開封市靜壓PHC管樁豎向承載力確定方法初探

張寶戌

【摘要】本文依據(jù)開封市鼎立國際城C地塊項目樁基礎(chǔ)方案勘察、設(shè)計、施工及檢測的資料為依托，對現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的幾種確定方法進(jìn)行了對比分析。利用基樁靜載試驗測試成果，對置于密實砂層上的管樁豎向極限承載力的大小、樁側(cè)摩阻力和樁端阻力對極限承載力的影響進(jìn)行了分析，為開封市PHC管樁豎向承載力的確定以及各參建單位應(yīng)用靜壓PHC管樁提供了可借鑒的依據(jù)和參考。

【關(guān)鍵詞】PHC管樁 單樁豎向極限承載力 確定方法 對比分析靜壓施工 靜載試驗

一、引言

高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC管樁）靜壓施工具有單樁豎向承載力高、質(zhì)量較可靠、對周邊環(huán)境影響小、施工速度快等優(yōu)點，因其對開封市中軟土地層適用性較好，自2002年以來在開封市建設(shè)工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，提供了上部荷載較大時有效解決問題的深基礎(chǔ)形式。

PHC管樁豎向承載力的確定是樁基礎(chǔ)設(shè)計中最關(guān)鍵的要素之一，目前建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范、建筑樁基技術(shù)規(guī)范、高層建筑巖土工程勘察規(guī)程均提供了相應(yīng)的計算方法，但是通過靜載試驗及樁身內(nèi)力測試成果，根據(jù)相關(guān)規(guī)范得到的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值與樁身實際受力狀態(tài)不完全一致。

開封市PHC管樁樁端持力層位于密實砂層上，在收集了大量靜載試驗檢測資料的基礎(chǔ)上，通過10根PHC管樁靜載極限承載力試驗并參考其他工程樁身內(nèi)力測試及研究，對比分析了相關(guān)規(guī)范計算得到的單樁豎向極限承載力的大小、樁側(cè)摩阻力和樁端阻力對極限承載力的貢獻(xiàn)程度，為勘察、設(shè)計和施工單位提供了參考。

二、工程地基勘察資料

根據(jù)開封市鼎立國際城C地塊（1～33#樓）巖土工程勘察報告，本工程場地屬黃河沖積平原，地貌形態(tài)為單一的平原地貌?？碧缴疃葍?nèi)（50米）揭露的地層均屬第四系全新統(tǒng)（Q4）。地質(zhì)成因為黃河沖積，土的類型以粉土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂為主。第⑧層細(xì)砂位于自然地面埋深20米以下，該層厚度大于20米，是良好的樁端持力層，因此選用⑧層為樁端持力層，樁長21.0米左右，進(jìn)入砂層深度1.0米左右。巖土工程勘察報告提供的巖土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見下表：

三、單樁豎向極限承載力的計算

（一）原位測試法

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，雙橋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，按下式計算：

（二）經(jīng)驗參數(shù)法

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，根據(jù)土的物理指標(biāo)和承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時，宜按下式估算：

Qvk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

根據(jù)該項目土工試驗和原位測試成果，提出樁基初步設(shè)計參數(shù)見下表：

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》公式進(jìn)行計算：

（三）用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果估算單樁豎向極限承載力

根據(jù)《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，根據(jù)土的物理指標(biāo)和承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時，宜按下式估算：

Qu=βsu∑qsisli+qpsAp

根據(jù)該項目標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗實測擊數(shù)，提出樁基初步設(shè)計參數(shù)見下表：

根據(jù)《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》公式進(jìn)行計算：

（四）單樁靜載試驗結(jié)果統(tǒng)計

本文收集了具有代表性較強(qiáng)的10組單樁靜載試驗結(jié)果，樁徑為0.4米，樁長21.0米，進(jìn)入砂層深度1.0米左右，單樁豎向抗壓靜載荷試驗加載到2500kN時試驗終止，統(tǒng)計結(jié)果見下表：

四、管樁承載力計算值與試驗結(jié)果分析

工程樁單樁豎向抗壓靜載荷試驗加載到2500kN時未破壞，原位測試法得到的極限承載力為2635.19，樁端阻力與極限承載力比值為0.48，經(jīng)驗參數(shù)法得到的極限承載力為2013.37，樁端阻力與極限承載力比值為0.31，用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果得到的極限承載力為1930.97，樁端阻力與極限承載力比值為0.57。通過試驗與計算結(jié)果比較可知，三種計算方法中僅原位測試法得到的極限承載力高于試驗結(jié)果，經(jīng)驗參數(shù)法和用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗成果得到的數(shù)值偏低。

靜載試驗結(jié)果加載到2500kN時累計沉降量為7.35～26.67mm，卸荷至0kN殘余沉降量為2.85～15.50m，數(shù)值離散程度較大。由于樁身壓縮變形量較小，因此，殘余沉降量主要由樁端刺入變形量貢獻(xiàn)。相關(guān)研究表明黏性土層中樁側(cè)摩阻力充分發(fā)揮需要的樁土相對位移為5～10mm，砂性土層中為10～20mm。本次試驗結(jié)果表明大部分樁在黏性土、粉土中側(cè)摩阻力已發(fā)揮，砂層中側(cè)摩阻力未完全發(fā)揮。

單樁豎向極限承載力的取值依賴于樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的共同作用，根據(jù)以上分析應(yīng)充分考慮發(fā)揮樁端阻力的作用，并進(jìn)行破壞性的靜載荷試驗同時測試樁身內(nèi)力，分析破壞狀態(tài)前的樁側(cè)摩阻力和樁端阻力發(fā)揮程度。由于靜載荷試驗與基樁實際受力狀態(tài)不完全一致，因此單樁豎向極限承載力的最終確定應(yīng)通過上述計算和分析取值并同時考慮相應(yīng)建筑物變形允許值的限制。

五、結(jié)論

（1）以密實砂層作為樁端持力層并進(jìn)入持力層一定深度時，按規(guī)范方法計算的承載力與試驗測試值有一定偏差，極限承載力取值過高或過低都會造成工程結(jié)構(gòu)的不安全或浪費。

（2）單樁豎向極限承載力的主控因素主要由勘察、設(shè)計、施工、天然土的狀態(tài)等組成，施工期間的質(zhì)量控制對單樁豎向極限承載力影響較大。PHC管樁施工時應(yīng)以樁長和終壓力進(jìn)行控制，對工程樁應(yīng)進(jìn)行復(fù)壓增加終壓力并控制終壓沉降量，同時應(yīng)加強(qiáng)施工過程和施工后的基樁的檢測和監(jiān)測。

（3）單樁豎向極限承載力由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力共同組成，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的發(fā)揮隨荷載大小和時間變化，規(guī)范取值不能反映基樁的實際受力狀態(tài)，單樁豎向極限承載力應(yīng)通過計算和靜載測試并考慮建筑物變形允許值進(jìn)行最終確定。