1、人工挖孔桩承载力计算方法综述热(昆明理工大学， 云南 昆明 650224)摘 要：介绍了人工挖孔桩的形式与应用范围， 阐明了人工挖孔桩的自身特点和受力机理，着重分析了目前人工挖孔桩承载力计算方法,最 后总结了近年来其承载力计算方法的研究现状。关键词：人工挖孔桩；承载能力；受力机理中图分类号：TU312 文献标识码：A 文章编号：HT K10076921(2008)19005802人工挖孔桩是人工开挖的大直径(一般在 0.82.5m)浇灌混凝土桩，是在不使用打桩设 备的情况下，用桩基处理地基的一种方法，对于打桩场地小，或建筑场地不容许有较大的冲 击震动，使用桩机施工受到限制的情况下是行之有效的。
2、为了提高其桩端的承载力，底部常 做成扩大头。人工挖孔桩由于施工具简单、无振动、无噪音、无泥浆排放、造价低、施工质 量可靠、单桩承载力高、适宜于狭窄场地上施工等优点，在埋置不深有较好持力层的地区广 泛应用于建筑工程中，并取得了较好的经济效益和社会效益。在广泛采用人工挖孔桩的同时，对其承载力的计算与研究必不可少，对于一般情况下各类桩 确定桩端承载力，普遍认为单桩静载试验是最可靠的方法，但鉴于人工挖孔桩承载力其标准 值大、实验困难、费用高、周期长，另外有扩底桩且同一工程中桩的扩大头直径变化多，并 且受试压根数的限制，所以试桩结果有局限性。所以人们对人工挖孔桩的承载力进行了更深 入的研究，希望能找到更
3、加适合人工挖孔桩自身特点的确定其承载力的方法。1 人工挖孔桩受力机理分析1.1 桩在土中的受力分析各类桩的承载能力均取决于两个方面：一是桩本身的材料强度，二是地基对桩的支持能力。由于桩身材料的强度可根据设计者的意 愿而定，而地基土对桩的阻力则是有自然条件决定的，故地基土对桩的阻力是确定单桩竖向 承载力的主要控制原因。所以研究人工挖孔桩的承载力，实质就是研究桩在土中的受力问题 。如图所示，具有扩底的人工挖孔桩受力时，桩端土层受压挤密，扩大头两侧有侧挤；端角处 发生应力集中而产生局部剪切，扩大头斜面上出现塌落松动区。M.J.TOMLINSON9 认为由松动区引起的桩侧摩阻力减小的范围 LS，在扩大
4、头以上 2d之间。从有限元分析结果看 ，LS 影响范围在(2.03.0)(D-d)之间。1.2 桩侧阻力分析桩的受力分析主要分为桩侧阻力分析和桩端阻力分析。桩侧阻力与桩顶位移变化和桩土相对 位移两个因素有关。当人工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。 直到达到极限状态，桩顶荷载主要由桩端土层承担。对于桩侧阻力与桩土相对位移关系一 些试验结果阐明的很详细。1.3 桩端阻力分析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
5、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。通过以上的分析表明：人工挖孔桩受力形式是以端承力为主，因此桩端阻力分布和计算是承 载力计算的主要问题。广大学者也是普遍从通过计算其桩端承载力出发最后得出计算单桩承 载力公式的。2 人工挖孔桩承载力计算方法探讨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。2.1 静载试验法单桩竖向静力荷载试验是确定单桩竖向极限承载力的可靠依据，通过对桩身施加荷
6、载得到荷 载沉降(Q-s)曲线，曲线分为“陡降型”和“缓变型”。前者破坏点明显，称其为“突 进 型”破坏，其极限承载力即为与破坏荷载相等的陡降起始点荷载。后者当荷载超过某一临界 值后，沉降梯度的变化趋缓或趋于常量，称其为“渐进性”破坏，此种一般根据上部结构类 型和对沉降的敏感度取某一沉降值所对应的荷载为极限承载力。2.2 静力计算法5分别计算桩端阻力以及桩侧阻力。桩端阻力的计算是以刚塑性理论为基础，假定不同的破坏 滑动面形态，便可导得不同的极限桩端阻力表达式，可以统一表达为： qpu= cCNc+ 1bNr+ qhN q 桩侧阻力计算通常是取桩身范围哪各土层的极限侧阻 力 qsui与对应桩侧表
7、面积 uiLi乘积之和即Qsu=U iLiq sui当桩身 为等截面时 Qsu=UL iqsui。q sui的计算可分为总应力法和有效应 力法两类。2.3 原位测试法用原位测试法确定单桩承载力，运用也较为广泛。对地基进行原位测试，利用桩的静载试验 与原位测试参数间的经验关系，确定桩的侧阻力和端阻力。其中常用的方法有-静力触探试 验 CPT(适用于松软地层)；标准贯入试验 SPT(适用于砂或砂砾地层)；旁压试验 PMT。2.4 经验公式法建筑桩基技术规范JGJ94-94 采用以可靠性理论为基础的概率极限状态设计法，以可靠指 标 度量桩基的可靠度，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。以荷
