关于现浇桩和预钻孔灌浆PHC桩抗压承载力的现场测试

《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》：Field tests on compressive bearing capacity of cast-in-situ pile and pre-bored grouted PHC pile

压缩桩与预应力高强混凝土灌注桩在软土中的承载性能对比研究，通过现场试验发现直径900mm的 bored PHC 桩极限承载力（14000kN）高于直径1000mm的 cast-in-situ 桩（9000kN），其侧阻力和端阻力分别提高1.39-1.60倍和0.21倍。

　　在工程实践中，对于软土地区，预应力高强度混凝土（PHC）桩和现浇桩被广泛应用。这两种桩的承载性能常常受到土壤性质的影响，尤其是在承载力较低的软土层中。为提高其承载能力，通常采用侧向注浆和端部注浆等技术。通过这些技术，不仅可以增强桩的侧向承载力，还能改善桩端附近的土壤特性，从而提升桩的整体承载能力。此外，一些复合桩技术，如混凝土芯水泥搅拌桩（CCM）和刚性水泥搅拌桩（SDCM），也在全球范围内得到发展和应用。这些复合桩通过在桩芯周围注入水泥浆体，形成具有一定强度的复合结构，从而显著提高其承载性能。同时，它们的施工过程也减少了由锤击或打入式施工带来的噪音和振动污染。

本研究在上海市开展了一系列现场试验，比较了全规模的PHC注浆桩与现浇桩的承载性能。通过在桩体上布置应变传感器和光纤传感器，研究人员能够准确测量两种桩的侧向和端部承载力。试验结果表明，900毫米直径的PHC注浆桩在压缩承载能力方面优于1000毫米直径的现浇桩。这种差异主要归因于PHC注浆桩内部存在的注浆体，它不仅增强了桩的侧向承载力，还通过扩大桩端的注浆体提升了桩端的承载能力。同时，注浆体的引入改善了桩与周围土壤之间的相互作用，从而提高了整体的承载效果。

现场试验的土壤条件包括深厚软土层、粉质黏土层、粉土层和细砂层。通过现场测试和实验室测试，研究人员对不同土层的物理和力学特性进行了详细分析。试验结果表明，软土层的承载力较低，而细砂层的承载力较高。因此，在不同的土层中，PHC注浆桩和现浇桩的承载力表现也有所不同。例如，在细砂层中，PHC注浆桩的侧向承载力和端部承载力均高于现浇桩。此外，PHC注浆桩的施工过程对周围环境的扰动较小，因此被广泛用于替代现浇桩。

为了确保测量结果的准确性，研究人员在试验桩的安装过程中特别关注传感器的布置和保护。对于现浇桩，采用了振动线应变传感器来测量桩体的轴向力变化，而PHC注浆桩则同时采用了振动线应变传感器和光纤传感器。光纤传感器能够提供更精确的侧向和端部承载力数据，同时也能监测桩体的应变变化。通过对比不同深度的传感器数据，研究人员验证了两种传感器测量结果的一致性，确保了数据的可靠性。

研究结果还表明，PHC注浆桩的承载能力比现浇桩更高，这主要得益于其注浆体的增强作用。注浆体不仅增加了桩端的接触面积，还通过改善桩端附近的土壤特性提高了承载能力。此外，注浆体的引入还增强了桩与周围土壤之间的侧向摩擦力，从而提升了整体的承载性能。研究人员还提出了基于现场试验结果的PHC注浆桩承载力估算方法，为工程设计提供了重要的参考依据。

在工程实践中，PHC注浆桩和现浇桩的设计参数通常依据现有的标准和经验公式。然而，由于缺乏针对PHC注浆桩的精确设计方法，研究人员通过现场试验和数据分析，提出了更合理的承载力估算方法。例如，在细砂层中，通过对比不同深度的承载力数据，研究人员发现PHC注浆桩的承载力与现浇桩相比有显著提升，且承载力比值在1.39至1.60之间。这一比值为工程设计提供了重要的参考，有助于提高PHC注浆桩的应用范围和设计精度。

此外，研究人员还对PHC注浆桩的施工过程进行了详细分析。PHC注浆桩的施工通常采用特殊的打桩机，在达到设计深度后，通过扩张钻头形成扩大的桩端注浆体。随后，采用不同水灰比的水泥浆进行注浆，以确保注浆体的均匀性和强度。注浆过程中的压力和体积均受到严格控制，以保证注浆效果。通过现场监测，研究人员能够实时掌握注浆过程中的各项参数，并据此优化施工方案。

研究结果对于软土地区的桩基工程具有重要的指导意义。PHC注浆桩的承载能力优于现浇桩，尤其是在细砂层中表现更为显著。这表明，在软土层中采用PHC注浆桩可以有效提高地基的承载能力，减少沉降风险。同时，研究人员提出的承载力估算方法也为实际工程设计提供了科学依据。未来的研究可以进一步探讨PHC注浆桩在循环荷载和长期使用条件下的性能表现，以确保其在各种复杂工况下的可靠性。