經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法與雙橋靜力觸探估算預(yù)制樁單樁承載力對(duì)比分析

王文韜，劉元釗

（青島中油巖土工程有限公司，山東 青島 266071）

靜力觸探自1917年瑞典正式使用以來(lái)，迄今已有百余年歷史。目前，該項(xiàng)測(cè)試技術(shù)在很多國(guó)家都被列入國(guó)家技術(shù)規(guī)范中，并在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)，該技術(shù)主要用于對(duì)地基土進(jìn)行力學(xué)分層并判別土的類型、確定地基土的參數(shù)（強(qiáng)度、模量、狀態(tài)、應(yīng)力歷史）、砂土液化可能性、淺基承載力、單樁豎向承載力等。在國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）中估算單樁極限承載力推薦兩種方法，分別是原位測(cè)試法與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法，原位測(cè)試法就是靜力觸探試驗(yàn)。

工程中在使用這兩種方法估算單樁極限承載力時(shí)，得到結(jié)果往往差異較大。文章在同一場(chǎng)地采用兩種方法估算，然后與工程試樁結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合場(chǎng)地地層實(shí)際情況分析差異原因，以為類似場(chǎng)地提供工程經(jīng)驗(yàn)。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

中國(guó)石油在新疆庫(kù)爾勒地區(qū)投資建設(shè)某乙烷制乙烯化工廠，擬建一套60萬(wàn)t/年乙烯裝置，由于該項(xiàng)目基礎(chǔ)埋深處天然地基持力層承載力不能滿足上部設(shè)計(jì)要求，擬采用樁基礎(chǔ)。

場(chǎng)地位于天山南麓霍拉山山前洪積扇前緣，屬于山前洪積細(xì)粒土平原，場(chǎng)地地勢(shì)平坦開闊，呈東北側(cè)高、西南側(cè)低，地面標(biāo)高最大值918.27m，最小值916.38m，地表相對(duì)高差1.89m。該項(xiàng)目詳細(xì)勘察主要采用了雙橋靜力觸探試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等原位測(cè)試手段，并結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)，靜力觸探試驗(yàn)深度為25～40m。

場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)（最深45m）所揭露的地層中①-1粉土、①粉土、③粉土為鹽漬土，具有溶陷性、濕陷性、腐蝕性；②粉砂分布極少，無(wú)工程意義；③-1粉土、④粉砂夾粉土、⑤粉土具有輕微液化性，力學(xué)性質(zhì)較好；⑥-1粉質(zhì)黏土力學(xué)性質(zhì)差；⑤-1粉砂、⑤-2粉土、⑥粉土、⑥-2粉砂、⑦粉土、⑦-1粉質(zhì)黏土、⑦-2粉砂、⑧粉土力學(xué)性質(zhì)好，可作為樁端持力層。

該場(chǎng)地屬鹽漬土場(chǎng)地，場(chǎng)地水、土對(duì)建筑材料具有強(qiáng)腐蝕性，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，選用高標(biāo)號(hào)的實(shí)心預(yù)制鋼筋混凝土方樁基礎(chǔ)。實(shí)例中的樁參數(shù)：樁長(zhǎng)為24m、截面尺寸為500mm×500mm。 以 ZK133、ZK208、ZK279鉆孔為例估算單樁承載力，雙橋靜力觸探孔位于鉆孔附近1m以內(nèi)，以保證數(shù)據(jù)的可比性。

1.2 經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法估算單樁承載力

依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008），可根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁承載力，黏性土根據(jù)液性指數(shù)IL、粉土根據(jù)孔隙比e、砂土根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N。采用以上指標(biāo)數(shù)理統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值宜按式（1）估算：

式中：Quk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；Ap為樁底端橫截面面積，m2；u為樁身周邊長(zhǎng)度，m；li為第i層巖土的厚度，m；qsik為樁第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；qpk為樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

根據(jù)各土層物理指標(biāo)確定的力學(xué)參數(shù)及單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值估算值（見表1），樁基承臺(tái)深度為2m。

表1 混凝土預(yù)制樁的極限端、側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值及單樁豎向抗壓 承載力極限值估算值

1.3 雙橋靜力觸探法估算單樁承載力

靜力觸探試驗(yàn)（static cone penetration test）簡(jiǎn)稱靜探（CPT），是利用靜力以一恒定的貫入速率將圓錐探頭通過(guò)一系列探桿壓入土中，根據(jù)測(cè)得的探頭貫入阻力大小來(lái)間接判定土的物理力學(xué)性質(zhì)的原位試驗(yàn)，主要適用于軟土、黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。靜力觸探試驗(yàn)兼有勘探和測(cè)試雙層功能，既可以對(duì)地基土進(jìn)行力學(xué)分層并判斷土的類型，又可以確定地基土的參數(shù)（強(qiáng)度、模量、狀態(tài)、應(yīng)力歷史）、砂土液化可能性、淺基礎(chǔ)承載力、單樁豎向承載力等。

