浙滬地區(qū)預(yù)制樁側(cè)阻力與端阻力取值的探討

顧耀龍,王建華

(1.浙江建效工程監(jiān)理有限公司,浙江 杭州 310012;2.浙江省綜合勘察研究院,浙江 杭州 310011)

目前單樁承載力的計算多采用如下經(jīng)驗(yàn)公式：

Quk=u∑qsikli+qpkAp

(1)

式(1)中:Quk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；

qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kPa)；

qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；

u為樁身周長；

li為樁周第i層土的厚度；

Ap為樁端面積。

式(1)中樁的極限側(cè)阻力和端阻力的取值大多數(shù)情況是查表。由于表格的局限性,能用的參數(shù)較少,指標(biāo)區(qū)間較寬,如果盲目按表取值或一味保守取低值,就會給建設(shè)工程造成浪費(fèi)或埋下隱患。

筆者根據(jù)多年的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié),提出問題的初步解決方案和大家進(jìn)行探討,以求對樁的承載力問題進(jìn)行深入研究。

1 預(yù)制樁的極限側(cè)阻力的取值

1.1 理論公式

樁的極限側(cè)阻力實(shí)質(zhì)是土層的抗剪強(qiáng)度[1],用庫侖定律表示有：

圖1 土層的抗剪強(qiáng)度與樁側(cè)阻力示意圖

(2)

式(2)中：qsu為樁的極限側(cè)阻力(kPa)；

σ′為樁側(cè)有效正應(yīng)力；

φ為樁側(cè)土的內(nèi)摩擦角；

c為樁側(cè)土的粘聚力。

舉例：土層1是高塑性黏土，內(nèi)摩擦角φ=5,粘聚力c=28；土層2是低塑性粉質(zhì)黏土，內(nèi)摩擦角φ=25,粘聚力c=15,這兩層土的液性指數(shù)是0.6,如果查表往往會得出側(cè)阻力相同的結(jié)論。而公式(2)揭示不同內(nèi)摩擦角和粘聚力的土側(cè)阻力表現(xiàn)是不同的：在淺部,粘聚力較大的土側(cè)阻力較大,而隨著深度的增加和土壓力的提高,內(nèi)摩擦角較大的土側(cè)阻力提高較快。

預(yù)制樁是擠土樁,樁在沉入土中排開土體,對土的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動和孔隙水壓的上升。尤其是黏性土,其強(qiáng)度中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度占的比重大,反映尤其明顯。沉樁結(jié)束后,隨著時間的增長,孔隙水壓逐漸消散,土粒的重新排列和結(jié)構(gòu)的重建,土的強(qiáng)度將逐步恢復(fù),甚至超過了原來的強(qiáng)度。所以對于擠土樁,樁的極限側(cè)阻力可以用下式表達(dá)：

qsu=bt(σ′tanφ+c)

(3)

式(3)中,bt為土的側(cè)阻力時效系數(shù)。

1.2 經(jīng)驗(yàn)公式

土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)對土的質(zhì)量要求較高,而土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)不受土結(jié)構(gòu)擾動的影響,比較容易取得。通過對不同年代不同性質(zhì)土的力學(xué)指標(biāo)與物理指標(biāo)的相關(guān)分析得到樁的側(cè)阻力與土層的物理指標(biāo)一組經(jīng)驗(yàn)公式,而粉土、砂土和填土則用土的力學(xué)指標(biāo)與原位測試的相關(guān)分析得出其樁的側(cè)阻力經(jīng)驗(yàn)公式,見表1。

表1 浙滬主要地層預(yù)制樁極限側(cè)阻力經(jīng)驗(yàn)公式匯總表

IP為土的塑性指數(shù)；

IL為土的液性指數(shù)；

qc為靜力觸探試驗(yàn)的錐頭阻力(MPa)；

fs為靜力觸探試驗(yàn)的側(cè)壁阻力(MPa);

bt為樁側(cè)阻力時效系數(shù),在成樁后停歇足夠時間后按1考慮。

2 預(yù)制樁的極限端阻力取值

樁的極限端阻力比樁的極限側(cè)阻力要復(fù)雜些,除了要考慮樁端土層強(qiáng)度外,還要考慮樁端土層的厚度及上覆土層和下臥土層強(qiáng)度。

當(dāng)樁端由松砂或軟層進(jìn)入均勻密實(shí)的持力層的深度小于某一深度時,其極限端阻力隨深度線性增大,當(dāng)進(jìn)入該深度后其下還有足夠的厚度時,其極限端阻力基本保持恒值不變。該基本不變的端阻力稱端阻力穩(wěn)值。我們將靜力觸探試驗(yàn)看作是一種微型樁的試驗(yàn),其優(yōu)點(diǎn)是直徑小在進(jìn)入一厚度較大的土層中時,上下土層對其錐尖阻力影響較小,容易分析端阻力穩(wěn)值。不過這個“微型樁”在材質(zhì)、形狀、貫入速度和停歇時間上和混凝土樁有差別。根據(jù)原型預(yù)制樁的試驗(yàn)對比分析,通過回歸分析得到一組土層的極限端阻力穩(wěn)值公式。

當(dāng)黏性土有土工試驗(yàn)參數(shù)時

1 059IL-3 142a1-2

1 686IL-1 656a1-2

當(dāng)?shù)貙佑徐o力觸探試驗(yàn)參數(shù)時

式中：qpl為樁的極限端阻力穩(wěn)值(kPa)；

a1-2為土層的壓縮系數(shù)(MPa-1)。

在實(shí)際計算中對于樁端進(jìn)入穩(wěn)定土層4～5倍樁徑時,樁端極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值可按極限端阻力穩(wěn)值計算。

3 計算結(jié)果與單樁承載力試驗(yàn)結(jié)果的比較

筆者將上述經(jīng)驗(yàn)公式代入計算機(jī)程序?qū)φ銣貐^(qū)的194根預(yù)制樁靜載試驗(yàn)結(jié)果比較,單樁承載力計算結(jié)果與試驗(yàn)之比頻度分布圖見圖2。

圖2 樁的計算值與試驗(yàn)值之比頻數(shù)分布圖

4 結(jié) 語

多參數(shù)計算的樁的土層設(shè)計參數(shù),克服了查表法考慮因素較少和數(shù)值內(nèi)插法的局限性,給予巖土技術(shù)人員一個比較快速準(zhǔn)確的技術(shù)參考,在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。

[1] 王建華. 用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計算樁的側(cè)阻力[J]. 巖土工程技術(shù),2000(3):180-182.