沛屯地區(qū)預(yù)應(yīng)力管樁承載力與土層物理性質(zhì)的關(guān)系淺析

徐同悅　付成明　劉興杰

摘要：沛屯地區(qū)位于江蘇省徐州市沛縣境內(nèi)微山湖西側(cè)，目前多家勘察單位在該區(qū)進(jìn)行勘察時(shí)，按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中的巖土物理參數(shù)對(duì)樁基豎向極限承載力進(jìn)行估算，估算值與靜載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較大，這給設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)極大的困難，影響了工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。文章通過(guò)收集了區(qū)內(nèi)有代表性工程的勘察及其樁基靜載試驗(yàn)資料，比較靜載試樁值與按規(guī)范用巖土物性參數(shù)估算值的差異，分析誤差原因，然后對(duì)規(guī)范的計(jì)算公式進(jìn)行修正，得出沛屯地區(qū)確定管樁承載力的經(jīng)驗(yàn)公式，以指導(dǎo)區(qū)內(nèi)的實(shí)際工作。

關(guān)鍵詞：巖土物性參數(shù)；沛屯地區(qū)；預(yù)制管樁；豎向承載力；經(jīng)驗(yàn)公式

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）30-0075-03

1 沛屯地區(qū)概況

該地區(qū)地處黃淮平原的中部，地貌類型屬黃河沖積平原，地形單一，全為沖積平原，地表坦蕩。地勢(shì)西高東低，由西南向西北微傾。

區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層厚度一般在50～250m之間，平均厚度約為168.21m。對(duì)土木工程有直接影響的主要是其淺部土層（50m以淺），淺部土層均由全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)組成。

Q4（全新統(tǒng)）：該層為新近堆積土，一般厚度7～18m，顏色為土黃、灰黃、黑灰色，土層性質(zhì)以粘土、粉質(zhì)粘土、粉土為主，部分地區(qū)夾有薄層淤泥、淤泥質(zhì)粘土以及粉砂等，層狀結(jié)構(gòu)，層理明顯，植物根系跡象發(fā)育。

Q3（上更新統(tǒng)）：該層為老堆積土，一般厚度13～36m，顏色以褐黃色為主，土層以厚層狀含砂姜粘土、含砂姜粉質(zhì)粘土為主，夾有薄層粉土和粉細(xì)砂類，粉粒含量高，針狀孔隙發(fā)育，水平層理明顯，見(jiàn)蟲(chóng)跡通道，局部偶見(jiàn)淤泥質(zhì)，含小鈣質(zhì)結(jié)核，見(jiàn)有螺、蚌化石及碎片，局部富集。

2 預(yù)制管樁在區(qū)內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀

預(yù)制管樁是指預(yù)制的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁（本文簡(jiǎn)稱預(yù)制管樁或管樁）。我國(guó)的預(yù)制管樁源于20世紀(jì)60年代，80年代開(kāi)始推廣使用，近幾年徐州地區(qū)先后建起了多家管樁預(yù)制廠，有力地推動(dòng)了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管樁在該區(qū)的應(yīng)用，沛屯地區(qū)也隨之開(kāi)始使用預(yù)制管樁。由于預(yù)制管樁具有工業(yè)化定型生產(chǎn)、質(zhì)量可靠、樁長(zhǎng)樁徑設(shè)計(jì)靈活、隨購(gòu)隨用工期短、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，使預(yù)制管樁的應(yīng)用逐步趨向普及。

1992年，我國(guó)制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁》（GB13476-92）。建設(shè)部于1993年起，將“高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁”列入重點(diǎn)推廣項(xiàng)目?，F(xiàn)行的《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）中提出了混凝土空心樁的承載力確定公式（以下簡(jiǎn)稱規(guī)范公式）及其方法，對(duì)規(guī)范管樁的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工起到了重要的指導(dǎo)作用。

就管樁承載性狀而言，由于掌握材料及分析方法的不同，管樁承載力特性的研究結(jié)果亦有差異，處于地質(zhì)條件相同的同一地區(qū)，不同文獻(xiàn)的看法也有所不同。因此管樁在設(shè)計(jì)和施工方面還有待于不斷探索、總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn)。

3 沛屯地區(qū)預(yù)制管樁應(yīng)用中存在的問(wèn)題

近幾年預(yù)應(yīng)力管樁在沛屯地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，樁基的設(shè)計(jì)均依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）進(jìn)行。實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)：計(jì)算的樁基豎向極限承載力

和樁基實(shí)際承載力（靜載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果）相差較大。

本文收集了沛屯地區(qū)的沛屯五洲新天地、沛屯漢之源（宏達(dá)大廈）、沛屯華佗醫(yī)院病房樓、沛屯城建展覽館、沛屯高精度鋁板帶項(xiàng)目板帶車間生產(chǎn)線及配套五個(gè)工程實(shí)例，包括工程勘察資料及樁基質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告。各工程實(shí)例通過(guò)靜載試驗(yàn)獲得樁豎向極限承載力的試樁值，按規(guī)范公式分別計(jì)算單樁豎向極限承載力，統(tǒng)計(jì)試計(jì)比和誤差值情況詳見(jiàn)表1：

因此有必要研究沛屯地區(qū)預(yù)應(yīng)力管樁豎向承載力與土的物理力學(xué)性之間的關(guān)系，探討造成承載力計(jì)算誤差較大的原因，為建立本地區(qū)計(jì)算管樁承載力的經(jīng)驗(yàn)公式提供依據(jù)。