依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008），根據(jù)雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，對(duì)于黏性土、粉土和砂土，如無(wú)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)可按式（2）計(jì)算：

式中：Quk為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；Ap為樁底端橫截面面積，m2；u為樁身周邊長(zhǎng)度，m；li為第i層巖土的厚度，m；fsi為第i層土的探頭平均側(cè)阻力，kPa；qc為樁端平面上、下探頭阻力，取樁端平面以上4d（d為樁的直徑或邊長(zhǎng)）范圍內(nèi)按土層厚度的探頭阻力加權(quán)平均值，然后再和樁端平面以下1d范圍內(nèi)的探頭阻力進(jìn)行平均，kPa；α為樁端阻力修正系數(shù)，對(duì)黏性土、粉土取2/3，飽和砂土取1/2；βi為第i層土樁側(cè)阻力綜合修正系數(shù)。

βi按式（3）、式（4）計(jì)算。

其中，黏性土、粉土：

砂土：

估算單樁豎向抗壓承載力極限值的雙橋靜力觸探指標(biāo)如表2所示，估算結(jié)果如表3所示。樁基承臺(tái)深度為2m。

表2 估算單樁豎向抗壓承載力極限值的雙橋靜力觸探指標(biāo)

表3 雙橋靜力觸探結(jié)法單樁豎向抗壓承載力極限值估算值

1.4 工程樁試樁檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

該工程在施工前進(jìn)行了高應(yīng)變法的試樁試驗(yàn)，高應(yīng)變法能夠確定單樁軸向抗壓極限承載力和樁身完整性。文章選取了位于ZK133、ZK208、ZK279鉆孔附近的3根樁，實(shí)際樁型及入土深度與估算一致。ZK133試樁結(jié)果為5432kN，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法的偏差為-21.4%，雙橋靜力觸探的偏差為6.1%；ZK208的試樁結(jié)果為5655kN，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法的偏差為-23.2%，雙橋靜力觸探的偏差為3.6%；ZK279的試樁結(jié)果為5315kN，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法的偏差為-18.5%，雙橋靜力觸探的偏差為5.4%。從對(duì)比結(jié)果可以看出，雙橋靜力觸探估算單樁承載力與試樁結(jié)果更為接近，偏差小，估算值略偏大；參數(shù)法與試樁結(jié)果偏差較大，估算值偏小。

2 初步技術(shù)分析

根據(jù)以上結(jié)果對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)雙橋靜力觸探的估算結(jié)果與試樁結(jié)果偏差小，更為接近。

從場(chǎng)地地層角度來(lái)分析，擬建裝置場(chǎng)地的地層粉土砂土互層現(xiàn)象明顯，均勻性差，而經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法中的各項(xiàng)參數(shù)是以巖性均一的粉土或砂土為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)而來(lái)，所以經(jīng)驗(yàn)參數(shù)不能準(zhǔn)確反映場(chǎng)地土的力學(xué)性質(zhì)。另外，粉土更容易被擾動(dòng)，土工試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性也較難保證。相反，雙橋靜力觸探試驗(yàn)則能更好地反映場(chǎng)地土的實(shí)際情況，地層中各種土的狀態(tài)和密實(shí)度不同，探頭所受的阻力也不一樣，通過(guò)貫入阻力與土的工程地質(zhì)特性之間的定性關(guān)系和統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系來(lái)獲取地層的力學(xué)參數(shù)，更加接近地層實(shí)際。

從貫入機(jī)理來(lái)說(shuō)，靜力觸探貫入機(jī)理和樁的作用機(jī)理類似，靜力觸探相當(dāng)于預(yù)制樁沉樁的模擬試驗(yàn)，靜力觸探的錐尖阻力、摩阻力分別與預(yù)制樁發(fā)揮單樁承載力時(shí)受到的端阻力與側(cè)壁摩阻力類似，所以雙橋靜力觸探的估算結(jié)果更接近實(shí)際。

與靜力觸探相比，樁的表面粗糙，可能獲得側(cè)壁摩阻力比靜力觸探的摩阻力更大，同時(shí)，樁的直徑大，沉樁對(duì)樁周土的擾動(dòng)大，造成地層的力學(xué)性質(zhì)降低。該工程中雙橋靜力觸探的估算結(jié)果偏大，可能與場(chǎng)地地層粉土較厚、易于擾動(dòng)的原因有關(guān)。

3 結(jié)束語(yǔ)

在該工程中，利用規(guī)范中雙橋靜力觸探法確定單樁極限承載力估算結(jié)果，與經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法相比，更加接近實(shí)際，特別是在地層不均勻、互層現(xiàn)象明顯的場(chǎng)地，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法偏差較大，在樁基設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先參考雙橋靜力觸探法估算單樁承載力。但雙橋靜力觸探法估算結(jié)果也偏大，對(duì)工程不利，實(shí)際工程中應(yīng)與工程樁試樁結(jié)合，如高應(yīng)變、單豎向抗壓靜載試驗(yàn)等，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)安全效果。