沛屯地區預應力管樁承載力與土層物理性質的關系淺析

徐同悅　付成明　劉興杰

摘要：沛屯地區位于江蘇省徐州市沛縣境內微山湖西側，目前多家勘察單位在該區進行勘察時，按《建筑樁基技術規范》中的巖土物理參數對樁基豎向極限承載力進行估算，估算值與靜載荷實驗結果相差較大，這給設計和施工帶來極大的困難，影響了工程的安全性和經濟性。文章通過收集了區內有代表性工程的勘察及其樁基靜載試驗資料，比較靜載試樁值與按規范用巖土物性參數估算值的差異，分析誤差原因，然后對規范的計算公式進行修正，得出沛屯地區確定管樁承載力的經驗公式，以指導區內的實際工作。

關鍵詞：巖土物性參數；沛屯地區；預制管樁；豎向承載力；經驗公式

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）30-0075-03

1 沛屯地區概況

該地區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。地勢西高東低，由西南向西北微傾。

區內第四系覆蓋層厚度一般在50～250m之間，平均厚度約為168.21m。對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和上更新統組成。

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

Q3（上更新統）：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、含砂姜粉質粘土為主，夾有薄層粉土和粉細砂類，粉粒含量高，針狀孔隙發育，水平層理明顯，見蟲跡通道，局部偶見淤泥質，含小鈣質結核，見有螺、蚌化石及碎片，局部富集。

2 預制管樁在區內的應用現狀

預制管樁是指預制的預應力鋼筋混凝土管樁（本文簡稱預制管樁或管樁）。我國的預制管樁源于20世紀60年代，80年代開始推廣使用，近幾年徐州地區先后建起了多家管樁預制廠，有力地推動了預應力鋼筋混凝土管樁在該區的應用，沛屯地區也隨之開始使用預制管樁。由于預制管樁具有工業化定型生產、質量可靠、樁長樁徑設計靈活、隨購隨用工期短、施工方便等優點，使預制管樁的應用逐步趨向普及。

1992年，我國制定了國家標準《先張法預應力混凝土管樁》（GB13476-92）。建設部于1993年起，將“高強度預應力混凝土管樁”列入重點推廣項目?，F行的《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）中提出了混凝土空心樁的承載力確定公式（以下簡稱規范公式）及其方法，對規范管樁的設計、生產、施工起到了重要的指導作用。

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果亦有差異，處于地質條件相同的同一地區，不同文獻的看法也有所不同。因此管樁在設計和施工方面還有待于不斷探索、總結和積累經驗。

3 沛屯地區預制管樁應用中存在的問題

近幾年預應力管樁在沛屯地區得到廣泛應用，樁基的設計均依據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）進行。實際工作中發現：計算的樁基豎向極限承載力

和樁基實際承載力（靜載荷實驗結果）相差較大。

本文收集了沛屯地區的沛屯五洲新天地、沛屯漢之源（宏達大廈）、沛屯華佗醫院病房樓、沛屯城建展覽館、沛屯高精度鋁板帶項目板帶車間生產線及配套五個工程實例，包括工程勘察資料及樁基質量檢測報告。各工程實例通過靜載試驗獲得樁豎向極限承載力的試樁值，按規范公式分別計算單樁豎向極限承載力，統計試計比和誤差值情況詳見表1：

因此有必要研究沛屯地區預應力管樁豎向承載力與土的物理力學性之間的關系，探討造成承載力計算誤差較大的原因，為建立本地區計算管樁承載力的經驗公式提供依據。

4 誤差原因分析

由于沛屯地區的地層結構較為特殊，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，其物理力學性質較差，不適宜作為樁基持力層；老堆積土厚度13～36m，物理力學性質好，是良好的樁基持力層。

從樁身承載性狀看，本區樁型均為摩擦型樁，對于樁側阻力，通過分析沛屯地區的預應力管樁，在施工過程中樁周土被擠壓，在樁周形成擾動區，而擾動區土的強度將降低，樁側阻力也會下降，分析表明由于管樁的擠土作用，在地表以下約8d范圍內樁側摩阻力基本喪失，在向下約8～16d范圍內的樁側摩阻力有所降低，同時在近樁端約3～5d范圍內的樁側摩阻力也有所降低。

對于樁端阻力，當樁端進入均持力層，開始樁端阻力隨深度基本上呈線性增大，當達到一定深度后，樁端阻力基本恒定，深度繼續增加，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，而且該土層土質較均勻，當樁端進入該土層超過一定深度后，管樁樁端阻力將基本恒定。

總之當樁進入土層后，樁側阻力會有一定程度的降低，同時樁端進入持力層后，隨深度增加端阻力將基本恒定。而按規范公式通過查表計算時，認為樁周各層土沒有擾動，樁側阻力不會降低，同時樁端阻力被認為隨深度增加而不斷增大，這都將導致了計算的樁基承載力均大于試樁值。

根據以上分析可知，在沛屯地區，按《建筑樁基技術規范》的計算公式計算的結果與試樁相比誤差較大，無法滿足樁基的設計要求。為了確保計算結果的準確和工程的安全，應當對該地區各土層極限側阻力和端阻力標準值添加修正系數，進而建立適合該地區的經驗計算公式。

5 確定管樁承載力的方法

5.1 經驗公式的選擇

5.2 修正參數的確定

將該地區樁側土劃分為粘性土、粉土和含砂姜粘性土三大類，樁端土均為含砂姜粘性土，而根據三種土類的巖土物性參數比較，其修正系數取規范中qsik的指數函數。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阻力修正系數。

6 經驗公式的應用效果

7 結語

通過資料收集、統計分析、編程運算、現場靜載荷試驗等方法，對沛屯地區預制管樁的單樁豎向極限承載力進行了系統研究，得出了確定該地區承載力的側阻力和端阻力的經驗公式和修正系數。

通過分析實測資料得出：沛屯地區樁基承載力的主要貢獻土層為下部的含砂姜粘性土，設計時應盡可能保證樁身進入含砂姜粘性土適當的深度，以利于樁身材料承載力的發揮，提高經濟型。

根據土工試驗獲得的物理指標預估管樁承載力受多種因素影響，從表2可看出，本經驗公式還存在一定誤差，有待進一步研究修正。實際應用時應與雙橋靜力觸探勘探等手段結合對管樁承載力進行驗算和修正，從而較準確地預估管樁的承載力。

建議開展樁身應力實測工作，驗證本研究報告的成果，進一步擴大土的物理指標確定承載力統計和分析工作，對土的更精細化分類和定名等進行更加深入分析研究，得出更可靠的修正公式。

參考文獻

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[3] 顧曉魯，錢鴻縉，劉惠珊，汪時敏.地基與基礎（第二版）

[M].北京：中國計劃出版社，1993.

作者簡介：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。

（責任編輯：周 瓊）