大直径人工成孔灌注桩的计算和应用
李廷禄
(甘肃省酒泉市水利水电勘测设计院 ，甘肃 酒泉 735000)
【摘要】端承桩是在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受，桩侧阻力相对桩端阻力而言较小或可忽略不计的桩，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担建筑的全部竖向荷载，桩基具有很大的竖向单桩刚度，在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围，凭借巨大的单桩侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证建筑的抗倾覆稳定性。 【关键词】大直径；人工成孔； 端承桩；灌注桩； 单桩竖向承载力； 【中图分类号】 【文献标识码】C 【文章编号】
1. 端承桩受力特点与分类：
端承型桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力小到可忽略不计；摩擦端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受，根据本项目地质特点结合岩土勘查报告，基础工程选择直径大于800mm 的端承桩，施工方案为挖孔灌注桩。 2. 桩基构造
⑴配筋率：正截面配筋率可取0.65％～0.2％ （小直径桩取高值）
⑵端承型桩和位于坡地岸边的基桩应沿桩身等截面或变截面通长配筋；
⑶箍筋应采用螺旋式, 直径不应小于6mm ，间距宜为200～300mm ；钢筋笼长度超过4m 时，应每隔2m 设一道直径不小于12mm 的焊接加劲箍筋。 ⑷桩身混凝土强度等级不得小于C25。
⑸挖孔桩的D /d 小于3，扩底端侧面的斜率应根据实际成孔及土体自立条件确定，粉土a /h c 取1/3 ⑹扩底端底面宜呈锅底形，矢高h b 可取（0.15～0.20）D 。
3. 桩基竖向承载力计算
3.1 桩基竖向承载力计算应符合下列要求： 1 荷载效应标准组合：轴心竖向力作用下
偏心竖向力作用下，除满足上式外，尚应满足下式的要求：
式中 N k ——荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力；
N Ek max ≤1. 5R
N k max ——荷载效应标准组合偏心竖向力
作用下，桩顶最大竖向力；
N Ek ——地震作用效应和荷载效应标准组
合下，基桩或复合基桩的平均竖向力；
N Ek max ——地震作用效应和荷载效应标准
组合下，基桩或复合基桩的最大竖向力；
R ——基桩或复合基桩竖向承载力特征
值。
3.2 单桩竖向承载力特征值R a 应按下式确定：
R a =
式中
Q u k ——单桩竖向极限承载力标准值；
K ——安全系数，取K ＝2。
1Q u k K
3.3大直径桩单桩极限承载力标准值时，Q uk 可按下式计算：
Q uk =Q sk +Q pk =u 式中
∑ψ
si
q sik l i +ψp q pk A p
N k ≤R
偏心竖向力作用下除满足上式外，尚应满足下式的要求： 向力作用下
q sik ——桩侧第i 层土极限侧阻力标准值
q pk ——桩径800mm 的极限端阻力标准值 N k max ≤1. 2R
2 地震作用效应和荷载效应标准组合：轴心竖
ψsi 、ψp ——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应
系数，按下表取值
N Ek ≤1. 25R
作者简介：李廷禄（1968-），男，甘肃省酒泉市人，工程师，从事水利工程及结构工程的设计与施工研究。
所以采用以卵石层为桩端持力层的灌注桩基础。
n
3.4考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：
n
Q =ηn ⋅u ∑q si l i n g
i =1
⎡⎛q s n d ⎫⎤
ηn =s ax ⋅s ay /⎢πd +⎪⎪⎥
⎣⎝γm
4⎭⎦式中 n ——中性点以上土层数；
l i ——中性点以上第i 土层的厚度； ηn ——负摩阻力群桩效应系数；
