經(jīng)驗參數(shù)法與雙橋靜力觸探估算預制樁單樁承載力對比分析

王文韜，劉元釗

（青島中油巖土工程有限公司，山東 青島 266071）

靜力觸探自1917年瑞典正式使用以來，迄今已有百余年歷史。目前，該項測試技術(shù)在很多國家都被列入國家技術(shù)規(guī)范中，并在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用。在我國，該技術(shù)主要用于對地基土進行力學分層并判別土的類型、確定地基土的參數(shù)（強度、模量、狀態(tài)、應力歷史）、砂土液化可能性、淺基承載力、單樁豎向承載力等。在國家現(xiàn)行規(guī)范《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）中估算單樁極限承載力推薦兩種方法，分別是原位測試法與經(jīng)驗參數(shù)法，原位測試法就是靜力觸探試驗。

工程中在使用這兩種方法估算單樁極限承載力時，得到結(jié)果往往差異較大。文章在同一場地采用兩種方法估算，然后與工程試樁結(jié)果進行對比，結(jié)合場地地層實際情況分析差異原因，以為類似場地提供工程經(jīng)驗。

1 工程實例

1.1 工程概況

中國石油在新疆庫爾勒地區(qū)投資建設某乙烷制乙烯化工廠，擬建一套60萬t/年乙烯裝置，由于該項目基礎埋深處天然地基持力層承載力不能滿足上部設計要求，擬采用樁基礎。

場地位于天山南麓霍拉山山前洪積扇前緣，屬于山前洪積細粒土平原，場地地勢平坦開闊，呈東北側(cè)高、西南側(cè)低，地面標高最大值918.27m，最小值916.38m，地表相對高差1.89m。該項目詳細勘察主要采用了雙橋靜力觸探試驗與標準貫入試驗等原位測試手段，并結(jié)合室內(nèi)土工試驗，靜力觸探試驗深度為25～40m。

場地勘探深度范圍內(nèi)（最深45m）所揭露的地層中①-1粉土、①粉土、③粉土為鹽漬土，具有溶陷性、濕陷性、腐蝕性；②粉砂分布極少，無工程意義；③-1粉土、④粉砂夾粉土、⑤粉土具有輕微液化性，力學性質(zhì)較好；⑥-1粉質(zhì)黏土力學性質(zhì)差；⑤-1粉砂、⑤-2粉土、⑥粉土、⑥-2粉砂、⑦粉土、⑦-1粉質(zhì)黏土、⑦-2粉砂、⑧粉土力學性質(zhì)好，可作為樁端持力層。

該場地屬鹽漬土場地，場地水、土對建筑材料具有強腐蝕性，根據(jù)相關規(guī)范，選用高標號的實心預制鋼筋混凝土方樁基礎。實例中的樁參數(shù)：樁長為24m、截面尺寸為500mm×500mm。 以 ZK133、ZK208、ZK279鉆孔為例估算單樁承載力，雙橋靜力觸探孔位于鉆孔附近1m以內(nèi)，以保證數(shù)據(jù)的可比性。

1.2 經(jīng)驗參數(shù)法估算單樁承載力

依據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008），可根據(jù)土的物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關系確定單樁承載力，黏性土根據(jù)液性指數(shù)IL、粉土根據(jù)孔隙比e、砂土根據(jù)標準貫入錘擊數(shù)N。采用以上指標數(shù)理統(tǒng)計標準值，單樁豎向極限承載力標準值宜按式（1）估算：

式中：Quk為單樁豎向極限承載力標準值，kN；Ap為樁底端橫截面面積，m2；u為樁身周邊長度，m；li為第i層巖土的厚度，m；qsik為樁第i層土的極限側(cè)阻力標準值，kPa；qpk為樁端極限端阻力標準值，kPa。

