静钻根植桩 设计、施工与试验研究 浙江院– 方伟定 2013.11 福州 27.02.2017

目录 １技术背景 ２工程背景 ３静钻根植桩的设计 ４静钻根植桩的施工 5 静钻根植桩的试验研究 6工程效益 7结论与展望 27.02.2017

现有预制桩(预应力管桩)施工缺点 挤土，施工对周围设施(地下构造物、管线)有影响 施工会产生噪声 穿透各种夹层时有难度、桩顶标高难以控制 施工不当时易对桩身造成宏观或微观的损害 很少能用在超高层建筑 设防裂度为8度及以上地区,不宜采用预应力管桩和空心方桩 27.02.2017

现有灌注桩施工法缺点 缩颈，桩底沉渣等时有发生，质量波动大,不稳定 泥浆排放成为社会问题,现场难以保持整洁、文明施工难度大 泥皮和桩端沉渣会降低桩的承载力 施工速度慢，效率低， 27.02.2017

预制桩及施工法的变迁 产品 施工法 PHC管桩 竹节式管桩 PRC桩 SC复合桩 日本： PHC管桩 予钻孔扩底固化工法 中掘扩底固化工法 锤击沉桩 韩国、台湾地区：采用植入法施工PHC管桩 27.02.2017

CRG桩 2005年，广州建科院，钻孔预制注浆桩(Concrete Reinforced Grouting Pile)(简称CRG桩)。 预先钻孔法是边钻孔边排土然后将桩插入孔内，最后再将桩打入。为增大桩侧摩阻力，可在孔内预先填充砂浆、水泥浆、膨润土与水泥浆混合液等，然后将桩插入，以利用填充材与地层间的摩阻力。 27.02.2017

劲性搅拌桩 受SMW工法启示,1998年,国内天津大学、上海市基础工程公司等分别在天津和上海对混凝土劲性水泥复合桩（即劲性搅拌桩）进行了试验，1999年上海市建委组织了评审，评审意见认为：“劲性搅拌桩造价低，承载力高，施工对环境的挤土、噪音、污染等影响较小”。 由于国内在关键的配套施工设备上一直未有突破，因此劲性搅拌桩国内进展缓慢。 27.02.2017

高喷插芯组合桩 高喷插芯组合桩是在高压旋喷水泥土中插入预应力管桩(或沉管桩、钢桩等）作为芯桩的组合桩，也是劲性搅拌桩的进一步发展。 27.02.2017

埋入式桩工法 埋入式桩工法是日本20世纪60年代初期首先开发的，以低噪声、低振动为目标，针对挤土预制桩工法提出的。所谓埋入式桩工法，是将预制钢筋混凝土桩或钢管桩，用预钻孔或中掘(在管桩内挖土)等方法进行沉桩后，再采取锤击、对桩端进行固根(含扩孔固根)等手段增强承载力的工法的总称。由于该工法可消除一次公害和挤土效应，所以近十多年来经日本建筑中心评定的各类基础工法中，埋入桩工法种类最多，近几年还有上升趋势，根据日本2008年各种施工工法的实践使用结果统计，埋入式桩施工工法占预制桩施工总量的90%。埋入式桩法按预制桩的插入方法可大致分为：预先钻孔法、中掘工法(也称桩中钻孔法)和旋转埋设法。 27.02.2017

日本2008年预制桩施工工法比例 中掘扩底固化工法 预钻孔扩底固化工法 27.02.2017

新型预制混凝土桩产品 静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩 （浙江省建筑标准设计图集 2012浙G36） 复合配筋先张法预应力混凝土管桩 27.02.2017

预应力混凝土竹节桩 静钻根植先张法预应力混凝土竹节桩 （简称竹节桩、代号：PHDC ） 通过桩与周边的咬合，提高桩身侧阻力 通过下端扩头，改善桩端阻力特性 27.02.2017

复合配筋预应力混凝土管桩 复合配筋先张法预应力混凝土管桩 （简称复合配筋桩、代号：PRHC ） 预应力钢筋 + 非预应力钢筋、 端板锚固筋 可满足抗拉，抗水平荷载要求。 可部分代替钢管桩 参照日本的相关资料，可在地震区使用 27.02.2017

