摘 要：【目的】我国沿海地区广泛存在饱和软土地层，且不同区域地层差异显著软土前期固结预处理会使得地层的物理力学特性产生变化，为了准确计算后续施工中基桩的竖向承载力，最直接的办法就是通过现场竖向抗压静载试验实测得到桩侧摩阻力分布规律。
【方法】在舟山某基地工程开展了5根桩的现场静载试验，桩1—桩4用于分析不同桩端持力层条件和桩径对PHC管桩单桩极限承载力的影响；通过在桩5桩身布设振弦式钢筋计，实时监测静载试验过程中桩身轴力，进而得到桩侧摩阻力的分布和变化规律。
【结果】结果显示，桩1—桩4静载试验得到的极限承载力分别为8 000 kN、8 000 kN、6 600 kN和7 200 kN;实测分析得PC预制构件到桩5在处理后的两层淤泥质粉质黏土层中桩侧摩阻力分别为31 kPa和35 kPa。
【结论】结果表明，实测得到的桩侧摩阻力大于勘察提供的建议值，说明地基预处理后桩土界面强度提高，计算得到的桩基承载力与静载试验测试值更加吻合；随着桩顶荷载的逐渐增大，桩身轴力也逐渐增大，且自上而下桩身轴力逐渐减小。
研究成果为处理后深厚软基中桩基承载特性的计算提供试验依据关键词：PHC管桩;单桩承载力;桩侧摩阻力;静载试验;力学性能;作者简介：李波(1982—),男，正高级工程师，室副主任，博士，主要从事岩土工程和离心模型试验技术方面的研究。
基金：中央级公益性科研院所基本科研业务费(CKSF2023327/YT);安PC预制构件徽省引江济淮集团有限公司科技项目资助(YJJH-ZT-ZX-20230118528;YJJH-ZT-ZX-20191031216);
引用：李波, 余建飞. 基于PHC管桩现场静载试验的基桩承载特性研究[J]. 水利水电技术(中英文), 2023, 54(10): 96- 102. LI Bo, YU Jianfei. Research on bearing characteristics of foundation piles based on on-site static load tests of PHC pipe piles[J] . Water Resources and HydropPC预制构件ower Engineering, 2023, 54(10): 96- 102.
0 引 言我国沿海地区地层中普遍存在深厚淤泥质粉质黏土层，工程性质较差，强度低、压缩性大，并且土层深厚，因此需要对深厚淤泥进行地基预处理地基预处理完成以后，为了满足上部构筑物的承载力和变形要求，桩基础由于具有承载力高、施工方便快捷、造价较低且能适应不同的地层条件,被广泛用于地基处理。
但沿海地区地层差异较大，且上部软基经过前期处理后地层的物理力学特性会产生显著变化，致使无法准确计算和分析后续施工的桩基础的承载性能开展基桩现场静载试验是获得桩侧摩阻力和桩基承载力最为直接的方法，国内外不少学者、工程技术人员进行了相关研究PC预制构件。
随着监测技术的进一步提高，桩基现场静载试验的研究成果更为全面朱合华等研究了上海地区PHC管桩在软土地基中打桩过程锤击数、土塞厚度与深度的关系，指出在超长桩承载力设计时，还必须考虑桩身的强度冷伍明等进行桩基现场试验研究时，研究了预制桩桩身应变计和侧向土压力盒的设置方法和工艺，提出了一种简单可靠的钢筋混凝土预制管桩侧向土压力盒的安装方法。
蔡健等通过现场对超长PHC管桩的轴向静载试验，研究表明了在深厚软土地基中提高桩端土刚度对桩侧摩阻力有明显增强作用，适当增加桩长对桩极限承载力也有帮助张明义等开展桩基承载力时效性试验，发现桩侧黏土抗剪强度的提高会显著增大摩擦桩的承载力，且极限承载力与时间呈双曲线关PC预制构件系。
刑皓枫等通过现场试验对PHC管桩沉桩的挤土效应作了研究，发现沉桩完成后随着超静孔隙水压力的消散，桩侧摩阻力可提高80%以上张忠苗等通过沉桩过程和承载力时间效应两个方面，提出了侧阻退化系数和时间效应系数的概念，并对未达到破坏标准的试桩进行极限承载力的修正。
打入式PHC管桩由于承载特性较为复杂，故其在施工过程中产生的土塞效应会影响桩的极限承载力，土塞效应的影响因素主要与桩身长短、桩端入土深度、孔隙水压力的大小等有关王丽欢等推导了软土地基预加固处理后桩基极限侧摩擦阻力值计算方法，并通过典型工程案例，与原状淤泥土、预加固处理后的地基土中的试验桩进行竖向静载试验结果进行对比验证。
CUI等采用现场静载PC预制构件试验方法实测得到了Q-s曲线和桩轴力曲线，研究后注浆技术对超长钻孔灌注桩的影响及其内在机理SIVARAMAN等通过桩基现场静载试验表明现场采用填土进行堆载预压可以促进地基土固结，提高抗剪强度，深度可达5 m, 桩承载力显著提高。
