中对大直径人工挖孔扩底灌注桩的极限承载力原则值用下式进行计算：（4-7）式中：—中等直径桩（d＝250～800mm）桩身极限侧摩阻力原则值，kPa；可按前述侧摩阻力计算措施确定或通过原位试验、经验措施确定；—有效侧阻桩段长，m；＝总长-扩底高＝；—桩身侧阻有效周长，m；＝，对于外齿形护壁桩，其有效桩径取外齿的最大外径（见图4-5），这是由于桩侧剪切面发生在外齿尖连成的竖向环形面所通过的土体中而不是桩土界面，对于等截面桩身，取；图5-5人工挖孔扩底灌注桩的计算图—桩端投影面积，m2；—中等直径桩（D=250～800mm）桩端极限阻力原则值，按实测、原位测试、经验措施确定，kPa；—侧阻、端阻折减系数（尺寸效应系数）；分别按下列公式进行计算：式中经验指数n对于粘性土、粉土取n=1/4；对于砂土、碎石类土，取n=1/3；对于砂类土、碎石类土，对于粘性土、粉土，由于成孔时孔壁松弛效应不明显，故近似取；式5-4、5-5这两个国外的公式在计算承载力时，没有把扩大端对桩侧摩阻力的影响；我国《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）没有针对于人工挖孔扩底灌注桩承载力的计算公式，而是把它归入钻、挖孔灌注桩的计算公式；式4-7在计算承载力时用到了有效桩长及桩身的有效周长，较之前面的公式是一种进步，不过仍然没有把扩大端对桩侧摩阻力的减弱考虑进去。5.3极限承载力的预测由于从荷载沉降曲线上得不到极限荷载，对试桩的分析就需要借助预测措施来确定极限荷载。根据《基础工程处理与检测实录》中简介的两种极限承载力的预测公式，我们可以预测出试桩的极限荷载。5.4人工挖孔扩底灌注桩容许承载力确实定由于本次试验中没有出现极限荷载，因此不能通过将极限荷载除以安全系数来得到轴向容许承载力。《沈阳城区单桩承载力研究的资料》中给出，对于极限荷载难以确定期，可以选用如下措施来确定轴向容许承载力：1、可用控制沉降量1.2％～1.8％d选用轴向容许承载力；2.、若极限承载力难以确定且试桩有直线段时可用第二特性点对应荷载的1.15倍作为大直径桩的轴向容许承载力；3、经验公式计算法（经验指标法、K值法、原位测试法、贯入度公式法）计算确定轴向容许承载力。运用上面论述的三种措施综合比较来确定承载力。提议用预测极限荷载除以安全系数K=2作为轴向容许承载力。4.5人工挖孔灌注桩轴向容许承载力经验公式的提出由于桩基静载荷试验费用较高、操作复杂、耗时较长。因此合理的计算单桩轴向容许承载力的经验公式则可以用来指导桩基础的设计和施工，在工程中有较高的实用价值。尤其是近年来公路建设的大发展带来了大量的桥梁桩基础的设计和施工任务，人工挖孔扩底灌注桩作为深基础的一种得到了广泛的应用。由于人工挖孔扩底灌注桩的成桩工艺不一样于钻孔桩，其承载力的计算公式应有所区别。但现行的《公路桥涵地基与基础规范设计规范》没有给出专门的人工挖孔灌注桩的承载力计算公式，而是将挖孔灌注桩轴向承载力按钻孔灌注桩公式计算，这就使得算成果与实际不符。习惯上单桩轴向容许承载力是分为桩端阻力、桩侧摩阻力两部分计算，首先求得极限承载力，然后对其除以安全系数K得到。目前，针对人工挖孔扩底灌注桩没有专门的承载力计算公式，《公路桥涵地基与基础设计规范》中是将它归入摩擦桩之列，与钻孔灌注桩共用一种算式。《桩基工程手册》中将其归入大直径桩之列，给出计算极限承载力的公式，同步规定桩侧摩阻力的计算取护壁的外边缘，考虑到有效桩长和桩侧阻力的折减，对桩端阻力的计算考虑到尺寸效应给出了折减系数，使得承载力的计算更趋合理。不过《桩基工程手册》中的公式重要是针对建筑地基用桩，对于桥梁中用的大直径桩则不能很好的合用。此外，由于人工挖孔扩底灌注桩在底部存在临空面，因此有的文献中提出考虑临空面的影响将桩侧阻力作为安全储备，不计入承载力的计算。对于安全系数的取值，一般是桩端、桩侧共用一种安全系数K。根据试验数据反应的成果，桩侧摩阻力在总荷载中的比例不容忽视，尤其在轴向容许承载力的作用下。1号试桩取，此时桩侧摩阻力占42％；2号试桩取，摩阻力占53.56％。由此可见，在计算桩的轴向容许承载力时桩侧摩阻力不可以忽视不计。