s ax 、s ay ——分别为纵横向桩的中心距； q n s
——中性点以上桩周土层厚度加权
平均负摩阻力标准值；
γm ——中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。
对于单桩基础或按上式计算的群桩效应系
数ηn >1时，取ηn =1。 4. 工程应用
某幼儿园工程，为两层框架结构建筑物，基础设计等级丙级，根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度场地分类Ⅱ类，场地开阔平坦，周边无不良地质作用，场地稳定性好，对建筑抗震有利，地质勘查深度范围内依次为:
①杂填土，杂色、稍密、稍湿，层厚0.50～0.70m
②黄土状粉质粘土，黄褐色、可塑～硬塑、稍湿～湿，干强度中等，中等韧性，稍有光泽，层厚14.40～15.10m
③卵石层，青灰色，中密，湿，饱和，骨架颗粒成分主要为火成岩及变质岩，呈圆状，一般粒径20～60mm ，颗粒间中粗砂填充，级配均匀，层厚2.30～3.40m 。
勘察深度范围内卵石层内有地下水存在，属第四系潜水，场地土具有Ⅰ级非自重湿陷～Ⅱ级自重湿陷性。
由于场地地基土中杂填土厚度小，强度低，压缩性高，黄土状粉质粘土，具有Ⅱ级自重湿陷性，呈中等偏高压缩性，均工程性质差，不宜直接选做基础持力层，卵石层强度较高、压缩性较低，工程性质较好，且根据工程地质剖面图显示，卵石层埋深15.2～15.7m ，场地地基均匀性较好，
2
图1 桩基平面布置示意图
q pk =3200kpa (极限端阻力标准值
)
q n s 1=-10kpa ；l 1=8m q n s 2=40kpa ；l 2=5m
取ηn =1
Q n n
g
=ηu ∑q n
n ⋅si l i i =1=1×3.14×0.8×（-10×8.0+40×5.0）=301.4Kpa ＞0 （负摩阻力小于正摩阻力） 大直径桩单桩极限承载力标准值时，Q uk 可按下式计算：
N +Q pk K =
(Q
sk
=
(u ∑ψ
si
q sik l i +ψp q pk A p 取ψp =(
0. 3
⎛ ⇒
⎝N K
-Q sk ⎫⎪⎭q =π8(0. 8)13D 53
pk ⎡0. 6
⇒D =1. 8321⎢⎛ N -Q sk ⎫⎤
⎢⎝K ⎪⎭⎥
⎢q ⎥
⎢pk ⎣⎥⎥⎦
取Q sk =0 计算偏于安全 d ——桩直径 a ——单侧扩底长度 D ——桩端扩底设计直径
q pk --极限端阻力标准值
N K --轴心竖向力
①——纵向受力钢筋配筋值
图2 桩身配筋及构造详图
5. 基桩施工中应注意的事项
(1)基坑开挖后应进行基槽检验，探明桩底3
3
米范围内有无软弱土层，检验方法可用触探或其它方法，确保桩身计入持力层不小于1倍桩径。
(2)当相邻桩端扩大头间净距小于1500mm 时, 相邻桩扩大头应间隔施工, 且应在先施工桩混凝土浇注24小时后, 方可开挖相邻桩扩大头。
(3) 钢筋笼外侧需设混凝土垫块或采用其它有效措施，以确保钢筋保护层的厚度。开挖时应保证孔壁不坍塌，孔底通风良好，避免发生人身事故。
6. 质量检测
(1)施工完成后的工程桩，应对全部基桩进行桩身质量检验，检验方法可采用低应变法, 施工完成后的工程桩竖向承载力可采用高应变动测法进行检测
(2) 载荷试验前，必须凿平桩头，在桩顶和承压钢板之间设置砂石褥垫层。 7. 结论
基于本文的研究，有以下初步结论：
(1) 端承桩在重要性建筑物的基础应用中是理想的基础形式，认真勘察与分析地质情况，通过论证分析，确认安全合理的基础尺寸。
(2) 端承桩具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担建筑的全部竖向荷载，桩基具有很大的竖向单桩刚度，在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。
(3) 端承桩凭借巨大的单桩侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证建筑的抗倾覆稳定性。 参考文献: References:
[1] GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].