8、载效应基 本组合、不考虑承台效应的情况为例，其基桩竖向承载能力的极限状态表达式为：3 人工挖孔桩承载力计算方法的最新研究进展鉴于人工挖孔桩一些基础计算方法的不完善，一些学者通过工程实例分析结合理论研究对人 工挖孔桩的承载力计算方法提出了新的见解，并在部分地区已经有了一定的应用和实践，取 得了一定的成果。3.1 静载试桩法与经验系数估算法确定单桩承载力的比较贾献忠5通过工程实例分析将静载试桩法与经验系数估算法两者进行比较，虽然 在实际工作中，现场静载荷试验法存在浪费时间、增加了工程投资以及较难联系打桩队伍等 缺点。但实践证明，采用现场静载苘试验法确定单桩承载力，不但能准确地反映现场的实际 情况，
9、还能大大地节约资金。因此，在桩基础没计时应优先采用现场静载荷试验确定单桩承 载力。3.2 坚实土层支承的大直径挖孔桩承载力计算单桩静载试验虽是确定承载力最可靠的方法。但鉴于人工挖孔桩单桩承载力标准值大，试验 困难，费用高，周期长。陈晓兵1提出来了在具备地区性经验的前提下，普遍采 用以下几种方法确定：借用浅基础的承载力修正公式，考虑深度修正后的承载力作为桩端 承载力标准值。按钻、挖、冲孔灌注桩的端承力标准值采用。按标准贯入试验结果，用 地区性经验公式修正计算。按深井荷载直接确定等。根据临近相同的地质条件的静载试 桩资料，作综合判断。同时根据“压缩机理破坏模式”和有关文献建议的扩底桩端沉降变形 计
10、算方法，提出利用控制扩底桩端中心处按规范方法计算的地基变形允许值S的方法来 确定，但S的确定有待于进一步的研究。3.3 基岩支承的大直径扩底挖孔桩承载力的计算当柱端支承于高强度基岩内时，最载力计算都有一个较宽的可选范围，宜结合经验选出一个 合适的值。特别是对于支承在基岩上的长桩，当桩身穿过有一定强度的敦厚土层时，有相当 部分的荷载是通过桩身传递给侧向土层的，确立桩承载力时可适当考虑桩侧阻力。在计算桩 端承载力的标准值时分不考虑嵌固效应和考虑嵌固效应两种情况分别计算。3.4 大直径人工挖孔短桩端承载力的计算对于大直径人工挖孔桩，特别是桩长较短的桩，桩身混凝土变形较小，沉降主要为桩端土的 变形。黄
11、明通过研究表明：人工挖孔桩按桩设计的最小桩长应为 67 倍的桩扩大头直径。并 提出了对于长径比(H/D)在 67 倍以内的短桩，其桩端承载力可通过以下方法确定。假设当 H /D为 l0时 Pu10为按桩设计的桩端土的界限承载力,公式：3.5 通过冲钻孔桩的桩端极限承载力来确定人工挖孔桩桩端承载力陈文祺3等人通过收集 300根人工挖孔桩静载荷试验资料。分析表明：深度修正 法计算结 果在大多数情况下比实测值偏低，趋于保守，并且该法在受力机理破坏特性与人工挖孔桩有 较大的差距，原理上说不通。桩基规范法计算的承载力在大多数情况下比实测值明显偏高 ，偏于不安全。根据收集的 300根人工挖孔桩的桩端极限端
12、阻力按照置信水平为 95%进行统 计，并与冲钻孔桩的桩端极限承载力进行比较，得出人工挖孔桩的桩端极限承载力取相应的 冲钻孔桩的桩端极限承载力的 40%60%，并且按照受力分析机理和统计结果的比例对单桩承 载力进行计算，可以看出得出的结果大多数情况下趋于实测值。3.6 摩擦阻力与桩端阻力共同作用时人工挖孔桩承载力的计算吴志雄2在论文中提出：当桩长超过 5m，且桩穿越土层含湿量小且较密实时，应 考虑摩擦阻力与桩端阻力共同作用，在竖向荷载作用下考虑桩侧摩阻力和桩端阻力的单桩承 载力特征值可按下式估算：R a=Upq sil i+qpAp Up为桩身截面周长；q si为第 i层土对桩侧的摩阻力特征值；l i为按土层划分的各段桩长。4 小结本文从人工挖孔桩的应用性和受力机理分析人手，对目前较为多用的方法进行了介绍 ，但并没有深入的研究其原理和影响范围。目前，静载荷试验的测定方法确定人工挖孔桩承 载力是比较合理、可靠、准确的，但同时有着如造价高等较多的不适合因素。现在确定人工挖孔桩承载力的方法很多，但都不是很完善，都还没有达到经济性与 实用性及准确可靠性并存的要求，故需要更多的学者加入人工挖孔桩承载力计算的研究队伍 中去，那将会降低工程造价，会更好的促进桩基工程及整个建筑业的发展。