针对桩底及桩侧存在相称厚度的卵石等压缩性低、弹性模量值大、摩阻强度高的地质状况，这里给出人工挖孔扩底灌注桩轴向容许承载力计算的经验公式：（4-15）式中：，、分别为桩侧、桩端分项安全系数，其他参数的含义及取值措施如前。对于安全系数、的取值问题，宜根据工程对基础沉降的规定及土层的性质综合确定。对于一般的桥涵构造物，沉降规定在（6～10）mm时，给出桩侧、桩端安全系数的取值范围，桩侧安全系数取1.3～1.6，桩端的安全系数取2～4。对于粘性土取取低值，对于砂土、卵石等取高值。运用提议公式来计算1号试桩和2号试桩的轴向容许承载力，取1.5，2.5，计算得到1号试桩＝6344kN，2号试桩计算得到＝8540kN。由此可以看出，式4-15算得轴向容许承载力与预测破坏荷载得到较为靠近，可以作为一种经验公式用于这一地区指导设计和施工。目前轴向容许承载力的计算是用极限承载力除以安全系数得到，而极限承载力的计算是根据桩在极限荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力发挥状况给出的。此时端阻力和侧阻力反应的是极限状态的工作状态。在实际工程中，基桩重要在设计荷载下工作，因此设计荷载作用下桩侧、桩端阻力的发挥状况对于确定单桩轴向容许承载力具有实际意义。这里引入《土工原理与计算》中对于安全系数的定义，安全系数为抗剪强度与实际产生的剪应力之比，。根据这种思想，将桩的安全系数取为桩的极限状态下桩周、桩端土的强度值与实际工作状态下的强度值之比。根据桩侧摩阻力、桩端阻力在轴向容许承载力处发挥状况分别给出这两部分的安全系数，然后再进行计算。这样似乎更为合理，但目前这方面的研究不多。6、挖孔桩施工工艺的研究人工挖孔灌注桩合用于无地下水或少许地下水，且较密实的土层或风化岩层。与其他桩型相比，其重要区别在于成孔方式的不一样，人工挖孔灌注桩是运用人工挖掘成孔，并在土质条件差或有地下水渗出的土层浇筑护壁，然后吊放钢筋笼、灌注混凝土成桩。为施工以便起见，规定人工挖孔灌注桩的桩径不适宜不不小于1.2m，孔深不适宜超过20m。不过在实际工程中，人工挖孔灌注桩已经有超过60m桩长的成功经验。由于人工挖孔灌注桩施工设备简朴、成孔质量好、施工速度快、成本低等长处，在工程中得到了广泛的应用。在工程实践的基础上，施工人员积累了大量的宝贵经验，逐渐形成了一整套的施工工艺。6.1开挖桩孔人工挖孔灌注桩一般采用人工开挖，开挖前要清除现场及四面山坡上的悬石、浮土等，排除一切安全隐患，备好孔口四面临时围护和排水设备，并安排好排土提高设备，布置好弃土通道，必要时孔口要打遮雨棚。挖土过程中要随时检查桩孔尺寸、平面尺寸和轴向倾斜状况，如有偏差应随时纠正。同步应注意施工安全，下孔人员必须佩戴安全帽和安全绳，提取土渣的机具必须常常检查。若孔内产生的空气污染物超过现行《环境空气质量原则》(CB3095)规定的三级原则浓度限值时，必须采用通风措施，方可采用人工挖孔施工。孔深超过10m时，应常常检查孔内二氧化碳的浓度，如超过3%应增长通风措施。孔内如采用爆破施工，应采用浅眼爆破法，严格控制炸药用量并且要在炮眼附近加强支护，以防止震塌孔壁。孔深超过5m时，应采用电引爆，爆破后应先通风排烟15min并经检查无有害气体后，施工人员方可下井继续作业。应根据孔内深水状况，做好孔内排水工作。挖孔到达设计深度后，应进行孔底处理。必须做到孔底表面无松渣、泥、沉淀土。如地质复杂，应钎探理解孔底如下地质状况与否能满足设计规定。6.2护壁和支撑人工挖孔灌注桩开挖过程中，开挖和护壁两个工序必须持续作业，以保证孔壁不塌。挖孔施工应根据土质和水文地质状况，因地制宜选择孔壁支护方案，并应通过计算，保证施工安全并满足设计规定。常用的井壁护圈有下列几种：1、现浇混凝土护圈当桩孔较深，土质相对较差，出水量较大或遇流砂等状况时，宜采用就地灌注混凝土围圈护壁，每下挖1～2m灌注一次，随挖随支。护圈的构造形式为斜阶形，每阶高1m，上端口厚约170mm，下端口约100mm，必要时可配置少许的钢筋，混凝土强度等级为C15或C20，采用拼装式弧形模板。有时也可架立钢筋网后直接锚喷砂浆形成护圈来替代现浇混凝土护圈以节省模板。2、沉井护圈先在桩位上制作