基于靜力觸探數據的某工程復合地基方案設計

彭海紅， 趙華宏， 石 川

(安徽省交通規劃設計研究院有限公司；公路交通節能與環保技術及裝備交通運輸行業研發中心,安徽 合肥 230088)

0 引 言

預制管樁是目前軟土地基中廣泛采用的一種基礎形式，管樁復合地基具有節省投資、強度高、工期短、工藝簡單的特性。預制管樁成樁與靜力觸探貫入試驗的機制具有相似性，如何把靜力觸探測試技術應用到樁基工程的勘察和設計中，一直是工程界所關心的問題[1,2]。

我國樁基復合地基承載力確定方法概括起來，主要有以下幾種：①靜荷載試驗；②動力試驗；③靜力理論公式計算；④按規范查表；⑤根據原位測試成果推算[3]。靜荷載試驗所得數據是直接從實測中得出的，被認為是最可信賴的，是評價其他間接測試方法的標準[4]。但這一方法較為費時和費工，而靜力觸探具有快速、精確、經濟和節省人力等特點。根據靜力觸探數據確定管樁復合地基承載力，有關規范給出經驗公式，需結合地區經驗驗證和對比分析。將靜力觸探用于樁基勘察和承載力設計具有重要實用意義[5]。本文采用多本規范,根據靜力觸探數據計算了樁基復合地基的承載力，并結合現場靜荷載試驗對計算結果進行了對比分析，最終推薦管樁復合地基設計方案。

1 工程概況

某高速互通A匝道AK1+040-AK1+125段軟土分布區,地貌單元為沿江丘陵平原區，微地貌單元為長江一級階地，地面標高一般在8.0～11.0 m，地形起伏不大。該段為老河道，明水深度1.5 m，且淤泥經多年沉積深度較厚[6]；地層主要為軟土、粉質黏土、粉土等。軟土出露地表，厚度2.6～9.1 m，呈鍋底狀分布(如圖1)，厚度變化大。該段路基曲線半徑為97.75 m，超高橫坡度為6%，中心最大填土高度7.5 m。根據現場靜力觸探得到的軟土層錐尖阻力與側摩阻力數據見表1。

表1 地基設計參數推薦值

現場靜力觸探孔位與荷載試驗位置如圖1所示，涵洞處工程地質縱斷面如圖2所示。

圖1 載荷試驗測試點位布置圖

圖2 涵洞處工程地質縱斷面圖

2 方案設計

設計采用PHC300(70)預壓管樁處理，并在該段路基左側增設3 m×3 m反壓護道。在樁頂做30 cm厚碎石墊層，用于調整樁頂應力的分布。樁長打穿軟土層進入到相對持力層，布樁形式采用正三角形，樁間距2.4～2.7 m，樁長15 m，中間溝塘處涵洞底進行了加密處理。樁頭設置樁帽，樁帽1.2 m×1.2 m×0.3 m，強度不小于C20，配一層鋼筋網片。由于本匝道填土高度較高，所以采用PHC管樁結合欠載預壓處理的方案，施工應滿足預壓時間要求，預壓期不小于3個月，復合地基承載力不小于180 kPa。

根據《建筑地基處理技術規范》計算復合地基承載力特征值：

筆者根據國內現行的《建筑樁基技術規范》初步計算了涵洞處四孔管樁的單樁豎向極限承載力。又利用GEO5運行的歐洲標準(EN1997-2)計算了單樁極限承載力，并和《鐵路工程地質原位測試規程》提供的公式計算得到的承載力，對這三種不同規范計算得到的地基承載力差異進行分析。并結合現場荷載試驗得到的結果討論三種不同承載力計算方法在當地的實用性。

2.1 根據《建筑樁基技術規范》計算單樁豎向極限承載力

當根據雙橋探頭靜力觸探資料確定混凝土預制樁單樁豎向極限承載力標準值時，對于黏性土、粉土和砂土，如無當地經驗時可按下式計算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑liβifsi+αqcAp

式中:fsi為第i層土的探頭平均側阻力,kPa；qc為樁端平面上、下探頭阻力，取樁端平面以上4d(d為樁的直徑或邊長)范圍內按土層厚度的探頭阻力加權平均值,kPa，然后再和樁端平面以下1 d范圍內的探頭阻力進行平均；α為樁端阻力修正系數，對于黏性土、粉土取2/3，飽和砂土取1/2；βi為第i層土樁側阻力綜合修正系數，黏性土、粉土的βi=10.04(fsi)-0.55。

樁長采用15 m計算。

2.2 按《鐵路工程地質原位測試規程》(TB 10018-2018)計算

打入鋼筋混凝土預制樁的極限荷載Qu可根據雙橋探頭觸探參數按下列公式及要求計算：

Qu=U∑hiβifsi+αAcqcp

式中:U為樁身周長;hi為樁身穿過的第i層土厚度,m；Ac為樁底(不包括樁靴)全斷面面積,m2；fsi為第i層土的觸探側阻平均值,kPa；qcp為樁底觸探端阻計算值；βi、α為分別為第i層土的極限側阻力和樁的端阻力綜合修正系數。

2.3 依據歐洲規范(EN 1997-2)計算單樁極限樁端阻力

根據第i組靜力觸探試驗得到的錐尖阻力qc確定單樁豎向承載力時，可按下式計算：

Fmax,i=Fmax,base,i+Fmax,shaft,i

式中：Fmax,i為由第i組試驗得到的樁極限豎向承載力；Fmax,base,i為由第i組試驗得到的樁極限樁端阻力；Fmax,shaft,i為由第i組試驗得到的樁極限樁側阻力。上述計算方法詳細請見相關規范。

2.4 計算結果比較

按上述三種方法計算所得的結果見表2。

表2 三種標準計算出的單樁承載力對照表

根據計算結果可以看出,歐洲標準和中國標準計算出的單樁豎向承載力極限值有較大差異, 而國內的《建筑樁基技術規范》和《鐵路工程地質原位測試規程》得出的計算結果則較為一致。

2.5 復合地基承載力對比分析

本項目靜載荷試驗3個測點，依據《建筑地基處理技術規范》(JGJ 79-2012)相關要求，結合試驗數據綜合判定，所測測點承載力均滿足設計要求。

設計要求復合地基承載力特征值180 kN,試驗加載至要求承載力特征值的2倍即360 kN,土體仍未發生破壞,試驗終止。3個點位的承載力試驗結果均滿足承載力要求，具體試驗結果見表3。1-18#承載力試驗p-s曲線如圖3所示。

表3 承載力試驗結果表

圖3 1-18#測點承載力試驗p-s曲線

將三種算法的得到的單樁極限承載力代入復合地基承載力特征值計算公式，計算結果見表4。

表4 復合地基承載力特征值對照表

根據歐洲標準計算出來的承載力特征值較國內的兩本規范給出的計算結果較為保守，與載荷試驗的差值在11%左右。國內的《建筑樁基技術規范》和《鐵路工程地質原位測試規程》給出的計算結果較為相近，與載荷試驗給出的結果也更為相近，差值在5%左右，但相比之下《建筑樁基技術規范》更偏向于保守。

3 結 論

(1)對于古河道或者一級階地的軟土層較厚的情況，采用預制樁復合地基能較好地提高地基承載力。

(2)根據荷載試驗對比分析，采用靜力觸探測試方法估算樁基極限承載力的方法是可行的。國內兩本規范《建筑樁基技術規范》和《鐵路工程地質原位測試規程》所計算的結果較歐洲規范與實驗測得的數據更為接近。在工程計算中,用國內兩本規范可靠性較高。