桩节组合 桩节组合 PHDC桩 + PRHC桩 或 PHC管桩 1）根据地质条件，选择合适的桩型增加侧阻力及桩端阻力 2）改善桩身上部的抗水平、抗拔承载力 部位 组合一 组合二 上节 PHDC PHC PRHC 中段 PHDC 或 PHC 或 PHDC+PHC PRHC 或 下节 27.02.2017

与现有预制桩施工工法相比 单桩抗压承载力高，桩身混凝土强度得到充分发挥；可减少承台用桩量 桩身抗拔性能得到大幅提高 桩身抗水平承载力大幅提高 无挤土，施工对周围设施（地下构造物、管线）无影响 无噪声和空气污染 可穿过各种夹层，适应桩端持力层变化较大的地质条件 不会对桩身造成因沉桩而产生宏观或微观的损 桩顶标高可控，无需截桩。可避免因截桩而造成桩头破坏或桩身预压应力的变化 桩身，特别是桩身接头部分受桩身内外水泥土的保护，长期耐久性可靠 桩身完整性更加可靠。 27.02.2017

与现有灌注桩施工工法相比 工厂化规模生产，混凝土强度可达到C80~C100,桩身质量稳定 技术先进，成桩过程全自动监控，施工质量可靠 无需现场浇注混凝土，不会出现缩颈现象 桩底无沉渣，确保端阻力满足设计要求 同承载力条件下泥浆排放量可减少75%，社会效果明显 台班施工速度快4~5倍 单方混凝土承载力高2~3倍，资源得以充分利用 桩顶标高可控，便于机械开挖施工 文明施工，现场整洁，无需现场加工钢筋等 成桩垂直度控制好，完整性更加可靠。 27.02.2017

２工程背景 桩周水泥土与桩端水泥土 桩端水泥土形成状况 桩周水泥土 形成状况 27.02.2017

2工程背景 本期工程建设规模为在拆除一期2台135MW机组基础上，按“上大压小”方式建设2×660MW超超临界燃煤发电机组，同步实施脱硫、脱硝装置。 本期主厂区第一台机组基本座落在一期工程的主厂房区桩基密集区 本期主厂区第二台机组座落在一期工程办工楼区域（老桩稀疏区） 第二台机组炉后区有一期的沉管灌注桩 27.02.2017

#7锅炉区新老桩位置图 27.02.2017

工程地质条件 （2-1,2-2）层淤泥，层厚30米左右。 （3-2）层粉细砂，层厚0.70～5.90米。层顶标高-23.03～-28.28 米。 （4-2）层粉质粘土，层厚0.91～5.00米，层顶标高-38.00～-44.12米。 （5-1）层砾（卵）石，层厚0.05～17.25米，层顶标高-41.63～-53.88米。 27.02.2017

持力层 （7）层砾（卵）石，灰黄色，棕黄色，中密～密实，含有中、粗砂及少量泥质，砾（卵）石以圆形、亚圆形为主，成分为晶屑熔结凝灰岩，中等风化，卵石含量约占30%左右，砾石含量约占43.4～51%左右，中粗砂及泥质约占26.4 ～19%。该层主要分布于锅炉房以南区域及主厂房东侧，层厚在2.10～14.10米。层顶标高-52.35～-57.53米。 27.02.2017

（8）层粉质粘土，灰褐色，灰色，湿，稍湿，可塑～硬塑，重塑性，该层均匀性较差，局部为粉土。层厚1. 00～22. 10米。层顶高程-54 （8）层粉质粘土，灰褐色，灰色，湿，稍湿，可塑～硬塑，重塑性，该层均匀性较差，局部为粉土。层厚1.00～22.10米。层顶高程-54.91～-68.04米。 （9）层碎石，浅灰色，湿，中密～密实，碎石成分以中等风化凝灰岩为主，呈次棱角状，一般粒径4cm左右，大着达10cm左右，含泥量较大，该层仅在煤场西部的S81孔中揭露。层厚2.80米。层顶高程-58.96米。 27.02.2017

各岩土层桩基承载力参数表 层 地 层 预制桩 钻孔桩 承载力 号 名 称 的极限 特征值 侧阻力 端阻力Kpa 端阻力 Kpa 1 粘土 60 - 55 90 2-1 淤泥 14 12 50 2-2 18 16 3-1 淤泥质粉质粘土 22 20 3-2 粉细砂 40 35 3-3 粉质粘土 30 25 4-1 粉土 2500 4-2 4-3 5-1 砾（卵）石 200 11500 150 2200 6-1 45 6-2 3000 750 6-3 7 8 27.02.2017