4 誤差原因分析

由于沛屯地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)較為特殊，土層大致可分為上層新近堆積土和下層老堆積土，新近堆積土厚度7～18m，其物理力學(xué)性質(zhì)較差，不適宜作為樁基持力層；老堆積土厚度13～36m，物理力學(xué)性質(zhì)好，是良好的樁基持力層。

從樁身承載性狀看，本區(qū)樁型均為摩擦型樁，對(duì)于樁側(cè)阻力，通過(guò)分析沛屯地區(qū)的預(yù)應(yīng)力管樁，在施工過(guò)程中樁周土被擠壓，在樁周形成擾動(dòng)區(qū)，而擾動(dòng)區(qū)土的強(qiáng)度將降低，樁側(cè)阻力也會(huì)下降，分析表明由于管樁的擠土作用，在地表以下約8d范圍內(nèi)樁側(cè)摩阻力基本喪失，在向下約8～16d范圍內(nèi)的樁側(cè)摩阻力有所降低，同時(shí)在近樁端約3～5d范圍內(nèi)的樁側(cè)摩阻力也有所降低。

對(duì)于樁端阻力，當(dāng)樁端進(jìn)入均持力層，開(kāi)始樁端阻力隨深度基本上呈線性增大，當(dāng)達(dá)到一定深度后，樁端阻力基本恒定，深度繼續(xù)增加，樁端阻力增大很小。收集的試樁資料均是以含砂姜粘性土為持力層的，而且該土層土質(zhì)較均勻，當(dāng)樁端進(jìn)入該土層超過(guò)一定深度后，管樁樁端阻力將基本恒定。

總之當(dāng)樁進(jìn)入土層后，樁側(cè)阻力會(huì)有一定程度的降低，同時(shí)樁端進(jìn)入持力層后，隨深度增加端阻力將基本恒定。而按規(guī)范公式通過(guò)查表計(jì)算時(shí)，認(rèn)為樁周各層土沒(méi)有擾動(dòng)，樁側(cè)阻力不會(huì)降低，同時(shí)樁端阻力被認(rèn)為隨深度增加而不斷增大，這都將導(dǎo)致了計(jì)算的樁基承載力均大于試樁值。

根據(jù)以上分析可知，在沛屯地區(qū)，按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的計(jì)算公式計(jì)算的結(jié)果與試樁相比誤差較大，無(wú)法滿足樁基的設(shè)計(jì)要求。為了確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確和工程的安全，應(yīng)當(dāng)對(duì)該地區(qū)各土層極限側(cè)阻力和端阻力標(biāo)準(zhǔn)值添加修正系數(shù)，進(jìn)而建立適合該地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。

5 確定管樁承載力的方法

5.1 經(jīng)驗(yàn)公式的選擇

5.2 修正參數(shù)的確定

將該地區(qū)樁側(cè)土劃分為粘性土、粉土和含砂姜粘性土三大類，樁端土均為含砂姜粘性土，而根據(jù)三種土類的巖土物性參數(shù)比較，其修正系數(shù)取規(guī)范中qsik的指數(shù)函數(shù)。采用最小二乘法求解多元非線性方程組，得出極限端阻力和側(cè)阻力修正系數(shù)。

6 經(jīng)驗(yàn)公式的應(yīng)用效果

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)資料收集、統(tǒng)計(jì)分析、編程運(yùn)算、現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)等方法，對(duì)沛屯地區(qū)預(yù)制管樁的單樁豎向極限承載力進(jìn)行了系統(tǒng)研究，得出了確定該地區(qū)承載力的側(cè)阻力和端阻力的經(jīng)驗(yàn)公式和修正系數(shù)。

通過(guò)分析實(shí)測(cè)資料得出：沛屯地區(qū)樁基承載力的主要貢獻(xiàn)土層為下部的含砂姜粘性土，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能保證樁身進(jìn)入含砂姜粘性土適當(dāng)?shù)纳疃?，以利于樁身材料承載力的發(fā)揮，提高經(jīng)濟(jì)型。

根據(jù)土工試驗(yàn)獲得的物理指標(biāo)預(yù)估管樁承載力受多種因素影響，從表2可看出，本經(jīng)驗(yàn)公式還存在一定誤差，有待進(jìn)一步研究修正。實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)與雙橋靜力觸探勘探等手段結(jié)合對(duì)管樁承載力進(jìn)行驗(yàn)算和修正，從而較準(zhǔn)確地預(yù)估管樁的承載力。

建議開(kāi)展樁身應(yīng)力實(shí)測(cè)工作，驗(yàn)證本研究報(bào)告的成果，進(jìn)一步擴(kuò)大土的物理指標(biāo)確定承載力統(tǒng)計(jì)和分析工作，對(duì)土的更精細(xì)化分類和定名等進(jìn)行更加深入分析研究，得出更可靠的修正公式。

參考文獻(xiàn)

[1] 常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)（第四版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] 唐業(yè)清.簡(jiǎn)明地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[3] 顧曉魯，錢鴻縉，劉惠珊，汪時(shí)敏.地基與基礎(chǔ)（第二版）

[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1993.

作者簡(jiǎn)介：徐同悅（1962-），男，江蘇贛榆人，徐州大屯工程咨詢有限公司工程師，研究方向：工程管理。

（責(zé)任編輯：周 瓊）