一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法

摘要

本发明公开了一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，步骤是：1)地层分层：用钻机采用螺旋钻进的方式钻孔，得桩周土的地层分层信息；2)分层沉降设备的埋设：将斜管平放于地面，从底部开始依次卡入沉降环，沉降环个数与位置得到的地层信息确定，将沉降板固定在桩头上；4)堆载：对桩头与斜管围成区域进行堆载，堆载土体为黏性土，边堆载边用碾压机碾压，直至堆载到高度；5)沉降数据采集：用测线两端分别连接分层沉降探头与分层沉降数据采集仪，将分层沉降探头竖直下放到斜管中，重复测试分层沉降数据；6)计算与分析。方法易行，操作简便，能有效的解决了目前利用室内试验获得PHC管桩负摩阻力中性点的失真的问题。

权利要求

1.一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，其步骤是：（1）地层分层：对正方形的桩头的对角线向外延伸0.2倍桩径得到测试桩周土的分层沉降的位置，用钻机采用螺旋钻进的方式钻孔，获得桩周土的地层分层信息；

（2）分层沉降设备的埋设：将第一测斜管平放于地面，从底部开始依次卡入沉降环，沉降环个数与位置根据步骤（1）得到的地层信息确定，每组沉降环的卡入方法相同，将沉降环沿第一测斜管的卡槽卡入预定位置，在第一沉降环上方卡入挡板，将连接在第一沉降环上的三个钢爪用水溶绳缠一圈，再次用钻机采用螺旋钻进的方式清孔，将第一测斜管竖直放进钻孔中，用细砂填满钻孔，在第一测斜管用测斜管接头向上竖直连接第二测斜管；

（3）桩头沉降板的埋设：对桩头的表面用铲子铲平，将沉降板放置在桩头表面，将沉降板与桩头中心对齐，在沉降板的四角打入四个膨胀螺丝，将沉降板固定在桩头上，在沉降板的中心上方通过焊接连接第一钢管；

（4）堆载：对桩头与第一测斜管围成区域进行堆载，堆载土体为黏性土，边堆载边用碾压机碾压，堆载采用逐级堆载方式，第一层堆土堆载完成后，在第一钢管上方连接第一接头并连接第二钢管，再进行第二层堆土的堆载，同时在第二钢管上方连接第二接头并连接第三钢管，直至堆载到高度s，堆载结束；

（5）沉降数据采集：进行堆载时，每完成一级堆土后，用RTS100型全站仪测试PHC管桩的沉降，用测线两端分别连接C70型分层沉降探头与CFC‑40型分层沉降数据采集仪，将分层沉降探头竖直下放到第一测斜管与第二测斜管中，以孔口为标高，分层沉降探头与沉降环相交时，分层沉降数据采集仪发出的声音，记录测线上的指示值，重复测试分层沉降数据2－4次，对每次记录的指示值取平均值作为桩周土的分层沉降测试结果，堆载结束后，桩头的沉降⊿hp与桩周土的沉降⊿hs都达到沉降稳定标准，试验结束；

（6）计算与分析：桩头的沉降⊿hp计算公式为：⊿hp= hp测‑hp初

式中，⊿hp为桩头沉降值；hp测为堆载过程中以及堆载后桩头的沉降绝对值；hp初为堆载前桩头的沉降绝对值；

桩周土的沉降⊿hs计算公式为：

⊿hs= hs测‑hs初

式中，⊿hs为桩周土的沉降值；hs测为堆载过程中以及堆载后利用分层沉降数据采集仪测试得到的桩周土的沉降绝对值；hs初为堆载前利用分层沉降数据采集仪测试得到的桩周土的沉降绝对值；

分别绘制⊿hp、⊿hs与时间t的沉降发展曲线，比较每一层土的⊿hs与⊿hp，找到⊿hs>⊿hp与⊿hs<⊿hp对应的土层深度h1与h2， PHC管桩负摩阻力的中性点h的计算公式为：h= h1+(h2‑h1)/2

式中，h为中性点深度；h1为⊿hs>⊿hp时对应的深度； h2为⊿hs<⊿hp时对应的深度；

最后，得到的h一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法获得的PHC管桩负摩阻力中性点。

2.根据权利要求1所述的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，其特征在于：所述的步骤（1）中钻孔的成孔直径为100mm，钻孔深度等于PHC管桩的桩长。