中国建筑工业出版社. 北京. 2012年
[2] JGJ94-2008 建筑桩基技术规范[S]. 中国
建筑工业出版社. 北京. 2008年
[3] 建筑地基基础设计方法及实例分析[M]. 朱
炳寅 中国建筑工业出版社. 北京. 2007年 [4] GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].
中国建筑工业出版社. 北京. 2010年
[5] 地基基础的设计及计算[M]. 黄熙龄、秦宝玖
中国建筑工业出版社. 北京. 1981年
[6] GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S]. 中
国建筑工业出版社. 北京. 2010年
[7] J 121-2001 建筑基桩检测技术规范 中国
建筑工业出版社. 北京. 2001年
[8] JGJ79-2002 建筑地基处理技术规范[S].
中国建筑工业出版社. 北京. 2002年
[9] 混凝土结构设计禁忌及实例[M]. 李国胜
中国建筑工业出版社. 北京. 2007年
作者简介：
[10] GB50021-2001（2009版） 岩土工程勘察规范
[S]. 中国建筑工业出版社. 北京. 2001年 [11] 刘芳 大直径人工挖孔灌注桩结构设计探析 建材技术及应用 2008年04期
李廷禄（1968-），男，汉，甘肃省酒泉市人，工程师，国家注册二级结构工程师，国家注册二级建筑师，国家注册水利监理工程师，主要从事水利工程及结构工程的设计与施工的研究。 作者联系信息
有关论文的所有信息请与 李廷禄 联系，
通信地址：甘肃省酒泉市肃州区北大街46号 李廷禄（收） 邮编：735000 Tel: [1**********]
Email: [email protected]
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大直径人工成孔灌注桩的计算和应用
李廷禄
(甘肃省酒泉市水利水电勘测设计院 ，甘肃 酒泉 735000)
【摘要】端承桩是在竖向极限荷载作用下，桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受，桩侧阻力相对桩端阻力而言较小或可忽略不计的桩，具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担建筑的全部竖向荷载，桩基具有很大的竖向单桩刚度，在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围，凭借巨大的单桩侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证建筑的抗倾覆稳定性。 【关键词】大直径；人工成孔； 端承桩；灌注桩； 单桩竖向承载力； 【中图分类号】 【文献标识码】C 【文章编号】
1. 端承桩受力特点与分类：
端承型桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载由桩端阻力承受，桩侧阻力小到可忽略不计；摩擦端承桩：在承载能力极限状态下，桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受，根据本项目地质特点结合岩土勘查报告，基础工程选择直径大于800mm 的端承桩，施工方案为挖孔灌注桩。 2. 桩基构造
⑴配筋率：正截面配筋率可取0.65％～0.2％ （小直径桩取高值）
⑵端承型桩和位于坡地岸边的基桩应沿桩身等截面或变截面通长配筋；
⑶箍筋应采用螺旋式, 直径不应小于6mm ，间距宜为200～300mm ；钢筋笼长度超过4m 时，应每隔2m 设一道直径不小于12mm 的焊接加劲箍筋。 ⑷桩身混凝土强度等级不得小于C25。
⑸挖孔桩的D /d 小于3，扩底端侧面的斜率应根据实际成孔及土体自立条件确定，粉土a /h c 取1/3 ⑹扩底端底面宜呈锅底形，矢高h b 可取（0.15～0.20）D 。
3. 桩基竖向承载力计算