一期试桩 第一组450×450方桩，桩长45.6m~47.1,持力层4层和5-1层（基座） 第三组450×450方桩，桩长57m,持力层6-2层（BC框架） 第四组Φ377沉管灌注桩，桩长23m，持力层3层淤泥质亚粘土 27.02.2017

二期试桩 第一组500×500×Φ300 空心方桩，桩长46.4m,持力层4层 第二组500×500方桩，桩长55.6m,持力层6-2层 27.02.2017

三期试桩内容 27.02.2017 试桩 桩型及规格(mm) 桩入土 试 桩 内 容 编号 深 度 垂直荷 水平荷 断面内力测试 动力试桩 试 桩 内 容 编号 深 度 垂直荷 水平荷 断面内力测试 动力试桩 (m) 载试验 大应变 小应变 S1-1 PHC-AB600（110)a 65 √ S1-2 S1-3 60 S1-4 S2-1 62 S2-2 S3-1 Φ1000钻孔灌注桩 61.5 S3-2 S3-3 M1-1 59.6 ~M1-12 M2-1 ~M2-8 M3-1 约62 ~M3-10 27.02.2017

一期工程桩情况介绍 温州电厂一期工程建设于八十年代，主厂房基础采用450x450予制钢筋混凝土方桩，设备基础采用400x400予制钢筋混凝土方桩，桩最长达53.4米，桩的长径比达到118,(目前省标一般控制在100以内,穿硬土层时控制在80以内)考虑送桩因素，桩入土深度最深处达58米。 温州电厂一期5000吨水池采用了水泥搅拌桩复合地基,是八十年代电力系统最早采用水泥搅拌桩的的工程之一,效果优良,说明电厂的淤泥土与水泥胶结性能良好。（四期工程推荐桩型与施工工法要求土层与水泥胶结性能良好) 27.02.2017

老桩利用的可能性 一期老桩在本期主厂区不推荐主要建构筑物利用，主要原因是深度不够，对控制沉降无大的帮助，但可作为承载力安全储备与新的工程桩联合使用，此时，为降低筏板的配筋，可根据规范长短桩理论的有关规定进行设计；一些荷载较小的设备基础，构架，在老桩经必要的检测后，可酌情使用。 27.02.2017

四期桩基持力层的选定 从二、三期主厂房的实测沉降资料分析可以知道，温州电厂四期主厂区的持力层应至少到达7号土，才有可能将沉降控制在规范规定的150mm以内，非常幸运的是本期厂区基本上均分布有7层土。 7号土以下持力层由于桩长要超过70米，从经济上分析是不大经济的。 鉴于三期D30点沉降已达130.9mm（ 7号土缺失），而四期的荷载又大于三期（1.3~1.5倍），因此沉降控制在规范规定的150mm以内需要采取一定的措施。 （三期BCD平均沉降为110，本期平均沉降为110x1.3=143mm，如四期采用侧煤仓方案更有利于控制沉降） 27.02.2017

四期桩型及施工方法选择(1) 在一期厂址老桩如此密集的区域，本期工程再采用挤土桩方案是不可行的。一是严重的挤土效应会导致桩的过大偏位甚至损害，二是沉桩过程无法避免碰到老桩而导致桩的报废。第三,打入桩穿越5-1层沉桩至7号持力层,难度很大. 在没有发生斜桩的区域，也存在碰老桩的可能，因为对50m的长桩而言，即使按规范的容许倾斜率1%考虑，也有500mm的偏差度，所以1800mm净距按规范的容许误差最小可能只有800mm。国内曾对某钢管桩作过倾斜度测量，60m长桩竟有3m偏差。 27.02.2017

四期桩型及施工方法选择(2) 非挤土桩方案，由于原工程桩中心距为1.8~2.2m，扣除桩的边长，其理论上的中心净距离最小为1.8m左右，假定采用1m的灌注桩（60m桩长，采用800直径长细比过大不利于控制桩身质量），理论上孔边到桩边的距离仅有400mm，这个空隙是较难避免与老桩相碰的问题,如果考虑到一期工程桩基曾发生过较大范围的斜桩，桩基偏位等情况，则不确定性更大。在本期工程桩施工过程中，钻机可能碰到老桩的情况下，如果在成孔到一半时碰到，重新移位对工程进度会带来很大的影响。如果原成孔报废后重新回填，在边上新成孔很难避免坍孔。 27.02.2017