3.根据权利要求1所述的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，其特征在于：所述的步骤(2)中第一测斜管的直径为72mm，长度等于PHC管桩的桩长；步骤(2)中沉降环个数等于2×土层分层数+1，沉降环的卡入位置为每一层地层的分界点与每一层地层的1/2层厚位置。

4.根据权利要求1所述的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，其特征在于：所述的步骤(3)中沉降板为钢制，尺寸为0.5m×0.5m×5mm。

5.根据权利要求1所述的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，其特征在于：所述的步骤(4)中每层堆土的高度为0.5m，其横截面的边长为桩头与第一测斜管围成区域并外扩一倍的桩间距。

6.根据权利要求1所述的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，其特征在于：所述的步骤(5)中沉降为⊿hp<0.01m/天且⊿hs<0.01m/天。

说明书

一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法

技术领域

[0001] 本发明属于岩土工程中桩基工程技术领域，更具体涉及一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，它适用于确定桩负摩阻力中性点的试验。

背景技术

[0002] 近年越来越多的高层建筑修建，浅基础无法满足结构对地基强度、变形等要求，桩基础由于整体性好、刚度大、沉降小、能承受较大的水平荷载和竖向荷载等优点被广泛应
用。PHC管桩，即预应力高强度混凝土管桩。是采用先张预应力离心成型工艺，并经过10个大
气压(1.0Mpa左右)、180℃左右的蒸汽养护，制成一种空心圆筒型混凝土预制构件，标准节
长为10m，直径从400mm～800mm，混凝土强度等级≥C80。对于软土地区，特别是欠固结软土
地区，PHC管桩身周围可能存在负摩阻力的不利影响。负摩阻力产生的原因是，上部荷载通
过PHC管桩桩身传递给地基，竖向荷载有桩侧土的摩阻力和桩端土的抗力承担，当桩周土由
于自重固结和地面荷载等作用下产大于基桩的沉降，将对桩产生下拉荷载，即负摩阻力。显
然，负摩阻力对于桩是不利的，会使基桩的有效承载力降低，使基础产生不均匀沉降，严重
时会使桩身破坏，是桩基工程的巨大隐患。

[0003] 中性点是桩身－桩周土相对位移、正负摩擦力、应力应变及轴向压力沿桩身变化的特征点，它是确定桩基负摩擦力大小的重要参数。若要分析桩产生的负摩阻力，首先必须
确定中心点位置。目前，对中性点的确定常采用经验公式来确定，如《建筑桩基技术规范
(JGJ94‑2008)》给出了不同持力层的中性点深度Ln的经验确定方法，如对于粉土，中心点位
于桩长的0.5～0.6倍处。然而，由于中性点的影响因素较多，如土层性质，桩的类型等，单纯
以经验公式来确定中性点，可能会造成错误的结果，对桩基工程产生不利的影响。虽然，一
些学者采用了理论方法与数值模拟法来分析中性点位置，但仍存在无法真实模拟实际工程
的复杂土体应力状态与施工工况，出现理论无法知道工程实践的问题。针对这一问题，一些
学者也发明了桩的负摩阻力中性点试验方法或计算方法(如发明专利201610139233.9)，然
而这些方法多为室内模型槽试验，并不能真实反映现场实际土层性质，若要模拟不同桩径、
桩间距等影响因素在不同组合条件下负摩阻力中性点的试验，需要进行大量的模型试验，
操作范围，工作量极大，既降低了工作效率，又增加了测试成本。另一方面，桩的负摩阻力中
性点确定方法显然是根据现场测试，一些发明专利(如发明专利201410005769.2、
202011180544.2)虽然是采用的现场试验方法，但对桩的沉降的确定多是通过桩身的应力
进行反算，计算得到的中性点并不是实测，存在一定的误差，并且这些方法普遍过于繁琐，
土中的分层沉降也不容易被测得。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，是在于提供了一种提供了一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，方法易行，操作简便，能有效的解决了
目前利用室内试验或理论计算获得PHC管桩负摩阻力中性点的失真的问题。

[0005] 为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

[0006] 一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，其步骤是：

[0007] (1)地层分层：对正方形的桩头的对角线向外延伸得到测试桩周土的分层沉降的位置，用钻机采用螺旋钻进的方式钻孔，获得桩周土的地层分层信息。

[0008] (2)分层沉降设备的埋设：将第一测斜管平放于地面，从底部开始依次卡入沉降环，沉降环个数与位置根据步骤(1)得到的地层信息确定，每组沉降环的卡入方法相同，将
沉降环沿第一测斜管的卡槽卡入预定位置，在第一沉降环上方卡入挡板，将连接在第一沉
降环上的三个钢爪用水溶绳缠一圈，再次用钻机采用螺旋钻进的方式清孔，将第一测斜管
竖直放进钻孔中，用细砂(普通)填满钻孔，在第一测斜管用测斜管接头向上竖直连接第二
测斜管。

