螺杆桩桩身内力测试的浅析

螺杆桩桩身内力测试的浅析

谈荣玮 罗宇

四川安泰工程质量检测有限公司四川成都 610000

摘要：对于大型工程、经验不足或地质不明时进行内力测试尤为重要，可以为基桩的设计提供数据依据。通过对螺杆桩工程实例中的桩身内力测试，得出不同荷载作用下桩身轴力和桩侧摩阻力发挥的作用、规律。

关键词：螺杆桩 桩身轴力 侧摩阻力

1、前言

当地基浅层土质不良时，采用浅基础无法满足结构物对地基强度、变形和稳定性等方面的要求时，往往要采用深基础，由若干根桩和承台两部分组成。在工程中基桩的单桩竖向抗压极限承载力，需要通过单桩抗压静载试验为设计提供依据，采用桩身预埋应力传感器，测定桩身应变，计算各土层的桩身轴力和桩侧摩阻力。

2、测试原理及方法

2.1测试原理

(1)假定∶桩身横截面尺寸基本恒定；同一截面钢筋与混凝土的变形协调；桩顶下混凝土弹性模量相同；位于桩顶面以下标定断面所受轴力与静载荷试验的加载量相同。

(2)桩身范围内砼弹性模量Ecij的确定∶将J1截面作为标定截面（i=1），量测该截面钢筋应力计在包括预压的各级荷载作用下频率变化值，用此推算各载荷等级下钢筋应变εs1j，由于假定砼与钢筋协同受力，不出现裂缝，故砼应变εc1j=εs1j，由此可以算出各载荷等级下桩身砼的弹性模量Ec1j。利用钢筋应变εs1j与桩身砼的弹性模量Ec1j的两组数据可以拟合出关于两者之间的相关关系，根据其余各截面在各载荷等级下钢筋应变εsij，再通过其相关关系可以得到各截面在各载荷等级下的Ecij；

(3)某一截面桩身轴力PZj计算公式为：

式中：

Ecj、Esj —砼弹性模量、钢筋弹性模量[Es取2.0×108(kPa)]

Acj、Asj —同一截面处砼面积、钢筋总面积。

εcj、εsj—同一截面处砼与钢筋的应变

(4)钢筋应力计受力的计算公式：

式中：

PSij—第i量测截面处在j级荷载下应力计所受轴向力（kN）

Fij—第i量测截面处在j级荷载下应力计的实测频率值(Hz)

Fi0—i截面处钢筋应力计的初始频率值（Hz）

K—应力计标定系数

Asi—第i量测截面应力计面积(cm2)

(5)第i量测截面处在第j级荷载下的桩身轴力：

(6)桩侧摩阻力计算fij：

式中：

fij—i截面至i+1截面之间在第j级荷载量下的桩侧摩阻力(kPa)

Pij—i截面在j级荷载量下的轴力(kN)

Ai—i截面至i+1截面之间的桩侧面积(m2)

2.2测试方法

(1)将弦式钢筋应力计按产品使用要求预埋在试桩桩身指定位置。

(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层摩阻力。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计可焊接在主筋上；弦式钢筋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工程概况

某高层住宅项目基桩采用螺杆桩，GZHL2b型试桩3根，桩身混凝土设计等级C45，设计桩长16.6m，设计桩径600mm。主要由杂填土、淤泥、松散卵石、密实卵石等组成，桩端持力层为中风化泥岩，天然单轴抗压强度5.0MPa。

3.2仪器设备及钢筋应力计的埋设

每桩钢筋应力计设置在各土层交界面处，共设置5个截面，每一个截面设2只钢筋测力计，采用YX-1010振弦式钢筋应力计。

4、数据分析

（1）根据现场采集的实测数据，经过计算、分析、汇总形成每一根桩的桩身轴力分布图、桩身轴力分布图，如下图：

（2）根据各试验桩桩身轴力、侧摩阻力占桩顶荷载的比例，形成桩侧阻力占比表，如下表：

表4.1 桩侧阻力占比表

5 结语

（1）通过桩身轴力数据表和分布图进行分析，在同一测试断面处，桩身轴力随桩顶荷载的增大变化基本相同，说明两个断面间的侧摩阻力基本恒定。

（2）通过桩身轴力数据表和分布图进行分析，当荷载不断增大时，上部土层的侧摩阻力逐渐增大，并逐渐规律性向下传递，根据桩长可以预测桩端阻力占桩顶荷载的比例在40%以下，由此可见此类螺杆桩以侧摩阻力承担桩顶主要荷载，设计过程中应根据桩长、类型、地质情况等考虑桩端阻力和侧摩阻力的分布。

（3）通过对桩身侧壁摩阻力数据表和分布图进行分析，此类螺杆桩杂填土层桩身侧壁摩阻力在6.1~23.3kPa之间，随桩顶荷载变化幅度较小。此类螺杆桩密实卵石层桩身侧壁摩阻力力在24.8~241.4kPa之间，随桩顶荷载变化幅度较大。此类螺杆密实卵石层桩身侧壁摩阻力可达到杂填土层桩身侧壁摩阻力的4~10倍。

（4）相关规范中对桩侧摩阻力的建议值，在不同的行业规范、不同地区、不同地质等差异较大，不宜完全依靠建议值，建议应通过桩身内力测试实测桩侧摩阻力，为工程设计提供可靠的数据依据，为工程的质量奠定基础。

（5）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，本文结论具有一定的局限性，仅供参考。

参考文献

[1]朱存兵等.基桩内力测试的应用研究.工程管理前沿.2020年33期

[2]石丁宇.不同桩型侧摩阻力及端阻力的浅析.科学与技术.2021年09期