3.1 桩基竖向承载力计算应符合下列要求： 1 荷载效应标准组合：轴心竖向力作用下
偏心竖向力作用下，除满足上式外，尚应满足下式的要求：
式中 N k ——荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力；
N Ek max ≤1. 5R
N k max ——荷载效应标准组合偏心竖向力
作用下，桩顶最大竖向力；
N Ek ——地震作用效应和荷载效应标准组
合下，基桩或复合基桩的平均竖向力；
N Ek max ——地震作用效应和荷载效应标准
组合下，基桩或复合基桩的最大竖向力；
R ——基桩或复合基桩竖向承载力特征
值。
3.2 单桩竖向承载力特征值R a 应按下式确定：
R a =
式中
Q u k ——单桩竖向极限承载力标准值；
K ——安全系数，取K ＝2。
1Q u k K
3.3大直径桩单桩极限承载力标准值时，Q uk 可按下式计算：
Q uk =Q sk +Q pk =u 式中
∑ψ
si
q sik l i +ψp q pk A p
N k ≤R
偏心竖向力作用下除满足上式外，尚应满足下式的要求： 向力作用下
q sik ——桩侧第i 层土极限侧阻力标准值
q pk ——桩径800mm 的极限端阻力标准值 N k max ≤1. 2R
2 地震作用效应和荷载效应标准组合：轴心竖
ψsi 、ψp ——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应
系数，按下表取值
N Ek ≤1. 25R
作者简介：李廷禄（1968-），男，甘肃省酒泉市人，工程师，从事水利工程及结构工程的设计与施工研究。
所以采用以卵石层为桩端持力层的灌注桩基础。
n
3.4考虑群桩效应的基桩下拉荷载可按下式计算：
n
Q =ηn ⋅u ∑q si l i n g
i =1
⎡⎛q s n d ⎫⎤
ηn =s ax ⋅s ay /⎢πd +⎪⎪⎥
⎣⎝γm
4⎭⎦式中 n ——中性点以上土层数；
l i ——中性点以上第i 土层的厚度； ηn ——负摩阻力群桩效应系数；
s ax 、s ay ——分别为纵横向桩的中心距； q n s
——中性点以上桩周土层厚度加权
平均负摩阻力标准值；
γm ——中性点以上桩周土层厚度加权平均重度（地下水位以下取浮重度）。
对于单桩基础或按上式计算的群桩效应系
数ηn >1时，取ηn =1。 4. 工程应用
某幼儿园工程，为两层框架结构建筑物，基础设计等级丙级，根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度场地分类Ⅱ类，场地开阔平坦，周边无不良地质作用，场地稳定性好，对建筑抗震有利，地质勘查深度范围内依次为:
①杂填土，杂色、稍密、稍湿，层厚0.50～0.70m
②黄土状粉质粘土，黄褐色、可塑～硬塑、稍湿～湿，干强度中等，中等韧性，稍有光泽，层厚14.40～15.10m
③卵石层，青灰色，中密，湿，饱和，骨架颗粒成分主要为火成岩及变质岩，呈圆状，一般粒径20～60mm ，颗粒间中粗砂填充，级配均匀，层厚2.30～3.40m 。
勘察深度范围内卵石层内有地下水存在，属第四系潜水，场地土具有Ⅰ级非自重湿陷～Ⅱ级自重湿陷性。
由于场地地基土中杂填土厚度小，强度低，压缩性高，黄土状粉质粘土，具有Ⅱ级自重湿陷性，呈中等偏高压缩性，均工程性质差，不宜直接选做基础持力层，卵石层强度较高、压缩性较低，工程性质较好，且根据工程地质剖面图显示，卵石层埋深15.2～15.7m ，场地地基均匀性较好，
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图1 桩基平面布置示意图
q pk =3200kpa (极限端阻力标准值
)
q n s 1=-10kpa ；l 1=8m q n s 2=40kpa ；l 2=5m
取ηn =1
Q n n
g
=ηu ∑q n
n ⋅si l i i =1=1×3.14×0.8×（-10×8.0+40×5.0）=301.4Kpa ＞0 （负摩阻力小于正摩阻力） 大直径桩单桩极限承载力标准值时，Q uk 可按下式计算：