[0009] (3)桩头沉降板(普通)的埋设：对桩头的表面用铲子铲平，将沉降板放置在桩头表面，将沉降板与桩头中心对齐，在沉降板的四角打入四个膨胀螺丝，将沉降板固定在桩头
上，在沉降板的中心上方通过焊接连接第一钢管。

[0010] (4)堆载：对桩头与第一测斜管围成区域进行堆载，堆载土体为黏性土，边堆载边用碾压机碾压，堆载采用逐级堆载方式，第一层堆土堆载完成后，在第一钢管上方连接第一
接头并连接第二钢管，再进行第二层堆土的堆载，同时在第二钢管上方连接第二接头并连
接第三钢管。直至堆载到高度s(高度s单位为米，s＝P/N，P为堆载荷载，单位kPa；N为黏性土
3
重度，单位kN/m)，堆载结束。

[0011] (5)沉降数据采集：进行堆载时，每完成一级堆土后，用RTS100型全站仪测试PHC管桩的沉降。用测线两端分别连接C70型分层沉降探头与CFC‑40型分层沉降数据采集仪，将分
层沉降探头竖直下放到第一测斜管与第二测斜管中，以孔口为标高，当分层沉降探头与沉
降环相交时，分层沉降数据采集仪发出“嘟”的声音，记录测线上的指示值，重复测试分层沉
降数据2－4次，对每次记录的指示值取平均值作为桩周土的分层沉降测试结果。堆载结束
后，当桩头的沉降⊿hp与桩周土的沉降⊿hs都达到沉降稳定标准时，试验结束。

[0012] (6)计算与分析：桩头的沉降⊿hp计算公式为：

[0013] ⊿hp＝hp测‑hp初

[0014] 式中，⊿hp为桩头沉降值；hp测为堆载过程中以及堆载后桩头的沉降绝对值；hp初为堆载前桩头的沉降绝对值。

[0015] 桩周土的沉降⊿hs计算公式为：

[0016] ⊿hs＝hs测‑hs初

[0017] 式中，⊿hs为桩周土的沉降值；hs测为堆载过程中以及堆载后利用分层沉降数据采集仪测试得到的桩周土的沉降绝对值；hs初为堆载前利用分层沉降数据采集仪测试得到的
桩周土的沉降绝对值。

[0018] 分别绘制⊿hp、⊿hs与时间t的沉降发展曲线。比较每一层土的⊿hs与⊿hp，找到⊿hs>⊿hp与⊿hs<⊿hp对应的土层深度h1与h2，PHC管桩负摩阻力的中性点h的计算公式为：

[0019] h＝h1+(h2‑h1)/2

[0020] 式中，h为中性点深度；h1为⊿hs>⊿hp时对应的深度；h2为⊿hs<⊿hp时对应的深度。

[0021] 最后，得到的h即为根据本发明的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法获得的PHC管桩负摩阻力中性点。

[0022] 上述一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法中，步骤(1)中钻孔的成孔直径为100mm，钻孔深度等于PHC管桩的桩长。

[0023] 进一步地，步骤(2)中第一测斜管的直径为72mm，长度等于PHC管桩的桩长。

[0024] 进一步地，步骤(2)中沉降环个数等于2×土层分层数+1，沉降环的卡入位置为每一层地层的分界点与每一层地层的1/2层厚位置。

[0025] 进一步地，步骤(3)中沉降板为钢制，尺寸为0.5m×0.5m×5mm。

[0026] 进一步地，步骤(4)中每层堆土的高度为0.5m，其横截面的边长为桩头与第一测斜管围成区域并外扩一倍的桩间距。

[0027] 进一步地，步骤(5)中沉降稳定标准为⊿hp<0.01m/天且⊿hs<0.01m/天

[0028] 优选地，步骤(1)中对正方形的桩头1的对角线向外延伸的距离为0.2倍桩径。

[0029] 优选地，步骤(5)中堆载时的数据采集频率为每层土堆载完成后，堆载后的数据采集频率为1次/2天。

[0030] 本发明的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法的技术方案原理是：利用堆载模拟实际工况荷载，通过监测堆载过程与堆载后桩头与不同深度桩周土
的沉降值，找到桩头与桩周土沉降值相等的深度，以此获得PHC管桩(预应力高强度混凝土
管桩)桩负摩阻力中性点。

