根據試樁成果反分析灌注樁的設計參數

賀詩選，張 嬌，李 強

(北京愛地地質勘察基礎工程公司，北京 100144)

根據試樁成果反分析灌注樁的設計參數

賀詩選，張 嬌，李 強

(北京愛地地質勘察基礎工程公司，北京 100144)

利用鉆孔灌注樁試樁報告中的靜載荷試驗原始數據和地層資料，結合規范，利用反分析的方法確定各地層的極限端阻力標準值qpk和極限側阻力標準值qsik。可將試樁成果推廣應用到場地附近任意樁長和樁徑的樁型設計中。

鉆孔灌注樁;試樁;設計參數;反分析

0 引言

通常試樁工程最終提交的報告為某一種或者某幾種特定樁長樁徑樁型的承載力，正式工程中很可能根據建筑物和地層的特點，采用與試樁時不一樣樁長和樁徑，如此就不能直接套用試樁成果數據。這就存在一個如何將試樁成果推廣應用到任意樁長樁徑樁型的問題。如果能通過試樁確定各個地層的樁基設計參數qsik和qpk，則能很好地解決這一問題。筆者通過工程實例在這方面做了分析研究。

1 工程概述

首鋼京唐鋼鐵廠在曹妃甸地區的鉆孔灌注樁進行了大型的壓樁試驗，分4個試驗區進行。試驗樁設計承載力特征值35 m800 mm樁為1700 kN，45 m800 mm樁為2500 kN，35 m1000 mm樁為2100 kN，45 m1000 mm樁為3200 kN，45 m1200 mm樁為4100 kN。

共完成泥漿護壁鉆孔灌注樁靜載試驗51組，試驗終止條件和單樁豎向抗壓極限承載力的確定均按《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ 106－2003)執行，靜載試驗成果匯總如表1。

表1 靜載試驗成果匯總表

2 場地工程及水文地質條件

2.1 地形地貌

廠區地貌上屬于濱海淺灘。曹妃甸一帶為灤河三角洲平原海岸，具有雙重岸線特征，其中內側大陸岸線為沿灤河古三角洲前沿發育的沖積海積平原。吹填后地面標高3～3.5 m。

2.2 地層巖性特征

根據勘察報告，在深度80 m范圍內，地基土主要由第四系全新世海相沉積和第四系上更新世海陸交互沉積的粘性土、粉土和砂類土所組成，其地層巖性如表2所示。

表2 場地地層物理力學指標

2.3 地層巖性特征

根據勘察報告，各試驗分區的地層分布如表3所示。

表3 各試驗區地層厚度及深度匯總表

3 試驗成果數據的選取

為了便于計算，有代表性地從表1中成對地選取樁長相同但樁徑不同的8對16根樁的數據進行計算，4個試驗區每個區各選了2對，一對長樁一對短樁。選取的樁參數如表4。

表4 選取的16根樁參數

4 計算公式及分析方法

灌注樁的豎向抗壓承載力公式為:［1］

式中:Qsk、Qpk——分別為單樁總極限側阻力和總極限端阻力標準值;u——樁身周長;li——樁穿越第i層土的厚度;Ap——樁端面積;qsik——樁側第i層土的極限側阻力標準值;qpk——樁徑為800 mm的極限端阻力標準值;ψsi、ψp——大直徑樁側阻、端阻尺寸效應系數，如表5。

表5 大直徑灌注樁側阻、端阻尺寸效應系數ψsi、ψp

為了分析的方便，引入2個物理量qsk和qsxk:令qsk=(∑qsikli)/l，即樁的全長平均極限側阻力標準值;令qsxk=(∑ψsiqsikli)/l，即考慮尺寸效應系數的全樁長平均極限側阻力標準值。所以公式(1)也可以表示為:

承載力極限值Quk、樁長l、樁周長u、樁截面積Ap為已知條件，ψp可通過規范中的公式計算得到，這樣公式(2)中有2個未知數qsxk和qpk。

理論上是可以建立二元一次方程組求解的，但是必須要認識到試樁得出的數據并不是達到破壞的極限值，且因為每根樁都是分10級加荷載的，所以真正的極限值很難測得，用方程組求解出來的qsxk和qpk值不可能精確。

因為首鋼曹妃甸廠區的灌注樁均為長度超過30 m的長樁，側阻力在總承載力中占絕對優勢，qsk對結果的影響大于85%。所以不妨先根據規范和經驗確認影響較小的端阻力qpk的值，代入公式(2)中，即可求出比較合理的qsxk。

