摘 要 ：静钻根植桩桩端通过扩底注浆可大幅度提高桩端承载力，从而发挥预制桩桩身高强混凝土的力学性能。通过简化模型对静钻根植桩扩底固化体与预制桩的共同工作状态进行了分析，提出了扩底固化体的基本性能要求，并通过钻芯取样确认了扩底固化体的强度。在某工程试验项目中通过在桩端上部设置荷载加载箱，对桩端扩底部分的抗压承载性能进行了试验研究。根据试验结果提出了静钻根植桩桩端极限端阻力的取值方法。
　　关 键 词：静钻根植桩；扩底；固化体；加载箱；极限端阻力
　　[中图分类号] [文献标识码] A
　　1 概述
　　静钻根植桩采用预钻孔后在桩端及桩周注浆，利用桩身自重将预应力高强混凝土预制桩植入孔内，通过桩端水泥浆及桩周水泥土的固化发挥承载性能。与传统预制桩的打入或静压施工方法相比，由于施工过程对预制桩桩身没有任何不良影响，桩身承载能力可以得到充分利用。静钻根植桩桩端部通过按设计要求的扩大尺寸进行扩底并注浆，可大幅度提高桩端承载力，从而发挥预制桩桩身高强混凝土的力学性能。静钻根植桩所使用的预应力高强混凝土预制桩包括先张法预应力高强混凝土竹节桩（PHDC竹节桩）、复合配筋先张法预应力高强混凝土管桩（PRHC桩）及预应力高强混凝土管桩（PHC 管桩）。通过配置不同桩型，可以发挥各桩型的性能特性，满足工程对抗压、抗拔、抗水平荷载的要求。
　　同样作为非挤土桩型，静钻根植桩采用C80或更高强度的混凝土和高强PC钢棒工厂化制造的预制桩，在同等承载力条件下，混凝土等材料用量比钻孔灌注桩可以节约50%以上，大幅度降低了各种资源的消耗和桩基的碳排放量。该技术具有绿色施工和工业化特点。
静钻根植桩的扩底直径可以达到钻孔直径的1.6倍，扩底高度是钻孔直径的3倍以上，且不应小于2m。为确保桩基端阻力能够得到充分发挥，需根据持力层土体的强度选择注入一定强度的水泥浆。注入水泥浆的水灰比一般为0.6~0.9，注入量为整个扩底部分体积，这样在桩端扩底部形成具有较高强度的固化体构造。如采用水灰比为0.6的水泥浆按扩底部分体积注入时，桩端单位体积注入水泥量为1090kg/m3。根据所在土层的特性，所形成的桩端部扩底固化体的单轴抗压强度为7~30MPa。为使桩身与扩底固化体成为一体共同承受由上部传递的荷载，扩底部分的预制桩使用竹节桩，通过其凸起部分的承压效果来增强桩身与扩底固化体的粘结强度，使得预制桩与扩底固化体共同工作。
　　为确保静钻根植桩扩底尺寸符合要求并能够得到有效确认，在静钻根植桩施工用单轴钻机的钻杆中埋入液压回路，由该液压扩大系统进行桩端部扩底作业。施工时可在地上操作打开扩大机构，并可确认扩大部位的直径。进行扩底作业时，根据所在土层的强度指标分数次逐步加大扩底直径直至达到设计要求尺寸（见图1）。 　　本文首先通过简化模型对扩底固化体与预制桩的共同工作状态进行分析，提出了扩底固化体的基本性能要求，并钻芯取样确认其强度。在某轨道交通试验项目中，在桩端上部设置荷载加载箱，对桩端扩底部分的抗压承载性能进行了试验研究。根据试验结果提出了桩端极限端阻力的取值方法。
　　2 扩底部承载力性能分析
　　静钻根植桩使用的三种预应力高强混凝土预制桩的常用桩型组合见表1。桩型组合1主要适用于对抗水平荷载或抗拔荷载有较高要求的桩基础。二种组合中，下节桩均采用PHDC竹节桩。下节PHDC竹节桩与上节PHC管桩或PRHC桩相接时，可根据工程需要，使用带有桩身顶部扩径的PHDC竹节桩。 　　本次试验共对2根静钻根植桩进行了桩端扩底竖向抗压承载性能的试验。桩型组合至上而下由PRHC800（130）Ⅱ-15 + PHC800（130）AB-15 + PHC800（130）AB-15 + PHC800（130）AB-12 + PHDC800-600（130）AB-7组成，配桩由15m+15m+15m +12m+7m共计桩长64m组成。持力层为⑨2圆砾层。由于需要考虑抗水平荷载的要求，上节桩采用了复合配筋的PRHC桩Ⅱ型，该桩桩身除配置了与同直径PHC管桩AB桩相同数量的PC钢棒16Ф12.6外，沿桩身全长配置了16C16的非预应力钢筋。
　　试验桩施工钻孔直径为0.9m，扩底直径为1.35m，扩底高度为3m，桩端扩底部分的体积为4.29m3。桩端注入水泥浆的体积为4.3m3，水灰比0.6，桩周注入水泥浆的水灰比1.0。 　　为确认桩端扩底部分的竖向抗压承载性能，在桩身接近扩底部位设置荷载加载箱，通过由高压油泵在地面向加载箱充油加载，加载箱将力传递到桩身，通过上部桩身的摩擦力与下部桩的桩身摩擦力及端阻力作为相互反力来维持加载。根据表2中给出的土层参数对假定的加载箱位置上段桩的侧摩阻力和下段桩的侧摩阻力和端阻力进行了估算，结合静钻根植桩桩端为圆砾层的工程经验，经综合考虑，认为加载箱布置在桩端以上7m位置可以保证上下段桩的承载力基本平衡。下节桩采用7m长度PHDC800-600的竹节桩。该节桩上部桩身直径由600mm扩大至800mm，以便于安装加载箱。试验时每根试验桩采用4只电子位移计量测桩位移量，2只用于量测桩顶向上位移，2只用于量测加载箱底板的向下位移。
　　考虑到所使用的预制桩桩身承载力极限值为11600kN，加载按2×600kN分级进行。加载至2×6000kN时，向上、向下位移很小，继续加载至2×7800kN，因此时荷载已超过加载箱最大加载能力，故终止了加载。
　　从表3的试验结果来看，在加载至2×7800kN时，加载箱向下位移分别为7.23mm、6.94mm，桩端变形量很小，说明静钻根植桩扩底部位PHDC竹节桩与扩底固化体处于共同工作状态，加载至最后一级时，静钻根植桩尚远未达到竖向抗压承载力极限状态。通过计算等效加载Q-s曲线得知，按桩顶沉降量40mm来考虑的极限承载力为16773kN。在此条件下的等效桩顶沉降量和等效桩顶荷载近似线性关系，变形量主要为桩身弹性压缩量。 　　4 结语
　　（1）静钻根植桩使用PHDC竹节桩能够满足桩端扩底固化体与桩身共同工作的要求。
　　（2）桩端持力层为圆砾层时，静钻根植桩的桩端极限端阻力可按预制桩桩端极限端阻力2/3取值。
　　（3）通过扩底，静钻根植桩能够发挥较高的桩端竖向抗压承载性能。
　　参 考 文 献
　　[1] KON. H. Confirmation of Quality by Excavation investigation of root solidify bored precast piles, [第45回地盤工学研究発表会]，2010, (In Japanese)
　　[2] 张日红，吴磊磊，孔清华. 静钻根植桩基础研究与实践[J]. 岩土工程学报，2013，35（zk2）：1200-1203.