[0031] 上述六个步骤的技术措施，关键的步骤(2)与步骤(3)主要解决了软土地区PHC管桩负摩阻力中性点“难测试”的技术难题，其试验方法原理是基于桩头与桩周土沉降值相等
的深度即为中性点位置，原理清晰且准确。另外，关键的步骤(6)解决了软土地区PHC管桩负
摩阻力中性点“测不准”的技术难点，根据本发明的技术方案得到的中性点是确定值，这比
工程界常用的基于《建筑桩基技术规范(JGJ94‑2008)》的中性点范围值具有更高的准确度。
与现有确定PHC管桩负摩阻力中性点的方法比较，本发明的技术进步在于：与数值分析法比
较，本发明的技术方案具有试验方法简单，原理清晰的优点，能够真实模拟实际工况下，现
实场地的PHC管桩负摩阻力中性点，工程适用性更强；与规范经验法比较，规范经验法只能
获得范围值，本发明的技术方案能够获得定值，试验结果准确性更高；与室内模型试验方法
比较，本发明的技术方案是根据现场试验，能够避免室内模型试验相似比难以确定的不足，
所得结果可以直接用于桩基的设计与施工。通过多次(5－10)试验，使该实验结果真实可
靠，能将基于《建筑桩基技术规范(JGJ94‑2008)》计算得到的中性点深度的范围值提高至准
确的确定值(如对比试验2，规范法得到的中性点范围值是10m～12m与12.5m～15m，利用本
发明的技术方案得到的结果为10.05m与14.25m)；测试精度更高，能将规范法得到中性点的
精度(最高精度为1.0m)提高至1.0cm，测试精度提高100倍。

[0032] 本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

[0033] ①原理清晰，数据准确性高。技术方案原理根据负摩阻力中性点的概念，因为《建筑桩基技术规范(JGJ94‑2008)》对负摩阻力中性点的计算方法得到是一组范围值，本发明
可以得到准确的负摩阻力中性点，具有较高的准确性。

[0034] ②费用低廉。所有的试验设备与材料都为实验室常用仪器与耗材，并可回收重复利用，降低了试验的造价。

[0035] ③操作简单。未施工现场大型仪器，仪器组装方便，试验方法简单易行，无需专业技术人员操作，减少了人力物力。

[0036] ④不会对原有PHC管桩产生不利影响。本发明技术方案没有对PHC管桩破坏，桩周土的测试也进行了封孔，不会对现有桩基础产生不利影响。

[0037] ⑤试验结果分析简单，提高了工作效率。试验人员无需通过复杂计算，仅需手算就可以得到试验结果，提高了试验人员的工作效率。

[0038] ⑥试验数据应用范围广。本试验不但可以得到负摩阻力中性点，还可以得到荷载作用下桩基础与桩间土的沉降值，其结果可以用来评价基础的变形规律，扩大了试验的适
用范围。

附图说明

[0039] 图1为一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法的操作流程图；

[0040] 图2为一种桩头的沉降板与桩周土分层沉降试验点的相对位置示意图；

[0041] 图3为一种地层分层与沉降环埋设的示意图；

[0042] 图4为一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法中步骤(2)沉降环卡入第一测斜管的示意图；

[0043] 图5为一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法中步骤(3)桩头沉降板埋设的示意图；

[0044] 图6为一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法中步骤(4)堆载的示意图；

[0045] 图7为一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法的实施例1的测试结果示意图(桩头的沉降随时间发展曲线)；

[0046] 图8为一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法的实施例1的测试结果示意图(不同深度的桩周土的沉降随时间发展曲线)；

[0047] 图9为一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法的实施例2的测试结果示意图(桩头的沉降随时间发展曲线)；

[0048] 图10为一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法的实施例2的测试结果示意图(不同深度的桩周土的沉降随时间发展曲线)；

[0049] 图11为一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法的实施例1与对比试验的测试结果比较示意图；

[0050] 图12为一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法的对比试验结果的产生误差原理的示意图。