5 端阻力的確定

依據規范，根據經驗和本次試驗的抗壓承載力測試值，先確定本次試驗區各地層的極限端阻力標準值，如表6。

表6 估算的各地層的端阻力qpk

6反算全長平均側阻力

將ψp及表6中的qpk和表4中的樁長和樁徑代入公式(2)，求得16根試驗樁的考慮尺寸效應的全長平均極限側阻力標準值qsxk值，如表7。

表7 考慮尺寸效應的全長平均極限側阻力標準值qsxk值

求出qsk的條件是必須要有各地層的qsik。考慮到1－ψsi的值當樁徑為800 mm時為0，樁徑1000 mm是砂層為0.072，土層為0.044，數值比較小，即使qsik值存在一定的誤差，最終對qsk的影響也非常有限。所以根據規范假定一組qsik值，如表8所示，將其與表7中的qsxk值代入公式(3)中，可以求得比較準確的qsk。將同一個試驗區相同樁長的qsk值求取平均數，計算結果見表9。

7 反算各地層的側阻力

7.1 采用試算的方法

樁的全長平均極限側阻力標準值公式:

由于絕大部分的樁長都大于30 m，穿過5個土層，所以有5個未知數qsik，最多的是穿過8個土層。因此無法用解方程的方法確定各層qsik。

表8 為了求qsk而假定的qsik值

表9 各試驗區qsk試樁值

這里采用試算的方法，參考規范的推薦值，擬定一組比較合理的qsik，代入公式(3)，看試算得出的qsk值與表9的qsk的吻合情況。然后以第一組qsik值為基準進行調整得到多組qsik值，均代入公式(4)，試算得出的qsk值與表9的qsk的吻合情況最好的一組即為最符合要求的一組。

7.2 試算的qsik值

以《建筑樁基技術規范》(JGJ 94－2008)為主要參考依據，先取一組qsik值，如表10第1組，代入公式(3)，試算結果見表11第1組，從試算結果可以看出，這組qsik數據比較保守，所以qsk的試算值均比試樁值要小。

以這組數據為基礎進行調整，又試算了4組qsik值，如表10，試算結果見表11。

第1組和第4組的試算結果與表9的數據相差較大，第2、3、5組則較接近，綜合考慮規范建議值，取第2組試算值作為這次逆向分析的成果參數。

表10 試算的5組qsik值

表11 各試驗區qsk試樁法及參數試算法確定的qsk值

8 結論

(1)本次灌注樁試驗區地層的極限端阻力標準值qpk和極限側阻力標準值qsik如表12所示。

表12 灌注樁試樁極限端阻力標準值qpk和極限側阻力標準值qsik

(2)根據表12的參數對本次試驗的樁型進行計算，樁長超過30 m時，樁端阻力在承載力中的比例不超過14%，影響承載力的主要因素是樁側摩擦阻力。在⑦層砂缺失或不穩定的情況下，灌注樁的樁端持力層可以選擇⑥層土和⑦層的土層。

(3)以表12中的參數為基礎，根據土工試驗和原位測試數據，可以比較準確地估計曹妃甸地區其它地層的灌注樁設計參數。

(4)本文反算的參數對后期的正式工程中的樁基設計能起到較好的參考作用，使試樁成果得出的不僅僅是某一個特定樁型的承載力，根據表12，可將試樁成果推廣應用到任意樁長樁徑的灌注樁設計。

［1］JGJ 94－2008，建筑樁基技術規范［S］.

［2］JGJ 106－2003，建筑基樁檢測技術規范［S］.

［3］GB 50021－2001，巖土工程勘察規范［S］.

［4］常士驃，張蘇明.工程地質手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

［5］雷曉艷.工程反分析問題及應用［J］.華東交通大學學報，1996.9(3):1－8.

［6］張蘇明.工程地質手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2008.

Inverse Analysis on Design Parameters of Bored Grouting Pile According to the Pile Testing Results

HE Shi-xuan， ZHANG Jiao，LI Qiang(Beijing Aidi Geotechnical Investigation＆Foundation Engineering Company，Beijing 100144，China)

Based on the original data of bored pile static loading test and stratigraphic data，combined with the related specifications and using the inverse analysis method，the ultimate end resistance standard value qsik and ultimate lateral resistance standard value qpk of each stratum were determined.Pile testing results can be applied to the pile design in any length and any diameter near the construction site.

bored grouting pile;pile testing;design parameter;inverse analysis

TU473.1+2

A

1672－7428(2012)08－0061－04

2012－02－14;

2012－06－21

賀詩選(1978－)，男(漢族)，江西萍鄉人，北京愛地地質勘察基礎工程公司工程四處主任、工程師、國家注冊巖土工程師、國家一級建造師，巖土工程專業，碩士，從事巖土工程勘察設計、施工工作，北京市石景山區晉元莊路23號，80100148@qq.com。