PHC管樁單樁極限承載力的現場試驗研究

劉 杰，董楊楊，張冠廷

(1.安徽理工大學 土木建筑學院，安徽 淮南 232001；2.中國電建集團山東電力建設有限公司，山東 濟南 250014)

0 前 言

舟山某基地建設項目位于浙江省舟山市岱山縣西側的魚山島附近，其特殊的地理位置必然會導致此工程地質條件的復雜性。土層的工程性質較差，軟弱土層深厚且強度低、壓縮性大。PHC管樁在處理軟土地基方面，有著很多優點：承載力高、施工方便快捷、造價較低且能適應不同的地層條件，目前正被廣泛應用到沿海地區的基礎工程中。

國內不少學者、工程技術人員對PHC管樁做了研究，取得了豐碩的成果。但因舟岱山縣魚山島地層條件的特殊性，其他區域的研究成果不能很好地運用到此項目中。由此在本工程中進行了試樁試驗和靜載試驗，重點分析了不同地層條件對PHC管樁極限承載力的影響，并結合常用現行規范，提出了適用于此工程的極限承載力預測公式。

1 現場靜載試驗

1.1 試驗概況

本試驗組選取了地塊4Z280、5Z645、6K862為試驗場地，前后進行了5根閉口管樁的錘擊貫入施工和靜載試驗。其中，地塊5Z645進行三次試驗，且各試驗點之間相距30 m以消除鄰樁擠土效應的影響，其余地塊各進行一次試驗。錘擊法沉樁采用DD12.8T機型及錘重，落距為2.8 m；沉樁施工結束后半個月，開始進行靜載試驗，試驗均使用堆載法，試樁具體情況見表1(本文貫入度是指最后30擊每擊貫入的深度)。

表1 試樁情況

1.2 地層條件

經勘察，3個地塊相應于5個樁的地層條件及厚度分布見表2(只列舉到樁端持力層的土層)。其中，2-1淤泥質粉質黏土與2-2淤泥質粉質黏土呈灰色流塑狀態，土質較均勻，高壓縮性，夾粉土、粉砂薄層，含有機質和少量腐蝕質。

表2 相應于沉樁深度60 m的地層分布及厚度

2 單樁極限承載力

2.1 規范公式法

《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTG D 63—2007)所采用如下計算公式：

(1)

《建筑樁基技術規范》(JGJ 94—2008)[7]采用如下計算公式：

Qu=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

(2)

以上公式(1)、(2)中，各項參數的選取詳見各規范。

運用以上公式，對本工程5根樁的單樁豎向極限承載力進行計算，計算結果與靜載試驗結果如表3所示。

表3 極限承載力計算值與靜載試驗結果

2.2 誤差分析

對于閉口管樁承載力而言，雖無土塞效應的影響，但規范中式(1)與式(2)并未考慮擠土效應對其承載力的影響，故在計算過程中各土層極限側阻力標準值與極限端阻力標準值的取值均取范圍內最大值。

通過表3規范公式計算結果與靜載試驗結果對比可知，對于此工程的5根試樁來說規范公式是偏于保守的，公式(1)明顯要比公式(2)的誤差偏大。其中3號樁的誤差最大，式(1)達到19.4%，式(2)達到了13.4%。

2.2.1 地層條件的影響

由地質勘察報告可知，2-1淤泥質粉質黏土與2-2淤泥質粉質黏土層，都在不同程度上夾有粉土、粉砂層，且其分布不均勻，故勘察報告中無法定量描述。此工程試樁地塊軟土層厚度位于26.93～42.9 m，這也就決定了其樁的極限側阻力必然高于規范所給定的參考范圍。對于樁型、樁長、貫入度都相同的樁1和樁2，由于樁1的軟土層厚度為26.93 m，小于軟土層厚度為41.5 m的樁2，故無論是式(1)還是式(2)，樁1的計算誤差都比樁2的小。極限端阻力的大小也會對樁極限承載力有所貢獻，對比樁1、樁2可知，對于軟土厚度較大的地層條件的摩擦型管樁，極限端阻力并不對承載力計算誤差起決定性影響。

2.2.2 貫入度的影響

對于錘擊法施工的管樁，貫入度對其承載力的大小也有著重要的參考價值。分析5Z645地塊的3根樁，樁型、樁長、樁端持力層相同，貫入度不同。貫入度最大的樁4，其承載力計算誤差最小，貫入度最小的樁3，其承載力計算誤差最大，由此可知規范公式法計算樁極限承載力對于貫入度較大的樁有很好的適用性，但貫入度對此3根樁的極限承載力并無影響。分析可知，貫入度越小的樁，其擠土效應越明顯，因此，對于未考慮擠土效應的規范公式而言，適用性就較差。由于此試驗的3根樁在同一地塊，且貫入度相差并不大，因此，對于由靜載試驗確定樁的極限承載力的影響就不明顯，有待于后續試驗的進一步驗證。

3 修正的承載力預測公式

由于規范公式法對此工程樁極限承載力的過于保守，會使得設計人員低估樁的極限承載力，造成材料的浪費。因此，較為適用于本工程的修正公式的提出就顯得尤為重要。針對前文所分析的地層條件尤其是軟土層對樁極限承載力的影響，基于規范公式中計算誤差較小的式(2)，提出了適用于本工程的修正公式：

Qu=u∑miqsik+qpkAp

(3)

式中，mi為軟土修正系數，對于2-1淤泥質粉質黏土取1.1，對2-2層淤泥質粉質黏土取1.3，其余土層均取1；對于計算過程中各土層極限側阻力qsik與極限端阻力qpk的取值仍取規范所給定范圍的最大值。

由式(3)計算得到各試樁的極限承載力，見表4。

由表4可知，用修正公式求得的預測值與靜載試驗所得值相比誤差范圍在5%以內，且樁1至樁4預測值都比實際值偏小，說明地塊4Z280、5Z645用于此工程是比較經濟且安全的；樁5的預測值比實際值偏大，故其所在的6K862地塊后續用此公式預測極限承載力時，對于規范所給側阻力的參考范圍可適當選取，無需所有土層均取最大值。

表4 修正公式計算值與相應誤差

4 結 語

1) 針對常用規范公式計算樁極限承載力存在較大誤差的現狀，著重分析了工程地質條件對極限承載力的影響，分析表明：層內夾粉土、粉砂薄層的軟土層，厚度較大者會對計算誤差產生更大的影響；對于本工程，相比與極限側阻力，極限端阻力對摩擦型PHC管樁計算誤差的大小并不產生決定性影響；對于貫入度的影響，初步表明貫入度越小的樁，其擠土效應越明顯，規范公式的適用性就越差，關于對樁極限承載力的影響還需要后續試驗的進一步驗證。

2) 基于規范公式中計算誤差較小的式(2)，提出了適用于本工程的修正公式。通過計算結果可知：用修正公式求得的預測值與靜載試驗所得值相比誤差范圍在5%以內，且樁1至樁4所在的4Z280、5Z645地塊預測值都較為安全，故此修正公式適用性較好；樁5所在的6K862地塊運用此修正公式時，需適當選取規范所給的極限側阻力參考范圍值。

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