[0051] 其中：1－桩头、2－沉降板、3a－第一层堆土、3b－第二层堆土、3c－第三层堆土、4a－第一钢管、4b－第二钢管、4c－第三钢管、5a－第一测斜管、5b－第二测斜管、6－PHC管
桩、7a－第一土层、7b－第二土层、7a－第三土层、8a－第一沉降环、8b－第二沉降环、8c－
第三沉降环、8d－第四沉降环、8e－第五沉降环、8f－第六沉降环、8g－第七沉降环、9a－第
一接头、9b－第二接头、10a－第一膨胀螺丝、10b－第二膨胀螺丝、10c－第三膨胀螺丝、
10d－第四膨胀螺丝、11－RTS100型全站仪、12－测线、13－C70型分层沉降探头、14－CFC‑
40型分层沉降数据采集仪、15－下拉荷载、16－土层沉降等值线、17－挡板、18a－第一钢
爪、18b－第二钢爪、18c－第三钢爪、19－水溶绳、20－测斜管接头。

[0052] 上述所有另部件市场上购置。

具体实施方式

[0053] 为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图对本明的实施例的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法做进一步详细说明。

[0054] 实施例1:

[0055] 实施例1的试验场地为欠固结软土地层，土层从上至下分别为，第一层为软土，层厚为10m左右；第二层土为黏土，层厚为4m左右；第三层土为粉质黏土，层厚为6m左右。PHC管
桩的桩径为0.5m左右，桩间距为3.0m左右，正方形布置，桩顶设置1.5m左右×1.5m左右×
0.35m左右的桩头，桩头采用C30混凝土现浇，基本桩长20m左右。试验中采用的堆载土体为
压实黏性土，压实土堆载高度为5m左右，按分级堆载，共10级，每级0.5m左右。

[0056] 如图1所示，一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法，其步骤是：

[0057] (1)地层分层A：如图2所示，对正方形的桩头1的对角线向外延伸0.2倍桩径，即外延10cm左右，得到测试桩周土的分层沉降的位置，用中国粤探公司生产的XY‑1A型钻机采用
螺旋钻进的方式钻孔，成孔直径为100mm左右，钻孔深度等于PHC管桩6的桩长25m左右，将钻
出的土样进行深度记录，获得桩周土的地层分层信息。

[0058] 如图3所示，对桩周土钻孔土层进行地层分层，从上至下，第一土层7a为软土，层厚10m左右，第二土层7b为黏土，层厚4m左右，第三土层7c为粉质黏土，层厚6m左右。

[0059] (2)分层沉降设备的埋设B：将直径为72mm左右，长度等于PHC管桩6的桩长20m左右的第一测斜管5a平放于地面，对第一测斜管5a的底部开始依次卡入多组沉降环，沉降环个
数与位置根据步骤(1)得到的地层信息确定，具体为，沉降环个数等于2×土层分层数+1，沉
降环的卡入位置为每一层地层的分界点与每一层地层的1/2层厚位置，如图3所示，实施例1
的沉降环个数为7个，在第一沉降环8a至第七沉降环8g的位置分别位于地下20m左右、17m左
右、14m左右、12m左右、10m左右、5m左右、0m处。

[0060] 每一个沉降环的卡入方式相同，以第一沉降环8a的卡入步骤为例，如图4所示，将第一沉降环8a沿第一测斜管5a的卡槽卡入预定位置(地下20m)，在第一沉降环8a上方卡入
挡板17，将连接在第一沉降环8a上的第一钢爪18a、第二钢爪18b、第三钢爪18c用水溶绳19
缠一圈。按照上述方法依次将其余的第二沉降环8b至第七沉降环8g按照预定位置依次卡
入。再次用钻机采用螺旋钻进的方式清孔，将第一测斜管5a竖直放进直径为100mm左右的钻
孔中，用细砂填满钻孔，在第一测斜管5a用测斜管接头20向上竖直连接第二测斜管5b。

[0061] (3)桩头沉降板的埋设C：如图5所示，对桩头1的表面用铲子铲平，将尺寸为0.5m左右×0.5m左右×5mm左右的钢制沉降板2放置在桩头1表面，将沉降板2与桩头1的中心对齐，
在沉降板2的四角打入第一膨胀螺丝10a、第二膨胀螺丝10b、第三膨胀螺丝10c与第四膨胀
螺丝10d，将沉降板2固定在桩头1上，在沉降板2的中心上方通过焊接连接第一钢管4a。