桩基现场试验也被用来研究大直径扩底混凝土桩、水泥稳定碎石桩、地热能桩等一系列新型桩基础的承载性能随着光纤技术的逐渐成熟，目前一些学者将其应用于桩基现场测试中，发挥光纤连续性测量的优点寇海磊等通过桩身预埋准分布式FBG光纤传感器，有效地监测了PHC管桩承载力、桩端阻力及桩侧摩阻力的变化情况。
PELECANOS等通过三个实际案例，在混凝土钻孔桩中分别布置传统振弦应变传感器和PC预制构件分布式光纤传感器，分析表明两种测量方法测试结果保持一致，同时分布式光纤监测结果具有连续性，能反映桩身整体的应力分布GAO等采用布里渊光时域反射仪(BOTDR)分布式光纤传感技术监测钻孔桩的变形，对原始数据采用小波基函数进行降噪处理，对分解后的数据采用平移均值法进行平滑处理，使得监测结果更真实可靠。
王永洪等针对黏性土中静压沉桩贯入特性方面的研究相对较少的状况，基于光纤光栅FBG传感技术，考虑开口、闭口不同桩端形式和不同桩径，研究了静压沉桩过程中沉桩阻力、桩身轴力以及桩身单位侧摩阻力的变化规律但因桩基现场施工容易对光纤传感器产生损坏，且对传感器监测结果造成干扰，监测结果的降噪处理方法仍需进一步完善PC预制构件等原因，致使静载试验中采用光纤传感器的测量技术还需进一步完善。
现有研究表明对于复杂地层尤其是经过加固处理的软土地层，开展埋设监测传感器的基桩现场静载试验是获得桩基承载力和桩侧摩阻力最为直接的方法通过在舟山某基地工程中开展PHC管桩的现场竖向抗压静载试验，监测得到桩侧摩阻力分布规律，为基桩承载力计算和分析提供依据。
共开展5根桩的现场静载试验，其中，桩1—桩4开展常规静载试验，加载至破坏状态；桩5内预先埋设振弦式钢筋计传感器,监测静载试验过程中桩身轴力的变化情况，进而可得到桩侧摩阻力分布和变化规律，用于计算和分析桩基的承载特性。
1 现场静载试验1.1 试验概况舟山某基地项目规划总面积约41 km2PC预制构件,计划分三期采用吹填造地形成陆域经围海、挤淤、吹砂快速成陆后，采用塑料排水板+堆载预压方案进行地基处理，塑料排水板最大的处理深度为30 m。
现场堆载-时间曲线如图1所示，工程于2018年12月27日第二级堆载完成至8 m高，预压期满后2019年3月18日卸至4.8 m高，同时开始进行桩基施工，并于5月3日开始本次现场试验。
图1 现场试验堆载-时间曲线本次试验选取了4种典型地层进行5根管桩的静载试验桩5的桩长为57 m, 其余试桩桩长均为60 m, 其中桩3为PHC-AB500(125),其余试验桩为PHC-AB600(130)。
桩1—桩4采用锤击法沉桩，机型及锤重为DD12.8t, 落距设置为PC预制构件2.8 m, 桩5采用静压方法施工(避免损坏内置的振弦式钢筋计);沉桩施工结束后1个月，开始进行静载试验，且均于2日内结束，静载试验使用堆载法。
依据地基处理前的勘察报告，试桩所在位置地层分布如图2所示，土层的物理力学指标如表1所列其中，2-1淤泥质粉质黏土与2-2淤泥质粉质黏土呈灰色流塑状态，土质较均匀，高压缩性，夹粉土、粉砂薄层，含有机质和少量腐蚀质。
图2 试桩桩周土层分布情况(单位：m )
1.2 桩身轴力监测为了监测静载试验过程中桩身轴力的发展变化规律，本次现场试验在桩5的预制时埋设钢筋计试验选用振弦式钢筋计传感器，基康BGK4911型钢筋计，标准量程为210 MPa, 分辨力0.07%FPC预制构件S,总长度90 cm, 螺纹连接杆长度37 cm。
传感器设置为2列，随主筋对向布置，平均间距1.5 m, 传感器共计37个(见图3);为避免施工损失，桩5采用静压法施工，在管桩起吊-喂桩过程中平稳轻放，接桩时采用重物带线法将前节桩的信号线从后节桩的底部穿入，顶部穿出，在桩基施工过程中加强对信号线的保护。
图3 5号桩钢筋计布设方案和相关照片2 现场试验结果2.1 桩顶竖向荷载-沉降曲线静载试验5根桩的荷载-桩顶沉降曲线如图4所示，各桩的最大加载值与极限承载力及其对应沉降量如表2所列其中，桩5并未加载至破坏。
分析表明，桩1和桩2的桩型相同，均为桩基500 mm、壁厚130 mm, 通过静载试验得到PC预制构件的极限承载力均为8 000 kN,荷载-桩顶沉降曲线表明两者发挥是不同的，桩1的软土层厚度相对较小，主要靠桩侧摩阻力发挥作用，而桩2的软土层厚较大，桩顶沉降相对偏大，主要依靠桩端土的支撑作用；桩3型号与其他桩不同，壁厚为125 mm, 因此极限承载力明显小于其他桩基，为6 600 kN;桩1和桩4主要差别是淤泥质粉质黏土厚度和桩端持力层不同，桩4因为软土层厚度较大导致其极限承载力略小，为7 200 kN。
