樁基的負摩阻力計算在人工碎石填土地基中的應用

摘 要：我國是一個多山的國家，在山區丘陵地區進行房屋建設，必然會存在開山平地，產生大量的人工碎石填土，在有些邊遠縣區，碎石土回填沒有按標準規范進行分層碾壓，導致大量的近期形成的松散碎石土，碎石土的厚度因地形地貌的變化而變化，沒有一定的規律，這給勘察工作帶來了不少的麻煩，當采用樁基處理時，周圍松散的碎石填土會對其產生負摩阻力，本文通過一個實例來探討松散碎石填土地區樁基負摩阻力計算應用問題。

關鍵詞：負摩阻力 計算 碎石填土 應用

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0062-01

某丘陵地區房屋工程勘察時，遇到了深厚14 m多的人工碎石填土，人工碎石填土屬于隨意性填筑，沒有進行分層碾壓，房屋的上部結構荷載較大，準備采用樁基基礎，由于深厚松散填土會對樁基產生下拉荷載的原因，必須對樁周的素填土進行負摩阻力演算，確保工程安全可靠。

1 人工素填土地質描述

某工程①層素填土成分主要為碎石填土及部分建筑磚塊，雜色，干～稍濕，松散，物質組成不均勻，淺部呈紫紅色，由碎石、塊石、角礫、砂土、粉土、粘性土等混合而成。以碎、塊石為骨架顆粒，含量35%～80%，碎石粒徑一般2～20 cm，塊石直徑20～60 cm，少量可達150 cm左右。角礫含量10%～20%，粒徑0.2～2 cm。角礫、碎石、塊石母巖多為泥巖、泥質粉砂巖，少量為礫巖、凝灰巖，強～中等風化。空隙充填物為砂土、粉土及粘性土。堆填時間較短，一般在5～10年，未完成自重固結，大部分孔底含0.70～1.00 m灰褐色的耕植土。

2 典型工程地質剖面

據鉆探揭露及相關資料結合野外地質調查綜合分析，某建設場地巖土層，在本次巖土工程勘察勘探深度范圍內，按其巖性、成因類型及工程性能劃分為三大工程地質層：

①層素填土，②-1層強風化泥質粉砂巖，②-2層：中等風化泥質粉砂巖其地層結構。

3 單樁豎向承載力的特征值估算

現以ZK5孔為例進行單樁承載力估算，設樁徑d=0.8 m，樁端嵌入②-2層中等風化泥質粉砂巖深度hr為1 d（d為設計樁徑），強分化層側阻力為140 kPa；巖石飽和單軸抗壓強度標準值為16200 kPa；計算過程及結果如下。

嵌巖樁單樁豎向承載力的估算可按《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008中的第5.3.9條公式（5.2.2）、（5.3.9-1）、（5.3.9-2）、（5.3.9-3）進行，估算如下：

Qsk=uqsik li=3.14×0.8×（0+140×4.1）=1441.89（kN）；

Qrk=ζr frk Ap=0.95×16200×3.14×0.8×0.8×0.25=7731.94（kN）；

Quk=Qsk+Qrk=1441.89+7731.94= 9173.83（kN）；

所以單樁豎向承載力的特征值為：

Ra=Quk=0.5×9173.83=4586.92 （kN），K=2

式中：Quk為單樁豎向極限承載力標準值（kN）；

Qsk、Qrk為分別為土的總極限側阻力標準值、嵌巖段總極限阻力標準值；

qsik為樁周第i層土的極限側阻力（kPa）；

u為樁身周長（m）；

frk為巖石飽和單軸抗壓強度標準值（kPa）；

ζr為樁嵌巖段側阻和端阻綜合系數，可按規范中表5.3.9采用；

A為樁端面積。

4 負摩阻力計算

本工程計算負摩阻力參數的確定為：不考慮群樁效應的影響，以基巖為持力層，以鉆孔ZK5為例，計算如下。

4.1 中性點深度Ln確定

根據持力層的性質，查樁基規范表5.4.4-2中心點深度比Ln/Lo=1得出，中性點深度為Ln=14.5 m；（其中Ln、Lo分別為自樁頂算起的中性點深度和樁周軟弱土層下限深度。）

4.2 中性點以上樁周負摩阻力標準值計算

規范中無人工填土（主要成分為碎石）的負摩阻力系數，考慮到安全性問題，在這里人工素填土的負摩阻力系數ζn按砂土取表5.4.4-1中較大值0.50考慮，場地中碎石土重度按19 kN/m3考慮，場地中無大面積荷載按公式5.4.4-2計算如下：

σ’i=σ’ri=re△Ze+（1/2）ri△Zi=（1/2）×19×14.5=137.75（kPa）

qnsi=ζnσ’i=0.5×137.75=68.875 （kPa）

σ’i為樁周第i層土平均豎向有效應力；

qnsi為第i層土樁側負摩阻力標準值；

ri、re為分別為第i計算土層及其上第e土層重度；

△Zi、△Ze為第i層、第e層土的重度。

4.3 基樁下拉荷載計算

單樁按不考慮群樁效應計算ηn取1，設計樁徑d=0.8 m，基樁下拉荷載按下式計算：

Qng=uqnsiLi=3.14×0.8×68.875×14.5=2508.7（kN）

5 樁基承載力驗算

對于端承型樁，由于人工素填土不均勻，松散，應將土層的下拉荷載計入附加荷載演算樁基沉降，且滿足以下兩公式：

NK≤Ra

NK+Qng≤Ra

NK≤Ra-Qng=4586.92-2508.7= 2078.22（kN）

6 結論

（1）填土地區房屋設計時，除考慮上部結構外，還應考慮填土沉降引起的對樁基的下拉荷載，確定單樁的數量，以滿足上部荷載的要求。

（2）樁基負摩阻力是個復雜的問題，到目前為止，與樁基負摩阻力直接相關的諸多理論問題，都還未能得出滿意的解答。針對這一現狀，本工程人工素填土（以碎石為主）的負摩阻力系數按砂土取較大值0.5計算，偏于安全，僅供類似工程參考。

參考文獻

[1]JGJ79-2002.建筑地基處理技術規范[S].

[2]JGJ94-2008.建筑樁基技術規范[S].

[3]龔曉南.地基處理手冊（第三版），2008.

[4]工程地質手冊（第四版）.