钻孔灌注桩方案可能产生的问题 因此，在一期老厂区，如采用普通的钻孔灌注桩解决这个问题，只有二种很难实施的办法：1，先拔除部分老桩再打桩。2，如遇老桩，调换牙轮钻头硬磨。由于钻孔灌注桩的钻杆较细（150mm），如果在深层相碰，牙轮钻头也很难磨掉，何况予制桩内还有相当数量的钢筋。 另外，采用普通的钻孔灌注桩，由于桩底沉渣因素，对控制四期工程的沉降也颇为不利。沉降一般认为由桩身压缩，下卧层和桩端刺入沉降三部分组成。根据前面从三期的沉降资料分析计算，计算沉降已接近规范限值。而加大桩长对投资影响较大。 27.02.2017

四期桩型及工法选择 桩型: 一期125MW，450x450,400x400RC方桩, Φ377沉管灌注桩,水泥搅拌桩 三期300MW ，Φ600PHC， Φ550PHC预应力管桩， Φ1000灌注桩（烟囱） 四期660MW，静钻根植工法竹节桩加(复合)预应力管桩,PHDC800-600+PHC800+PRHC800，PHDC650-600+PHC600+PRHC600, 工法:静钻根植工法 27.02.2017

3.静钻根植桩的设计 1)持力层要求: 静钻根植桩宜以较厚均匀的坚硬粘性土层、密实碎石(砂、粉)土层、全风化或强风化岩层作桩端持力层；桩端进入持力层的深度不应小于500mm，且对粘性土、粉土、残积土、全风化岩不宜小于2.0D，砂土不宜小于1.5D，碎石类土、强风化岩不宜小于1.0D； 2)桩最小中心距要求: 由于静钻根植桩具有灌注桩的非挤土特点（属轻微挤土），因此其最小中心距可参照JGJ94-2008[3]规范3.3.3条规定执行，其中桩设计直径取钻孔直径。 27.02.2017

静钻根植桩的最小中心距 桩基情况 桩的最小中心距 独立承台内桩数超过9根，条形承台内排数不少于3排 3.0 DK 其他情况 2.5 DK 注：1 桩的中心距指两根桩横截面中心点之间的距离； 2 DK为静钻根植桩钻孔直径。 27.02.2017

3)单桩竖向承载力特征值的确定 1 单桩竖向承载力特征值须通过静载荷试验确定。试验方法应符合国家行业标准《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2003[4]第4章关于单桩竖向静载荷试验的规定。 2 在初步设计时可按下式估算： Quk=qpkAp+Σuiqsikli 27.02.2017

式中 Quk--单桩竖向极限承载力标准值； qpk--极限端阻力标准值，按混凝土预制桩极限端阻力标准值的二分之一取值； Quk=qpkAp+Σuiqsikli 式中 Quk--单桩竖向极限承载力标准值； qpk--极限端阻力标准值，按混凝土预制桩极限端阻力标准值的二分之一取值； qsik--桩侧第层土的极限侧阻力标准值，按混凝土预制桩极限侧阻力标准值取值； Ap--扩底横截面面积； ui--桩身周长（PHDC桩按节外径计算，其他类型桩按桩外径计算）； li-- 桩穿越第i层土(岩)的厚度（桩端2m范围不计算侧阻力）。 27.02.2017

由于静钻根植桩单桩竖向承载力特征值计算在国内尚无类似施工技术及计算公式，上述计算方法参照了《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008[3]中5 27.02.2017

日本的计算方法 日本社团法人混凝土桩建设技术协会【预制混凝土桩—基础结构设计手册（建筑编）】（2009年5月）第2章 设计手法中对预制桩的容许竖向承载力的计算方法规定如下： 根据平成13年（2001年）国土交通省告示第1113号基础桩容许承载力的决定方法，预制桩的长期容许竖向承载力按式1或式2计算。 27.02.2017

Ra=1/3Ru--------------------式1 Ra= qpAp+1/3Rf ---------式2 式中: Ra--长期容许竖向承载力（kN） Ru--单桩竖向静载试验荷载（kN） qp--基础桩的端部容许应力值（kN/m2） Ap--基础桩的端部有效断面积（m2） Rf--极限侧阻力（kN） 27.02.2017

