第二节 单桩荷载-沉降（Q-S）曲线

一、单桩荷载-沉降（Q-S）曲线一般特点

单桩荷载-沉降（Q-S）曲线是指静载试验中桩顶沉降随着桩顶荷载逐级增加的变化曲线，是桩土体系的荷载传递、侧阻和端阻的发挥性状的综合反应。Q-S曲线的特性随桩侧土层分布与性质、桩端持力层性质、桩径、桩长、长径比、成桩工艺与成桩质量等诸多因素而变化。由于桩侧阻力一般先于桩端阻力发挥出来（支承于坚硬基岩的短桩除外），因此Q-S曲线的前端主要受侧阻力制约，而后段则主要受端阻力制约。但是对于下列情况则例外：

（1）超长桩（L/d>100），Q-S全程受侧阻性状制约。

（2）短桩（L/d<10）和支承于较硬持力层上的短至中长（L/d≤25）扩底桩，Q-S前端同时受侧阻和端阻性状的制约。

（3）支承于岩层上的短桩，Q-S全程受端阻制约。

一般情况下，当桩顶荷载Q较小时，首先产生桩侧上部摩阻力，其Q-S曲线表现为斜率很小的直线段，当Q继续增大，桩侧摩阻力向下部发展。待全桩长的桩侧摩阻力充分发挥，桩的Q-S曲线出现第一个拐点，该拐点称为荷载的弹性界限，拐点以前的变形近似弹性，一般认为属于弹性变形阶段。拐点以后的变形都是非线性。

桩侧摩阻力充分发挥后，桩顶荷载传递至桩端，随着桩顶荷载继续增加，桩端地基土的变形表现为弹性、弹塑性直至塑性破坏3个阶段，当桩端地基土从弹塑性变形阶段发展到塑性破坏阶段时，端阻力达到极限值，Q-S曲线出现第二拐点，该点对应的Q值称为桩的极限荷载或桩的极限承载力。

图2-2-1 单桩静载实验曲线

（a）荷载-沉降Q-S；（b）荷载沉降梯度Q-ΔS/ΔQ

二、工程中常见的几种Q-S曲线

工程中常见的Q-S曲线如图2-2-2所示，从中可以进一步剖析荷载传递和承载力性状。

（1）软弱土层中的摩擦桩（超长桩除外）。桩端一般为刺入剪切破坏，桩端阻力分担的荷载比例小，Q-S曲线呈陡降型，破坏特征点明显，如图2-2-2（a）所示。

图2-2-2 单桩Q-S及侧阻Q_s、端阻Q_p的发挥性状

（a）均匀土中的摩擦桩；（b）端承于砂层中的摩擦桩；（c）扩底端承桩；（d）孔底有沉淤的摩擦桩；（e）孔底有虚土的摩擦桩；（f）嵌入坚实基岩的端承桩

（2）桩端持力层为砂土、粉土的桩。端阻所占比例大，发挥端阻所需位移大，Q-S曲线呈缓变型，破坏特征点不明显，如图2-2-2（b）所示。桩端阻力的潜力虽较大，但对于建筑物而言已失去利用价值，因此常以某一极限位移s_u，一般取s_u=40～60mm，控制确定其极限承载力。

（3）扩底桩。支承于砾、砂、硬黏性土、粉土上的扩底桩，由于端阻破坏所需位移量过大，端阻力占比例较大，其Q-S曲线呈缓变型，极限承载力一般可取s_u=（3%～6%）D（桩径大者取低值，桩径小者取高值）控制，如图2-2-2（c）所示。

（4）泥浆护壁作业、桩端有一定沉於的钻孔桩。由于桩底沉於强度低、压缩性高，桩端一般呈刺入剪切破坏，接近于纯摩擦桩，Q-S曲线呈陡降型，破坏特征点明显，如图2-2-2（d）所示。

（5）桩周为加工软化型土（硬黏性土、粉土、高结构性黄土等）无硬持力层的桩。由于侧阻在较小位移下发挥出来并出现软化现象，桩端承载力低，因而形成突变、陡降型Q-S线型，如图2-2-2（d）所示孔底有淤泥的摩擦桩的Q-S曲线相似。

（6）干作业钻孔桩孔底有虚土。Q-S曲线前段与一般摩擦桩相同，随着孔底虚土压密，Q-S曲线的坡度变缓，形成“台阶形”，如图2-2-2（e）所示。

（7）嵌入坚硬基岩的短粗端承桩。由于采用挖孔成桩，清底好，桩不太长，桩身压缩量小和桩端沉降小，在侧阻力尚未充分发挥的情况下，便由于桩身材料强度的破坏而导致桩的承载力破坏，Q-S曲线呈突变、陡降型，如图2-2-2（f）所示。

当桩的施工存在明显的质量缺陷，其Q-S曲线将呈现异常。异常形态随缺陷的性质、桩侧与桩端土层性质、桩型等而异，图2-2-3列举了4类缺陷形成的异常Q-S曲线。

图223 异常QS曲线

实线-异常；虚线-正常

（a）打入桩接头被拉断或灌注桩断桩；（b）桩身混凝土强度不足被压碎；（c）干作业钻孔桩孔底虚土过厚；（d）泥浆护壁作业孔底沉淤过厚