第三系泥巖地區單樁承載力計算方法探討

劉 帥，楊小梅，黨立平，張 鵬，李 岸

（機械工業勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710043）

第三系泥巖在我國分布較廣，例如廣西、青海、寧夏、甘肅、新疆、陜西等均沉積有第三系泥巖。由于可利用建設面積有限，不同地區出現越來越多的高層或超高層建筑，為滿足建筑荷載的需要，樁基礎的應用愈加廣泛。設計泥巖地區的樁基時，利用傳統方法估算的單樁承載力特征值往往偏低，造成一定的浪費。本文通過工程實例，對單樁承載力確定方法進行探討分析。

1 實際工程案例分析

1.1 工程場地地層概況

某工程場地的泥巖揭露于地面下5～10 m，泥巖頂部3～5 m的強風化部分不宜作為工程樁的樁端持力層。中風化的泥巖承載力相對較高，工程性質較好，被選定為樁端持力層。

1.2 室內試驗方法估算單樁承載力

中風化泥巖天然狀態下單軸抗壓強度標準值為0.90 MPa，取安全系數2.0，中風化泥巖層對應的樁端阻力特征值取4 500 kPa。上部地層樁基參數經查樁基規范表格得出。

600 mm樁徑的灌注樁入中風化泥巖3 m（樁長16.5 m）的單樁承載力特征值計算公式如下：

式（1）中：Quk為單樁承載力特征值；u為樁身周長；li為樁周第i層土的厚度；qsik為樁側第i層的側阻力特征值；qpk為樁端阻力特征值；Ap為樁端面積。

計算可得：Quk＝3 052 kN。

1.3 原位試驗方法估算單樁承載力

勘察期間對中風化泥巖進行了分散重型動力觸探試驗。換算成每貫入中分化泥巖10 cm的修正后平均擊數為773擊。根據現場完成的重型動力觸探結果，按照工程地質手冊[5]單樁承載力特征值經驗公式進行估算：

式（2）中：Pa為單樁豎向承載力特征值；63.5為由地面至樁尖處，重型圓錐動力觸探平均每10 cm修正后的錘擊數。各地層的錘擊數加權平均后得出：Pa＝4 156 kN，63.5＝156.

1.4 單樁承載力現場測試結果

現場對一根樁長16.5 m、樁徑600 mm、貫入中風化泥巖3 m的試驗樁進行壓載測試。測試結果如圖1所示。

圖1 灌注樁承載力現場測試曲線

由圖1中可知，試驗樁壓力加至7 000 kN時，沉降曲線未發現明顯陡降。由于已經滿足工程需要，沒有繼續加載。由此可以判定單樁豎向極限承載力大于7 000 kN，特征值大于3 500 kN。按照曲線走勢，根據測試經驗預測極限值可達10 000 kN以上，特征值相應可達5 000 kN以上。

1.5 方法比較

由上述數據可知，室內試驗方法估算的單樁承載力特征值偏安全，原位測試方式估算的單樁承載力更加接近樁的實際承載力值。

2 泥巖地區單樁承載力確定方法建議

2.1 原位測試

現場在泥巖地層上進行的原位測試是在泥巖保持原狀三維受力的情況下進行的，數據更加科學、可靠。推薦進行深層平板載荷試驗及動力觸探試驗。

深層平板載荷試驗的承壓板直接放置在樁底標高，加壓至Q-s曲線出現陡降，測試出泥巖的極限承載力。樁的側壁阻力相較于端阻力很小，可以忽略。深層平板載荷試驗的測試值可作為單樁承載力極限值使用。

動力觸探試驗在泥巖地層及上部地層中均需進行，實測值進行桿長修正，再根據工程地質手冊中提供的經驗公式進行計算。

2.2 室內試驗

泥巖在單軸與三軸狀態下的力學特征表現出極大的差異性，泥巖的三軸抗壓強度可達其單軸抗壓強度的10倍以上。對泥巖試樣應進行三軸抗壓試驗確定其承載力，使其更加符合泥巖的實際受力特征。泥巖具有遇水軟化的特征，應分別進行天然狀態、飽和狀態、干燥狀態下的抗壓強度試驗，計算其軟化系數，為工程設計提供參考。

泥巖中局部含親水性礦物質，遇水膨脹，泥巖應進行膨脹性試驗。泥巖及上部地層試樣還需進行常規土工試驗。

按照樁基規范，查表計算單樁承載力特征值。

2.3 壓樁試驗

由于巖土體的復雜性，進行較為科學、合理的單樁承載力估算后，為保證工程安全，在工程建設前，仍需進行壓樁試驗。根據工程經驗，按照2.1、2.2節兩個步驟估算的值比傳統方式更接近實際壓樁試驗值，可以為設計提供更多參考，為工程建設減少不必要的浪費。

3 結論

傳統的估算泥巖單樁承載力主要依靠室內土工試驗的結果。泥巖的單軸抗壓強度難以很好地反映泥巖的實際力學特征。估算值比實際單樁承載力低，造成一定的浪費。利用泥巖的三軸抗壓強度，并在現場進行深層載荷試驗、動力觸探試驗，可以更科學、合理地估算泥巖地區的單樁承載力。