锤击工法和水泥浆工法计算公式 锤击工法和水泥浆工法的长期容许竖向承载力计算公式见表1 （砂性土以平均N值计算，粘性土以桩侧摩阻力系数计算） 27.02.2017

目前相关规程参照了日本规定，桩端端阻力特征值按本地区(宁波地区,粉粘土)混凝土预制桩实测值的二分之一取值。 日本计算公式中，与静钻根植桩基础技术基本等同的水泥浆工法的容许端部应力值取值为锤击工法的三分之二， 但日本的桩荷载试验与我国有所不同(快速法),大沉降(10%桩直径),安全系数3. 目前相关规程参照了日本规定，桩端端阻力特征值按本地区(宁波地区,粉粘土)混凝土预制桩实测值的二分之一取值。 本工程经试算,可按三分之二取值,与静载试验更吻合. 27.02.2017

在宁波，温州进行了数十根抗压 静载试验，无一根低于计算值 前不久上海也完成了根植桩的试桩 27.02.2017

4)单桩抗拔承载力特征值的确定 1 单桩抗拔承载力特征值须通过静载荷试验确定 2 在初步设计时可按下式估算 1 单桩抗拔承载力特征值须通过静载荷试验确定 2 在初步设计时可按下式估算 Tuk=Σλiqsikuili+Gpk 式中 Tuk —单桩抗拔极限承载力标准值； λi—抗拔系数，按下表取值。 qsik—桩第i层土(岩)的抗压极限侧阻力标准值，按本地区混凝土预制桩实测值取值； ui —桩身周长（PHDC桩按节外径计算，其他类型桩按桩外径计算）； li—桩穿越第i层土(岩)的厚度； Gpk—单桩自重标准值，地下水位以下应扣除浮力。 27.02.2017

抗拔系数λi 土(岩)的类别 抗拔系数值 粘性土、粉土 0.70~0.80 砂土 0.50～0.70 强风化岩、花岗岩残积土 0.50~0.60 27.02.2017

桩身结构承载力设计值 静钻根植桩适用的桩型有预应力管桩（PHC）、预应力竹节桩（PHDC）、复合配筋预应力管桩（PRHC），当桩轴心受压时Qc=ΨAfc （由于根植工法对桩身无损伤， Ψ可按0.85考虑一般PHC管桩图集Ψ取 0.70 ） 式中 Qc --相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向承载力设计值； A--桩身横截面积； fc--桩身混凝土轴心抗压强度设计值。 27.02.2017

4.静钻根植桩的施工 采用专用的单轴钻机，按照设定深度进行钻孔，桩端部按照设定的尺寸（直径与高度）进行扩孔，扩孔完成后，注入桩端水泥浆和桩周水泥浆，边注浆边提钻，钻孔完成后依靠桩的自重将桩植入设计标高，通过桩端及桩周水泥浆液固化，使桩与桩端及桩周水泥浆固化土体形成一体，共同承载的桩基础施工工艺。 钻孔垂直度是保证植桩质量的关键，尤其是钻孔开始阶段，垂直度精度超差必须进行校正。在钻孔过程中喷水或是膨润土混合液的目的是起到泥浆护壁的作用，保证钻孔过程中土体不塌陷，并确保钻机的负荷电流在允许范围内。根据施工经验，钻孔直径大于桩节外径100mm能保证施工的可行性和桩的受力性能合理性。 钻孔速度和地质条件关系密切，钻孔速度以保证土体不塌方和钻机负荷电流不超载为作为控制原则。 27.02.2017

27.02.2017

27.02.2017

静钻根植桩的施工 扩底是静钻根植桩提高承载力能力的重要措施，扩底直径是钻孔直径的1.2~1.5倍。根据地质情况选择桩周和桩端水泥浆的水灰比，桩周水灰比一般控制在1~1.5之间，桩端水泥浆的水灰比控制在0.6~0.9之间。 静钻根植桩具体的施工步骤分为钻孔、扩底、注浆、植桩四个过程。 27.02.2017

桩端持力层确认 钻机操作手监控画面 桩端持力层确认 钻机积分电流变化情况与勘测报告对比 1）电流变化与静力触探变化趋向相同，通过电流变化可以确认进入持力层的状况 2）并可以通过确认附着在钻杆上的泥土状况进行判断 钻机操作手监控画面 27.02.2017

电脑自动记录 27.02.2017

桩端扩头概要 27.02.2017

钻机操作手监控画面记录结果 施工质量 钻孔深度 钻孔速度 钻机电流 钻孔用水量 水泥浆注入量 桩端部分 （水灰比1：0.6） 桩周部分 （水灰比1：1.0） 27.02.2017