N +Q pk K =
(Q
sk
=
(u ∑ψ
si
q sik l i +ψp q pk A p 取ψp =(
0. 3
⎛ ⇒
⎝N K
-Q sk ⎫⎪⎭q =π8(0. 8)13D 53
pk ⎡0. 6
⇒D =1. 8321⎢⎛ N -Q sk ⎫⎤
⎢⎝K ⎪⎭⎥
⎢q ⎥
⎢pk ⎣⎥⎥⎦
取Q sk =0 计算偏于安全 d ——桩直径 a ——单侧扩底长度 D ——桩端扩底设计直径
q pk --极限端阻力标准值
N K --轴心竖向力
①——纵向受力钢筋配筋值
图2 桩身配筋及构造详图
5. 基桩施工中应注意的事项
(1)基坑开挖后应进行基槽检验，探明桩底3
3
米范围内有无软弱土层，检验方法可用触探或其它方法，确保桩身计入持力层不小于1倍桩径。
(2)当相邻桩端扩大头间净距小于1500mm 时, 相邻桩扩大头应间隔施工, 且应在先施工桩混凝土浇注24小时后, 方可开挖相邻桩扩大头。
(3) 钢筋笼外侧需设混凝土垫块或采用其它有效措施，以确保钢筋保护层的厚度。开挖时应保证孔壁不坍塌，孔底通风良好，避免发生人身事故。
6. 质量检测
(1)施工完成后的工程桩，应对全部基桩进行桩身质量检验，检验方法可采用低应变法, 施工完成后的工程桩竖向承载力可采用高应变动测法进行检测
(2) 载荷试验前，必须凿平桩头，在桩顶和承压钢板之间设置砂石褥垫层。 7. 结论
基于本文的研究，有以下初步结论：
(1) 端承桩在重要性建筑物的基础应用中是理想的基础形式，认真勘察与分析地质情况，通过论证分析，确认安全合理的基础尺寸。
(2) 端承桩具有很高的竖向单桩承载力或群桩承载力，足以承担建筑的全部竖向荷载，桩基具有很大的竖向单桩刚度，在自重或相邻荷载影响下，不产生过大的不均匀沉降，并确保建筑物的倾斜不超过允许范围。
(3) 端承桩凭借巨大的单桩侧向刚度及其整体抗倾覆能力，抵御由于风和地震引起的水平荷载与力矩荷载，保证建筑的抗倾覆稳定性。 参考文献: References:
[1] GB 50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].
中国建筑工业出版社. 北京. 2012年
[2] JGJ94-2008 建筑桩基技术规范[S]. 中国
建筑工业出版社. 北京. 2008年
[3] 建筑地基基础设计方法及实例分析[M]. 朱
炳寅 中国建筑工业出版社. 北京. 2007年 [4] GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].
中国建筑工业出版社. 北京. 2010年
[5] 地基基础的设计及计算[M]. 黄熙龄、秦宝玖
中国建筑工业出版社. 北京. 1981年
[6] GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S]. 中
国建筑工业出版社. 北京. 2010年
[7] J 121-2001 建筑基桩检测技术规范 中国
建筑工业出版社. 北京. 2001年
[8] JGJ79-2002 建筑地基处理技术规范[S].
中国建筑工业出版社. 北京. 2002年
[9] 混凝土结构设计禁忌及实例[M]. 李国胜
中国建筑工业出版社. 北京. 2007年
作者简介：
[10] GB50021-2001（2009版） 岩土工程勘察规范
[S]. 中国建筑工业出版社. 北京. 2001年 [11] 刘芳 大直径人工挖孔灌注桩结构设计探析 建材技术及应用 2008年04期
李廷禄（1968-），男，汉，甘肃省酒泉市人，工程师，国家注册二级结构工程师，国家注册二级建筑师，国家注册水利监理工程师，主要从事水利工程及结构工程的设计与施工的研究。 作者联系信息
有关论文的所有信息请与 李廷禄 联系，
通信地址：甘肃省酒泉市肃州区北大街46号 李廷禄（收） 邮编：735000 Tel: [1**********]
Email: [email protected]
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