[0062] (4)堆载D：如图6所示，对桩头1与第一测斜管5a围成区域进行堆载，堆载土体为黏性土，边堆载边用碾压机碾压，堆载采用逐级堆载方式，第一层堆土3a的高度为0.5m左右，
其横截面的边长为桩头1与第一测斜管5a围成区域并外扩一倍的桩间距。

[0063] 第一层堆土3a堆载完成后，在第一钢管4a上方连接第一接头9a并连接第二钢管4b，再进行第二层堆土3b的堆载，同时在第二钢管4c上方连接第二接头9b并连接第三钢管
4c。直至堆载到高度4.0m左右，堆载结束。

[0064] (5)沉降数据采集E：进行堆载时，每完成一级堆土后，用苏州一光仪器有限公司生产的RTS100型全站仪11测试PHC管桩6的沉降，即桩头的沉降测试结果。

[0065] 用测线12两端分别连接武汉基深勘察仪器研究所生产的C70型分层沉降探头13与武汉基深勘察仪器研究所生产的CFC‑40型分层沉降数据采集仪14，将分层沉降探头13竖直
下放到第一测斜管5a与第二测斜管5b中，以孔口为标高，当分层沉降探头13与沉降环相交
时，分层沉降数据采集仪14发出“嘟”的声音，记录测线12上的指示值，即实际沉降环所在深
度值，重复测试分层沉降数据2次或3次，对每次记录的深度值取平均值作为桩周土的分层
沉降测试结果。

[0066] 堆载结束后，按照1次/2天的采集频率，获得堆载后的桩头的沉降值与桩周土的分层沉降值，当桩头的沉降⊿hp与桩周土的沉降⊿hs都小于0.01m/天时，试验结束。

[0067] (6)计算与分析F：桩头的沉降⊿hp计算公式为：

[0068] ⊿hp＝hp测‑hp初

[0069] 式中，⊿hp为桩头的沉降值；hp测为堆载过程中以及堆载后利用全站仪11测试得到的沉降绝对值；hp初为堆载前利用全站仪11测试得到的沉降绝对值。

[0070] 桩周土的沉降⊿hs计算公式为：

[0071] ⊿hs＝hs测‑hs初

[0072] 式中，⊿hs为桩周土的沉降值；hs测为堆载过程中以及堆载后利用分层沉降数据采集仪14测试得到的桩周土的沉降绝对值；hs初为堆载前利用分层沉降数据采集仪14测试得
到的桩周土的沉降绝对值。

[0073] 分别绘制⊿hp、⊿hs与时间t的沉降发展曲线。比较每一层土的⊿hs与⊿hp，找到⊿hs>⊿hp与⊿hs<⊿hp对应的土层深度h1与h2，按照下式计算PHC管桩负摩阻力的中性点h：

[0074] h＝h1+(h2‑h1)/2

[0075] 式中，h为中性点深度；h1为⊿hs>⊿hp时对应的深度；h2为⊿hs<⊿hp时对应的深度。

[0076] 最后，得到的h即为根据本发明的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法获得的PHC管桩负摩阻力中性点。

[0077] 对于实施例1，根据本发明的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法得到桩头的沉降随时间发展曲线(图7)，以及不同深度的桩周土的沉降随时间发展
曲线(图8)，得到PHC管桩负摩阻力中性点为桩头下10.05m左右处。

[0078] 实施例2：

[0079] 为了更好地检验本发明的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法的普遍适用性，选择不同于实施例1中的软土地层，实施例2的试验场地为湖相软土地
层，土层从上至下分别为，第一层为淤泥质软土，层厚为12m左右；第二层土为粉土，层厚为
9m左右；第三层土为黏土，层厚为4m左右。此外，选择不同于实施例1的PHC管桩径、桩间距与
桩长，实施例2的PHC管桩的桩径为0.6m左右，桩间距为4.0m左右，基本桩长为25m左右，采用
三角形布置，桩顶设置1.5m左右×1.5m左右×0.35m左右的桩头，桩头采用C30混凝土现浇。
试验中采用的堆载土体为压实黏性土，压实土堆载高度为5m左右，按分级堆载，共10级，每
级0.5m左右。

[0080] 如图1所示，一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法包括以下步骤：

[0081] (1)地层分层A：如图2所示，对正方形的桩头1的对角线向外延伸0.2倍桩径，即外延12cm左右，得到测试桩周土的分层沉降的位置，用中国粤探公司生产的XY‑1A型钻机采用
螺旋钻进的方式钻孔，成孔直径为100mm左右，钻孔深度等于PHC管桩6的桩长25m左右，将钻
出的土样进行深度记录，获得桩周土的地层分层信息。