桩周水泥浆与桩端水泥浆 桩周水泥浆 桩端水泥浆 根据地质情况选择桩周水泥浆的配合比及注入量 水灰比控制在1-1.5之间 水泥浆与土的比例在30%-50%之间 桩端水泥浆 根据地质情况选择桩端水泥浆配合比 按持力层标贯击数（N值），水灰比控制 在0.5-0.9之间。 桩端水泥浆注入高度≥2.5m 桩端水泥浆注入量为注入高度部分的全体积 桩端持力层标贯击数平均值N 水灰比 N≤20 ≤0.9 20<N≤40 ≤0.7 N＞40 ≤0.6 27.02.2017

S1-1试桩电流与地质情况对照图 27.02.2017

积分电流作为施工过程中对地质情况的真实反映，对桩的施工及成桩质量分析控制具有很重要的参考价值。 27.02.2017

烟囱部位Y-43#桩积分电流图 由积分电流判断该桩钻孔 进入持力层3.5~4m。 27.02.2017

煤仓间部位M-83#桩积分电流图 由积分电流判断该桩钻孔 进入持力层2.5~3m。 27.02.2017

7#锅炉部位G-97#桩积分电流图 由积分电流判断 G-97#桩钻孔进入持力层3.5~4m， 该桩桩顶高于设计标高3.8m， 因此可判定为承载力不满足要求； 27.02.2017

7#锅炉部位G-98#桩积分电流图 由积分电流判断 该桩钻孔进入 持力层2.5~3m。 27.02.2017

G-98、M-83、Y-43#桩钻孔进入持力层深度与桩顶偏差高度差值均大于1m，可判定为承载力满足设计要求。 积分电流分析结果与静载实验结果相符。 27.02.2017

标高偏差桩静载实验抽检结果 桩号 所属部位 成桩日期 标高偏差/m 设计极限承载力/KN 静载试验结果/KN Y-43 烟囱 2013-5-24 +2.80 11000 ≧11000 M-83 煤仓间 2013-7-10 +0.35 8250 ≧8250 G-97 7#锅炉 2013-4-15 +3.80 9000 G-98 2013-4-14 +1.85 27.02.2017

植桩不到位的原因分析 1) 施工场地条件因素 a 回填塘渣影响 b 老桩影响 2) 施工质量方面 施工过程中其他影响成桩质量的因素主要为开始注浆到植桩结束的时间控制。如汽轮发电机基座部位的Q-74#桩，在注浆结束并植入预制桩后，由于设备故障导致暂时不能立即进行送桩操作，在设备维修完毕后桩材已无法拔出，最终导致桩顶高于设计要求3.8m。 27.02.2017

静钻根植工法在本项目的优势 由于地下老桩，大块混凝土及塘渣的影响，常规的钻孔灌注桩施工设备难以顺利施工，施工进度和质量很难得到保证。静钻根植工法在一般地质情况下，施工速度为常规钻孔灌注桩的4~6倍。在处理地下老基础方面，钻孔灌注桩设备不能独立完成清障工作，如增加冲击钻等设备时，必然将增加施工时间。因此，保守测算时，在本工程老桩区域施工时静钻根植工法的单机施工速度为钻孔灌注桩的6~8倍。 本工程在施工过程中仍有近两百根次的桩碰到老桩。 27.02.2017

挖出整块老基础 27.02.2017

提钻时带出老基础钢筋 27.02.2017

扩大翼提钻后发现扩大翼断掉 27.02.2017

6.静钻根植桩的试验和检测 a.试桩的试验 b.工程桩的试验和检测 27.02.2017

a.试桩的试验 试桩总数为6根，第一组试桩为Φ650～500静钻根植桩，编号S1-1，S1-2，该种桩型为组合桩，配桩方式：PHDC650-500（125）AB—15+PHC600（130）AB—15+PRHC600（130）I—（10，10，11），C80； 第二组试桩为Φ800～600静钻根植桩，编号S2-1，S2-2，该种桩型为组合桩，配桩方式：PHDC800-600（130）AB—15+PHC800（130）AB—15+PRHC800（130）I—（10，10，11），C80； 第三组试桩为Φ1000钻孔灌注桩，编号S3-1，S3-2）， 锚桩采用静钻根植桩,配桩方式：PHDC800-600（110）B—15+PRHC700（110）II—15+PRHC700（110）III—（15，15），C80， 27.02.2017

