钻孔扩底灌注桩是近十几年来在沿海地区兴起的一种新型桩基，随着我国国民经济高速增长，基本建设规模不断扩大，钻孔扩底灌注桩也随着机具及工法的进步得到了发展和普及。 目前，我国还没有一本专门的钻孔扩底灌注桩的技术规范，深圳地区虽然在工程中普遍使用了钻孔扩底灌注桩，但在勘察、设计、施工和检测方面都没有相应的统一方法和标准，以至工程桩承载力检测达不到设计要求的事例经常发生。为了钻孔扩底灌注桩在深圳地区应用的安全、可靠，有必要在专门试验研究和总结工程实例经验的基础上制定一部专门的钻孔扩底灌注桩技术规范，以指导设计和施工。为此，深圳市正在组织编制《深圳建筑钻孔扩底混凝土灌注桩技术规程》，本人作为规程编制组成员之一参与了本次试验的组织筹划工作。 尽管钻孔扩底灌注桩的应用及施工已经较为普及，但其理论和试验的研究发展却远远落后于工程实践，其受力、变形和破坏机理的研究仍处于起步阶段，尤其深圳地区地质条件下的试验研究几乎没有，工程实践中一些问题模糊不清亟待解决，比如：现行的承载力和沉降的设计计算方法与实际是否相符、各地层参数经验取值是否合适、深厚强风化持力层分成上、中、下层可不可行，不同的桩端面积要不要考虑面积效应等等，都需要通过试验研究提供技术支持。 本次钻扩桩静载试验进行了地质勘察，勘察共完成钻探孔3个(每个试验桩位置布置1个钻探孔)，钻探进尺74.00米；标贯试验19次；取土样8组，并进行了室内土工试验。试验桩采用3根桩身直径800mm，扩大头直径为1600mm和1200mm的钻孔扩底灌注桩。施工结果，桩长为20.2m-22.3m，持力层分别为强风化花岗岩上、中和下部。试验中，每根试桩在不同地层界面处埋设了钢筋应力计，进行桩身内力测试；在桩端扩大头的上斜面和下斜面埋设了土压力盒，进行桩端压力测试。试验反力装置荷载按14000kN配置，加载采用慢速维持荷载法进行。 本课题主要研究方法和技术路线是：(1)收集相关资料并进行初步整理，进行选题研究；(2)地质勘察及花岗岩强风化特性研究；(3)制定试验研究方案并进行试验；(4)通过对三根试桩的各种试验测试结果进行数据和图表，对承载力、侧阻力、端阻力及其荷载传递规律、侧阻力和端阻力的分布规律进行分析；(5)应用有限元方法进行钻孔扩底灌注桩数值模拟、重点揭示桩端扩大头部分在试验荷载作用下应力、应变规律和特性，并与试验结果进行对比验证。(6)从桩的荷载传递规律出发，应用数学分析的方法，对钻孔扩底灌注桩的沉降变形进行分析推导，建立适合深圳地质条件的科学、合理、简便的钻扩桩沉降变形计算方法，并利用试验桩的有关参数和试验结果进行验证；(7)通过工程桩实例应用研究，验证有关研究成果。 本文主要研究成果和结论有以下几点： 1.深圳地区花岗岩强风化特性分析研究表明，变形模量E0在载荷试验过程中不是一个常量，其值随沉降量增大(也随着荷载的增大)变形模量呈减小趋势，并趋于稳定。E0基本稳定时相对应的沉降量，强风化上层约为60mm，强风化中层约为40mm，强风化下层约为25mm。变形模量与动力触探贯入击数关系，以及采用中型动力触探或超重型动力触探试验实测击数进行进行花岗岩强风化分层标准目前还不成熟，需要进一步试验研究。 2.本次试验桩的荷载传递过程可描述为，在施加荷载初期，桩顶沉降较小，荷载主要由桩侧阻力承当，此时桩端阻力较小，呈现出端承摩擦桩的特性；随着荷载逐渐增加，桩侧阻力和桩端阻力随之增大，但桩端持力层受荷压密端阻力增长速度加快，而侧阻力增长速度相对较小：荷载继续增加，侧阻力达到最大值后开始下降形成一峰值，此时端阻力已经明显大于侧阻力，桩呈现出摩擦端承桩的特性；随后继续加荷时，端阻力继续保持近似线性增大，而桩侧摩阻力逐渐不再减少而趋于稳定，桩侧磨阻力减少的现象即为摩阻力软化现象；随着荷载继续增加，桩侧摩阻力基本保持稳定，荷载增量将由扩大头底部的地基土来承受，直至加荷至极限荷载，这时桩基呈现出接近端承桩的特性。 3.钻孔扩底灌注桩的曲线特征属“缓变型”，其破坏特征为“渐进性”破坏。其特点是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。对这种“缓变型”曲线，本章采用了几种常见的变换Q-S曲线的坐标或数据拟合方法来确定极限承载力，从几种方法的使用和结果来看各有缺陷，基本上不能得出真正的桩土极限承载力或得出的承载力准确性太差。其中s-logQ法与《建筑基桩检测技术规范》s＝0.05D方法结果较接近，且偏于保守。本文通过方大集团科技中心检测桩的实测数据，采用3次多项式对实测数据进行拟合的方法确定极限承载力对钻孔扩底灌注桩可行，其结果较为符合实际。 4.