南通地區靜力觸探法估算單樁極限承載力

■李守明 王猛 沙小兵

（中鐵大橋勘測設計院集團有限公司湖北武漢430000）

南通地區靜力觸探法估算單樁極限承載力

■李守明 王猛 沙小兵

（中鐵大橋勘測設計院集團有限公司湖北武漢430000）

以南通工程勘察項目為背景，通過區域地質資料搜集整理、文獻研究、靜力觸探試驗、基樁自平衡測試、回歸分析等多種方法對南通地區鉆孔灌注樁基礎樁側摩阻力及單樁承載力進行了分析研究，提出了利用靜力觸探成果推求單樁極限側摩阻力的公式，在此基礎上修正了規范中由靜力觸探法估算單樁承載力的公式，并將工程實例的計算結果與試樁成果對比分析。結論是：本文方法能較好地評價鉆孔灌注樁基礎極限樁側摩阻力和單樁極限承載力，克服了規范法估算單樁承載力不能考慮探頭端阻力的缺點，本文方法估算的鉆孔灌注樁極限承載力與試樁成果差別不大，且偏于安全，可作為今后南通地區鉆孔灌注樁基礎勘察設計的參考。

地質工程 單樁極限承載力 靜力觸探 土層極限側摩阻力 鉆孔灌注樁

1 引言

近年來，南通市政建設高速發展，相繼完成了長江路、通啟路、東快速路、江海大道、通滬大道、通寧大道等多條高架快速路。在這些城市高架橋的巖土工程勘察中，大量使用了的深孔靜力觸探（一般占勘探孔數的1/2～2/3，孔深70～100m）。如能很好利用這些原位數據，將可更好的指導橋梁樁基的設計與施工。本文就如何利用靜力觸探估算南通地區鉆孔灌注樁極限承載力的問題進行簡要分析和探討。

2 南通地層特點

南通地處長江下游三角洲沖積平原，區內地勢地平，高程一般2～6m。松散層覆蓋大部分超過100m（300～400m），基巖僅狼山一帶出露。

南通地區全新世地層底界一般約為40～50米，在第二軟土層（一般為灰黑色淤泥質粉質黏土）之下，主要原因是本區位于古長江的下切河谷內。更新世地層一般埋深300～350米左右。

工程影響范圍的地層多在100m以淺。一般淺部25m以內以稍密～中密粉土、粉砂為主，25～30m為淤泥質粉質黏土，其下為粉質黏土、粉土粉砂互層的軟土，底板埋深一般在50m左右，50～70m以下為密實狀粉砂、粉細砂，70以下為密實狀粉細砂、中粗砂。

3 靜力觸探在南通地區勘察的適宜性及優勢

據前述南通地層特點可知，靜力觸探的原位測試方法在南通地區是適用的，并具有以下優勢：

（1）連續貫入，提供連續的地層信息，南通地區覆蓋層粉砂夾粉土為主，采取率不高，夾層較多，多互層狀，采用靜力觸探可以更準確反映地層性質，更準確劃分土層。見圖1典型靜力觸探試驗曲線。

（2）直接提供端阻力、側阻力參數，可以彌補粉土、砂土，層狀土原狀樣采取較難，質量不易控制的缺點。可做為層狀土物理力學性質指標離散性大的一個補充。

（3）南通主城區上部較少軟土，25～30m以上主要為稍密～中密粉砂夾粉土，30～50m為粉土、軟、流粉質黏土夾粉土、粉砂，以下為密實狀粉細砂到中粗砂，可以保證在不下保護套管的情況下順利貫入到70～80m深，并能保證探桿垂直度，滿足高架橋樁基設計要求。

（4）對層狀土可以提供一個綜合的土層參數，更接近真實土層性質，安全經濟的為橋梁樁基設計服務。

圖1 典型靜力觸探試驗曲線

4 利用靜力觸探成果估算單樁極限承載力

建筑樁基技術規范、鐵路、公路等規范都給出了利用靜探成果估算單樁承載力的經驗公式，大多是針對壓入、打入預制樁的，南通地區高架橋梁均采用鉆孔灌注樁，根據鐵路工程地質原位測試規程，鉆孔灌注樁單樁極限承載力Qu（kN）的計算公式為