试验方法 试验按《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2003）[4]进行，本工程试桩采用锚桩横梁反力装置，并用千斤顶反力加载和百分表测读桩顶沉降的试验方法。 三组试桩分别进行了单桩竖向静荷载试验、水平静荷载试验，并对这三组试桩的4根试桩（分别为S1-1、S2-1、S3-1和S3-2）进行了高应变动力检测，另外还对第3组试桩中的S3-1和S3-2进行了低应变动力检测。 27.02.2017

竖向静载试验成果 桩号 桩长（m） 桩径(mm) 最大荷载（kN） 极限承载力（kN） 桩顶沉降量(mm) S1-1 61 650-500 8250 ≥8250 28.97 S1-2 30.69 S2-1 800-600 11000 ≥11000 25.44 S2-2 24.4 S3-1 1000 30.47 S3-2 27.65 27.02.2017

对比 800-600静钻根植桩虽然表面积小于1000的灌注桩，所用的混凝土量比普通的灌注桩少60%左右,但其承载力与普通直灌注桩持平，沉降量更小，这主要是由于桩端桩周注浆、桩端扩径（增加了端承面积）及竹节桩的支盘作用等综合因素。 27.02.2017

水平荷载试验结果 桩号 桩长（m） 桩径(mm) 单桩水平临界荷载（kN） 桩顶位移10mm对应m值（MN/m4） S1-1 61 650-500 150 6.98 S1-2 6.7 S2-1 800-600 200 5.23 S2-2 5.19 S3-1 1000 3.42 S3-2 3.45 27.02.2017

S2-1竖向静载试验结果Q-S曲线图 27.02.2017

S2-1最大沉降量和回弹量 27.02.2017

S2-2最大沉降量和回弹量 27.02.2017

S3-1竖向静载试验结果Q-S曲线图 27.02.2017

S3-1最大沉降量和回弹量 27.02.2017

S3-2最大沉降量和回弹量 27.02.2017

S2-1单桩水平静载 H0--ΔX0/ΔH0曲线 27.02.2017

S2-2单桩水平静载 H0--ΔX0/ΔH0曲线 27.02.2017

S3-1单桩水平静载 H0--ΔX0/ΔH0曲线 27.02.2017

S3-2单桩水平静载 H0--ΔX0/ΔH0曲线 27.02.2017

水平静载试验表明： 直径800-600静钻根植桩的单桩水平临界荷载与直径1000灌注桩相同。 常用静钻根植桩钻孔外径分别是750mm，900mm。桩身与周围水泥土形成一体，加大的水泥土能够负担一部分水平荷载,通过使用PRHC桩可以较大幅度提高水平临界荷载。 27.02.2017

水平荷载下残余变形位移 S2-1加载第七级荷载350kN时，水平推力作用下最大位移为42.11mm。卸载至零后测得水平残余位移为14.18mm。 S2-2加载第七级荷载350kN时，水平推力作用下最大位移为43.01mm。卸载至零后测得水平残余位移为13.71mm。 S3-1加载第七级荷载350kN时，水平推力作用下最大位移为45.02mm。卸载至零后测得水平残余位移为24.97mm。 S3-2加载第七级荷载350kN时，水平推力作用下最大位移为44.67mm。卸载至零后测得水平残余位移为24.78mm。 27.02.2017

灌注桩与PRHC桩抗弯性能 单桩水平临界荷载时,根据软件(美国)计算结果,此时桩身仍处于弹性阶段,1000灌注桩刚度较大,相应水平位移较小. 单桩水平荷载达到350kN时,根据软件计算结果,此时桩身处于塑性开裂阶段,但复合配筋予应力管桩桩身开裂弯矩标准值和极限弯矩标准值(504,1048kN-m)均高于1000灌注桩(330,630),所以复合配筋予应力管桩卸载至零后测得水平残余位移小于灌注桩. PRHC桩抗弯性能优于灌注桩 27.02.2017