试验表明，桩侧摩阻力达到最大值后的“软化”现象非常明显，根据试验实测数据的计算，软化后的磨阻力衰减约为20％—30％，各土层摩阻力实测值也普遍小于规范给定的理论值约9％—17％。本文认为，采用泥浆护壁的灌注桩，由于桩身混凝土与周围土层之间存在一层泥皮，在桩受压产生大变形的情况下，泥浆土的颗粒成定向的规则排列，这时变形方向的摩阻力明显降低。所以，在实际钻孔扩底灌注桩的设计时，应考虑磨阻力的衰减问题。 5.根据试验桩桩端阻力理论计算与实测结果对比，本文建议花岗岩强风化上、中、下层的桩端阻力经验特征值调整为：强风化上部2500 kPa、强风化中部3000 kPa、强风化下部3500 kPa。 6.扩大头上斜面土压力实测结果表明，在桩顶荷载作用下，桩端扩大头上斜面土压力在荷载较小时有一定的土压力，随着荷载和桩身沉降的增加，土压力逐渐减小，扩大头上斜面有脱开土层的趋势。 7.桩底土压力实测结果分析以及通过有限元数值模拟分析表明，在试验桩加载过程中，由于应力集中现象桩端扩大头底的中间区域土压力在加载初期较小，周边区域的土压力相对较大，这时，桩底土压力分布为中部小、两边大：随着加载过程的进行，周边区域出现塑性变形土压力不再增加，而中间区域由于土的压密作用，使中间土压力逐渐增大并超过周边区域。这时，桩底土压力分布为中部大，两边小，即桩端土压力分布呈现出锅底形态。 8.桩底土压力有限元计算结果显示，桩端中心部分和周边部分的土压力变化规律，与实际的加载过程实测结果基本吻合。 9.采用数学分析的方法分别对在荷载作用下的桩身压缩变形、持力层压缩变形、桩端面积效应进行了分析，提出了钻孔扩底灌注桩总沉降计算公式(6-16)。该公式适用于深圳地区花岗岩强风化条件下的钻孔扩底灌注桩，具有计算简便的特点，同时也让沉降计算方法与静载试验承载力判定标准(见式6-25)能够对应起来，减少误差。 10.本文认为，现行静载试验规范中有关大直径桩承载力判定标准没有考虑桩本身的弹性压缩，按此标准判定的承载力不能真正反映桩土特性。为此，通过分析提出了在深圳地区花岗岩强风化地质条件下钻孔灌注桩的静载试验极限承载力判断的经验标准公式(6-25)，该标准既反映了桩身变形的影响，又考虑了桩端面积效应，同时也考虑了总沉降量与现有规范的相容性。 11.应用公式(6-16)对试验桩进行了复核计算，发现了各桩持力层沉降量Sb约为桩端直径的4％；通过对持力层变形模量E0的反算和分析，初步提出了深圳地区花岗岩强风化层上、中、下层的参数取值，为今后编制规范提供了有用的参考；通过对现有几种标贯击数和变形模量关系式的讨论，提出了今后继续完善关系式的工作方法。 12.通过方大集团科技中心钻孔扩底灌注桩的工程实例，按计算式(6-16)进行沉降量核算，桩顶沉降计算值基本上与《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2003)规定的0.05D相符。桩端下沉量约为桩端直径的4％，计算式(6-24)的假定基本可行。采用3次多项式对实测数据进行拟合的方法确定极限承载力对钻孔扩底灌注桩可行，采用6.1.5节本文推荐的计算式(6-25)标准确定极限承载力时，比《建筑基桩检测技术规范》(JGJ106-2003)规定的0.05D方法更接近于估算值。 本文的研究成果主要创新点有如下几点：(1)本次大直径钻孔扩底灌注桩抗压静载试验的特点是试验荷载达到了14000 kN，不仅在桩底而且在扩大头上斜面也埋设了土压力测量元件，如此大的试验规模和复杂困难测量元件在扩大头上的埋设在大直径钻孔扩底灌注桩的静载试验中应用是国内首次。(2)在国内，对大直径钻(冲)孔直桩和人工挖孔扩底桩的荷载传递规律研究较成熟，对大直径钻孔扩底灌注桩的荷载传递规律研究较少，且不成熟。根据本次试验结果和测量实测数据分析，提出了较完整的试桩在加荷过程中的荷载传递规律。(3)采用数学分析的方法分别对在荷载作用下的桩身压缩变形、持力层压缩变形、桩端面积效应进行了分析，提出了钻孔扩底灌注桩总沉降计算公式。同时，还提出了在深圳地区花岗岩强风化地质条件下钻孔扩底灌注桩的静载试验极限承载力判定经验公式。上述两个公式既反映了桩身变形的影响，又考虑了桩端面积效应，同时也考虑了总沉降量与现有规范的相容性，不论从形式和概念上是国内首次，通过更多的应用证明后可作为今后有关规范或标准修改的参考。(4)大直径钻孔扩底灌注桩的扩大头的应力应变的试验和理论相结合的研究很少，本文通过试验结果分析和有限元数值模拟，较完整地描述出了扩大头部位土压力分布及土层应力应变分布规律。其中，实测出扩大头上斜面土压力是国内首次。