[0082] 如图3所示，对桩周土钻孔土层进行地层分层，从上至下，第一土层7a为淤泥质软土，层厚12m左右，第二土层7b为粉土，层厚9m左右，第三土层7c为黏土，层厚4m左右。

[0083] (2)分层沉降设备的埋设B：将直径为72mm，长度等于PHC管桩6的桩长25m的第一测斜管5a平放于地面，对第一测斜管5a的底部开始依次卡入多组沉降环，沉降环个数与位置
根据步骤(1)得到的地层信息确定，具体为，沉降环个数等于2×土层分层数+1，沉降环的卡
入位置为每一层地层的分界点与每一层地层的1/2层厚位置，如图3所示，实施例1的沉降环
个数为7个，在第一沉降环8a至第七沉降环8g的位置分别位于地下25m左右、23.5m左右、21m
左右、16.5m左右、12m左右、6m左右、0m处。

[0084] 每一个沉降环的卡入方式相同，以第一沉降环8a的卡入步骤为例，如图4所示，将第一沉降环8a沿第一测斜管5a的卡槽卡入预定位置(地下20m)，在第一沉降环8a上方卡入
挡板17，将连接在第一沉降环8a上的第一钢爪18a、第二钢爪18b、第三钢爪18c用水溶绳19
缠一圈。按照上述方法依次将其余的第二沉降环8b至第七沉降环8g按照预定位置依次卡
入。再次用钻机采用螺旋钻进的方式清孔，将第一测斜管5a竖直放进直径为100mm的钻孔
中，用细砂填满钻孔，在第一测斜管5a用测斜管接头20向上竖直连接第二测斜管5b。

[0085] (3)桩头沉降板的埋设C：如图5所示，对桩头1的表面用铲子铲平，将尺寸为0.5m左右×0.5m左右×5mm左右的钢制沉降板2放置在桩头1表面，将沉降板2与桩头1的中心对齐，
在沉降板2的四角打入第一膨胀螺丝10a、第二膨胀螺丝10b、第三膨胀螺丝10c与第四膨胀
螺丝10d，将沉降板2固定在桩头1上，在沉降板2的中心上方通过焊接连接第一钢管4a。

[0086] (4)堆载D：如图6所示，对桩头1与第一测斜管5a围成区域进行堆载，堆载土体为黏性土，边堆载边用碾压机碾压，堆载采用逐级堆载方式，第一层堆土3a的高度为0.5m，其横
截面的边长为桩头1与第一测斜管5a围成区域并外扩一倍的桩间距。

[0087] 第一层堆土3a堆载完成后，在第一钢管4a上方连接第一接头9a并连接第二钢管4b，再进行第二层堆土3b的堆载，同时在第二钢管4c上方连接第二接头9b并连接第三钢管
4c。直至堆载到高度4.0m，堆载结束。

[0088] (5)沉降数据采集E：进行堆载时，每完成一级堆土后，用苏州一光仪器有限公司生产的RTS100型全站仪11测试PHC管桩6的沉降，即桩头的沉降测试结果。

[0089] 用测线12两端分别连接武汉基深勘察仪器研究所生产的C70型分层沉降探头13与武汉基深勘察仪器研究所生产的CFC‑40型分层沉降数据采集仪14，将分层沉降探头13竖直
下放到第一测斜管5a与第二测斜管5b中，以孔口为标高，当分层沉降探头13与沉降环相交
时，分层沉降数据采集仪14发出“嘟”的声音，记录测线12上的指示值，即实际沉降环所在深
度值，重复测试分层沉降数据2次或4次，对每次记录的深度值取平均值作为桩周土的分层
沉降测试结果。

[0090] 堆载结束后，按照1次/2天的采集频率，获得堆载后的桩头的沉降值与桩周土的分层沉降值，当桩头的沉降⊿hp与桩周土的沉降⊿hs都小于0.01m/天时，试验结束。

[0091] (6)计算与分析F：

[0092] 桩头的沉降⊿hp计算公式为：

[0093] ⊿hp＝hp测‑hp初

[0094] 式中，⊿hp为桩头的沉降值；hp测为堆载过程中以及堆载后利用全站仪11测试得到的沉降绝对值；hp初为堆载前利用全站仪11测试得到的沉降绝对值。

[0095] 桩周土的沉降⊿hs计算公式为：

[0096] ⊿hs＝hs测‑hs初

[0097] 式中，⊿hs为桩周土的沉降值；hs测为堆载过程中以及堆载后利用分层沉降数据采集仪14测试得到的桩周土的沉降绝对值；hs初为堆载前利用分层沉降数据采集仪14测试得
到的桩周土的沉降绝对值。