桩身水平力—水平位移曲线图 （800根植桩） 27.02.2017

桩身水平力—桩身弯矩图 （800根植桩） 27.02.2017

桩身水平力—水平位移曲线图 （1000灌注桩） 27.02.2017

桩身水平力—桩身弯矩图 （1000灌注桩） 27.02.2017

高应变检测 -S2-1模拟荷载与沉降关系曲线 27.02.2017

高应变检测 -S3-1模拟荷载与沉降关系曲线 27.02.2017

高低应变测试的局限 本工程参照现有检测规范中的相关方法和规定,采用静载法和高应变法对桩的静载性能进行测试、对比和分析研究,现行检测方法对根植桩同样具有适用性。同时由于PHDC桩的自身结构特点，与一般预制桩检测结果具有一定差异性，主要表现在低应变动测曲线识别和高应变动测结果拟合方面，还需要有更多的工程实践。 27.02.2017

b.工程桩的试验和检测 桩号 设计桩长 实际桩长 标高偏差 试验最大荷载 极限承载力 桩顶沉降量 G-72 56 60 11000 ≥11000 31.79 G-26 29.47 G-97 3.8 ＜11000 57.76 G-98 1.85 33.08 Y-43 2.8 37.14 Y-15 33.39 L-147 57 61 25.52 L-195 25.07 M-47 1.4 8250 ≥8250 30.46 M-83 26.68 M-112 25.76 Q-24 53 59 7600 ≥7600 21.38 Q-143 58 19.72 ZW-57 54 39 12 6600 ＜6600 54.01 ZW-83 23.36 27.02.2017

G-97桩Q-s曲线 （桩端伸入持力层未到足够深度） 27.02.2017

G-97桩s-logt曲线 27.02.2017

Q-24桩Q-s曲线 27.02.2017

Q-24桩s-logt曲线 27.02.2017

设备原因影响施工 自开工至2013年9月27日，已施工的1147根桩中，仅在Q-74#桩发生一起由于设备原因影响施工的事件。 27.02.2017

ZW-57桩（少了12米） Q-s曲线 27.02.2017

ZW-57桩s-logt曲线（少了12米） 27.02.2017

ABAQUS软件的数值模拟 整体桩段和单独竹节桩段数值模拟: 1)桩身竖向应力随深度逐渐变小,在竹节处突然变小,一是因为竹节处断面变大,二是因为在竹节处水泥土对桩有向上的支持力,竹节处的最大主应力比周围其他地方大很多. 2) 水泥土模量对桩身承载力影响不大，但是水泥土厚度对抗压承载力有较大的影响，厚度越大，承载力越大。 27.02.2017

3) 水泥土应力随深度逐渐变大,与预制桩相反,并且应力比桩小很多,说明桩顶荷载主要由竹节桩承担,水泥土的作用是将桩身应力扩散到桩周土体中,这样形成了由强到弱的双层应力扩散模型,不仅提高了组合桩体整体抗压承载力,也使得组合桩不易压破低强度的持力层.(与支盘桩作用类似) 27.02.2017

6工程效益 1.由于本桩型系国内电力系统首次采用，且目前国内只有一家单位，为了控制工程造价，在初步设计审查时，只提优先采用静钻根植桩。 2.在工程招投标阶段，设计分别以静钻根植桩和灌注桩两套施工图作为招投标阶段工程量的依据。 3.经浙江省重大工程交易中心公开招标，静钻根植桩最终以比灌注桩最低报价还要低10%的价格中标。 27.02.2017

7结论与展望 (1)无论是抗压还是抗拔,破坏面基本在水泥土与土的接触界面,根植桩与灌注桩Q-s曲线相近. (2) Φ800静钻根植桩虽然表面积小于Φ 1000的灌注桩，所用的混凝土量比普通的灌注桩少60%左右,但其承载力与普通灌注桩持平，沉降量更小，这主要是由于桩端桩周注浆、桩端扩径（增加了端承面积）及竹节桩的支盘作用等综合因素。 27.02.2017

结论与展望 (3) 800-600静钻根植桩钻孔外径是900mm，桩身与周围水泥土形成一体，加大的水泥土能够负担一部分水平荷载, 其水平承载力优于1000mm普通灌注桩，复合配筋预应力管桩桩身开裂弯矩标准值和极限弯矩标准值均高于1000灌注桩。 (4)静钻根植工法与现有施工工法相比，由于其优异的性价比、施工的高效性及质量的全过程可控性，必然具有广阔的应用前景。 (5)目前的设计规范、施工规范及桩基检测验收规范，需要尽快补充完善该方面内容。 (6)静钻根植工法的施工管理水平仍有很大的提升空间。 27.02.2017

汇报完毕 谢谢！ 27.02.2017 108