综合分析，桩基极限承载力的影响因素中，桩径和壁厚影响较大，其次为桩端持力层和淤泥质粉质黏土厚度
图4 桩顶竖向荷载-沉降值
2.2 桩身轴力和桩侧摩阻力分布规律桩5埋设了桩身钢筋计，监测得到桩身轴PC预制构件力分布如图5所示，侧阻力随桩身分布如图6所示，分段桩侧摩阻力值如表3所示分析表明，在6～42 m范围内轴力传递速度较慢，43～52 m范围内较快主要原因是6～42 m范围内土层为淤泥质粉质黏土，桩侧阻力较低且该段范围内轴力较大，桩身压缩量大，故桩土相对位移也就较大，土层的侧摩阻力得到充分发挥；43～52 m范围内土层侧摩阻力较高，桩土相对位移较小，侧摩阻力未能得到充分发挥；52 m以下范围土层接近持力层且桩身压缩很小，桩土相对位移可忽略，故桩侧摩阻力发挥很少。
由于桩5软土层以下土层的侧摩阻力并未完全发挥，且地基处理主要是针对软土层，因此地基处理后只有软土层桩侧阻力有明显提升，而下部土层的侧摩阻PC预制构件力与现场勘察报告值相比偏小
图5 桩身轴力分布
图6 在6 035 kN荷载下试桩的侧阻力随桩身分布
2.3 基桩承载力计算和分析《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)对预制管桩的极限承载力采用如下计算公式
式中，Qu为极限承载力；u为桩身周长；qsik为桩侧第i层土极限侧阻力标准值；li为第i层土地厚度；qpk为极限端阻力标准值；Ap为桩端截面积根据表3现场实测得到桩侧摩阻力，计算现场试验4根基桩的极限承载力分别为7 529 kN、7 226 kN、6 007 kN和6 760 kN,与静载试验结果相比，相对误差范围在10%以内。
3 结果讨论建筑桩基技术规范中明确说明桩的极限侧阻力标准值宜通PC预制构件过埋设桩身轴力测试元件由静载试验确定加之本文依托的某舟山某基地工程，场地前期对深厚软基进行堆载预压处理，地层物理力学特性变化更为复杂，桩基现场静载时进行桩身轴力测试更有必要。
实测得到桩侧摩阻力值如表3所列，结果表明上部淤泥质粉质黏土层的摩阻力系数显著增大，实测值为31 kPa和35 kPa, 而勘察规范建议值仅为14 kPa和16 kPa采用这两种不同的侧摩阻力预测得到的4根桩的极限侧阻力如。
表4所列，并与现场静载实测结果进行对比分析表明，采用现场实测得到的桩侧摩阻力预测得到的极限承载力与静载试验结果比较一致，相对误差范围在10.00%以内；而采用勘察报告和规范推荐的侧摩阻力得到的预测值远小于PC预制构件静载试验结果，误差均大于10.00%,最大误差达到19.69%。
本文通过埋设桩身轴力测试元件实测得到极限侧阻力值是规范推荐的方法，但目前桩基静载试验中采用的较少，主要原因是测试元件埋设费用高、周期长，对现场桩基的施工工艺提出更高要求，延长现场静载试验工期等问题后期需进一步完善桩身轴力测试元件及其埋设方法，改进测试技术，降低测试成本。
4 结 论依托舟山某基地建设项目，在深厚软基堆载预压进行地基处理后开展桩基静载试验，通过在桩身布设钢筋计，监测得到试验过程中桩身轴力和桩侧摩阻力的分布和变化规律，计算得到桩侧极限侧阻力，为基桩承载力计算提供可靠参数。
(1)通过现场试验桩身钢筋计实测结果，计算得到地基PC预制构件处理后的2-1淤泥质粉质黏土和2-2淤泥质粉质黏土的桩侧摩阻力分别为31 kPa和35 kPa, 明显大于勘察推荐的值，表明地基预处理后桩土界面强度提高，而依据实测得到的极限侧阻力预测基桩承载力与静载测试结果更加吻合，相对误差小于10.00%,表明通过在静载试验的桩身设置钢筋计能够得到更加符合工程实际的极限侧阻力值。
(2)本次现场静载试验主要对比分析了桩型、软土层厚度和桩端持力层等对桩基承载力的影响对于桩径同为500 mm, 壁厚125 mm的桩基承载力显著小于其他壁厚为130 mm桩基，极限承载力为6 600 kN;当桩型相同时，软土层厚度较大时桩基的极限承载力略小，桩端持力层较强时极限承载PC预制构件力明显较大。
综合分析，桩基极限承载力的影响因素中，桩径和壁厚影响较大，其次为桩端持力层和淤泥质粉质黏土厚度水利水电技术（中英文）水利部《水利水电技术（中英文）》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊（月刊），为全国中文核心期刊，面向国内外公开发行。
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