[0098] 分别绘制⊿hp、⊿hs与时间t的沉降发展曲线。比较每一层土的⊿hs与⊿hp，找到⊿hs>⊿hp与⊿hs<⊿hp对应的土层深度h1与h2，按照下式计算PHC管桩负摩阻力的中性点h：

[0099] h＝h1+(h2‑h1)/2

[0100] 式中，h为中性点深度；h1为⊿hs>⊿hp时对应的深度；h2为⊿hs<⊿hp时对应的深度。

[0101] 最后，得到的h即为根据本发明的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法获得的PHC管桩负摩阻力中性点。

[0102] 对于实施例2，根据本发明的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法得到桩头的沉降随时间发展曲线(图9)，以及不同深度的桩周土的沉降随时间发展
曲线(图10)，得到PHC管桩负摩阻力中性点为桩头下14.25m左右处。

[0103] 对比试验1：

[0104] 由于本发明的一种测试软土地区PHC管桩负摩阻力中性点的现场试验方法中步骤(1)地层分层中对测试桩周土的分层沉降的位置的选取对于桩周土沉降值影响较大，间接
地影响试验精度。因此，对比试验1采用实施例1相同试验地层以及相同性质的PHC管桩与桩
型，但采用了不同的桩周土的分层沉降位置，对于该位置，实施例1为对正方形的桩头1的对
角线向外延伸0.2倍桩径，对比试验1为对正方形的桩头1的对角线分别向外延伸0.3倍、0.5
倍、1.0倍桩径。对比试验1的试验过程与步骤与实施例1完全相同。

[0105] 不同位置的对比试验1得到PHC管桩负摩阻力的中性点分别位于桩头下9.61m、9.32m、9.15m处。对比试验1与实施例1的测试结果比较见图12。

[0106] 对比试验2：

[0107] 为比较本发明的技术方案与目前普遍采用的《建筑桩基技术规范(JGJ94‑2008)》对PHC管桩负摩阻力中性点的取值方法的优缺点，对比试验2采用与实施例1以及实施例2相
同的试验地层和相同性质PHC管桩与桩型，采用公式计算法，根据《建筑桩基技术规范
(JGJ94‑2008)》对负摩阻力中性点的取值方法“持力层为黏性土与粉土，中性点深度为0.5
～0.6倍的桩周沉降变形土层下限深度”，得到对比试验2的PHC管桩负摩阻力的中性点分别
位于桩头下10m～12m(与实施例1相同的试验条件)、12.5m～15m(与实施例2相同的试验条
件)。

[0108] 比较实施例1与对比试验1可以发现，桩周土的分层沉降的位置的选取对于桩周土沉降值影响较大，距离桩中心的距离越远，试验得到的PHC管桩负摩阻力中心点越小，其机
理从图12中看出，负摩阻力引起的下拉荷载15会带动PHC管桩6下沉，进而带动桩周土沉降，
在中性点上方距离桩周土越远，土层沉降等值线16越向下，即桩周土的分层沉降的测试位
置越远，试验得到的PHC管桩负摩阻力中心点越小，因此，为保证试验结果的准确性，应将桩
周土的分层沉降的测试位置尽可能靠近PHC管桩6，但考虑到受桩头1的尺寸以及第一测斜
管5a的直径影响，实施例1提出的桩周土的分层沉降的测试位置为对正方形的桩头1的对角
线向外延伸0.2倍桩径为最优选择。

[0109] 根据前述，本实施例1与实施例2得到的PHC管桩负摩阻力中心点位于桩头下10.05m与14.25m，根据对比试验2基于《建筑桩基技术规范(JGJ94‑2008)》对负摩阻力中性
点的取值方法得到的结果是10m～12m与12.5m～15m，这说明利用本发明的技术方案得到的
结果符合当前技术规范要求的结果，本发明的技术方案具有较好的普遍适用性，同时，利用
本发明的技术方案得到的PHC管桩负摩阻力中性点为准确数值，这显然比利用《建筑桩基技
术规范(JGJ94‑2008)》得到范围值具有更高的准确性。

[0110] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制发明，凡是根据本发明实质对以上实施例做任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属本发明技术方案的保护
范围内。