式中：U—樁身周長，m；hi—樁身穿過的第i層土厚度，m；Ac—樁底（不包括樁靴）全斷面面積，m2；fi—第i層土的側阻平均值，kPa；qcp—樁底端阻計算值，kPa；α—樁尖土的極限承載力綜合修正系α=130.53（qcp）-0.76；βi—第i層土的極限摩阻力綜合修正系數，βi=18.24（fsi）-0.75。

據經驗，直接利用上述經驗公式估算出的南通地區單樁極限承載力與試樁結果偏差較大，究其原因是因為該規范對土層極限側摩阻的計算沒有考慮端阻的影響，為能更準確的估算單樁極限承載力及土層極限側摩阻力，考慮對式(1)的中側摩阻項進行修正，提出了如下修正模型，以考慮靜探端阻力qc的影響：

亦即

進而，鉆孔灌注樁單樁極限承載力（kN）可表示如下：

式中：βifsi—由靜力觸探指標綜合確定的鉆孔灌注樁土層極限樁側摩阻力，kPa；qc—雙橋靜力觸探探頭平均端阻力，MPa；fsi—雙橋靜力觸探探頭平均側阻力，kPa；a—雙橋靜力觸探端阻影響系數；b—雙橋靜力觸探側阻影響系數；c—雙橋靜力觸探側阻弱化指數；

為求出式(2a)模型參數，可采用回歸分析法進行求解。式(2a)等號左側取試樁試驗確定的土層極限側摩阻力，等號右側的qc、fsi分別取試樁附近相應土層靜力觸探探頭平均端阻力和平均側阻力。用于回歸分析的數據點如圖2(a)所示，對式(2a)模型參數進行回歸分析，求得式中參數a=1.489，b=9.395，c=0.323。需要注意的是回歸分析時端阻力的單位要用MPa，側阻力用kPa。

由圖2(b)可見，式(2a)模型揭示的鉆孔灌注樁土層極限側摩阻力與靜力觸探探頭端阻和側阻力之間的關系具有如下特點：

（1）土層極限側摩阻力既與靜力觸探探頭側阻力有關，也受端阻的影響。

（2）端阻對土層極限側摩阻力的影響程度更大；

（3）端阻較小時，土層極限側摩阻力對靜探側阻力較敏感，反之不敏感。即砂土密實程度高，靜探端阻對土層極限側阻的影響更大。

表1 鉆孔灌注樁單樁承載力估算

圖2 鉆孔灌注樁土層極限側摩阻力與靜力觸探成果關系

5 工程實例

為檢驗修正系數，根據式(3)，對部分工程的鉆孔灌注樁進行單樁承載力估算，并與試樁結果進行對比，結果如表1。

由表1可見，本文方法估算出的單樁承載力一般較試樁試驗獲得的單樁極限承載力要小，即偏于安全，但偏差不大，通常小于6%，可以為鉆孔灌注樁的設計施工提供有力參考，且式(2a)為由靜力觸探成果評價土層極限側摩阻力提供了有效途徑。

6 結論及建議

（1）模型樣本主要為稍密～密實狀粉細砂、粉土夾粉砂、淤泥質粉質黏土等80m以淺地層，表層種植土及深層粗礫砂及硬塑黏性土的樣本較少，差異較大。

（2）式(2a)建立了靜力觸探成果與土層極限側摩阻力之間的橋梁，且考慮了端阻力的影響，可以用于南通地區土層極限側摩阻力的評價。

（3）式(3)對規范方法進行了修正，可用于對南通地區鉆孔灌注樁單樁極限承載力的估算。

[1]《鐵路工程地質原位測試規程》 （TB10018-2003）工程地質手冊

[2]《江蘇1：50000南通市、南通縣、小海鎮、海門市幅區調》項目野外工作總結

[3]滬通長江大橋、東快速路高架等項目的勘察報告和樁基檢測報告

P624[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-266-2