根據(jù)各土層物理指標確定的力學參數(shù)及單樁豎向極限承載力標準值估算值（見表1），樁基承臺深度為2m。

表1 混凝土預制樁的極限端、側(cè)阻力標準值及單樁豎向抗壓 承載力極限值估算值

1.3 雙橋靜力觸探法估算單樁承載力

靜力觸探試驗（static cone penetration test）簡稱靜探（CPT），是利用靜力以一恒定的貫入速率將圓錐探頭通過一系列探桿壓入土中，根據(jù)測得的探頭貫入阻力大小來間接判定土的物理力學性質(zhì)的原位試驗，主要適用于軟土、黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。靜力觸探試驗兼有勘探和測試雙層功能，既可以對地基土進行力學分層并判斷土的類型，又可以確定地基土的參數(shù)（強度、模量、狀態(tài)、應力歷史）、砂土液化可能性、淺基礎承載力、單樁豎向承載力等。

依據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008），根據(jù)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?shù)亟?jīng)驗時可按式（2）計算：

式中：Quk為單樁豎向極限承載力標準值，kN；Ap為樁底端橫截面面積，m2；u為樁身周邊長度，m；li為第i層巖土的厚度，m；fsi為第i層土的探頭平均側(cè)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(nèi)按土層厚度的探頭阻力加權(quán)平均值，然后再和樁端平面以下1d范圍內(nèi)的探頭阻力進行平均，kPa；α為樁端阻力修正系數(shù)，對黏性土、粉土取2/3，飽和砂土取1/2；βi為第i層土樁側(cè)阻力綜合修正系數(shù)。

βi按式（3）、式（4）計算。

其中，黏性土、粉土：

砂土：

估算單樁豎向抗壓承載力極限值的雙橋靜力觸探指標如表2所示，估算結(jié)果如表3所示。樁基承臺深度為2m。

表2 估算單樁豎向抗壓承載力極限值的雙橋靜力觸探指標

表3 雙橋靜力觸探結(jié)法單樁豎向抗壓承載力極限值估算值

1.4 工程樁試樁檢測結(jié)果對比

該工程在施工前進行了高應變法的試樁試驗，高應變法能夠確定單樁軸向抗壓極限承載力和樁身完整性。文章選取了位于ZK133、ZK208、ZK279鉆孔附近的3根樁，實際樁型及入土深度與估算一致。ZK133試樁結(jié)果為5432kN，經(jīng)驗參數(shù)法的偏差為-21.4%，雙橋靜力觸探的偏差為6.1%；ZK208的試樁結(jié)果為5655kN，經(jīng)驗參數(shù)法的偏差為-23.2%，雙橋靜力觸探的偏差為3.6%；ZK279的試樁結(jié)果為5315kN，經(jīng)驗參數(shù)法的偏差為-18.5%，雙橋靜力觸探的偏差為5.4%。從對比結(jié)果可以看出，雙橋靜力觸探估算單樁承載力與試樁結(jié)果更為接近，偏差小，估算值略偏大；參數(shù)法與試樁結(jié)果偏差較大，估算值偏小。

2 初步技術(shù)分析

根據(jù)以上結(jié)果對比，可以發(fā)現(xiàn)雙橋靜力觸探的估算結(jié)果與試樁結(jié)果偏差小，更為接近。

從場地地層角度來分析，擬建裝置場地的地層粉土砂土互層現(xiàn)象明顯，均勻性差，而經(jīng)驗參數(shù)法中的各項參數(shù)是以巖性均一的粉土或砂土為基礎統(tǒng)計而來，所以經(jīng)驗參數(shù)不能準確反映場地土的力學性質(zhì)。另外，粉土更容易被擾動，土工試驗結(jié)果的準確性也較難保證。相反，雙橋靜力觸探試驗則能更好地反映場地土的實際情況，地層中各種土的狀態(tài)和密實度不同，探頭所受的阻力也不一樣，通過貫入阻力與土的工程地質(zhì)特性之間的定性關系和統(tǒng)計相關關系來獲取地層的力學參數(shù)，更加接近地層實際。

從貫入機理來說，靜力觸探貫入機理和樁的作用機理類似，靜力觸探相當于預制樁沉樁的模擬試驗，靜力觸探的錐尖阻力、摩阻力分別與預制樁發(fā)揮單樁承載力時受到的端阻力與側(cè)壁摩阻力類似，所以雙橋靜力觸探的估算結(jié)果更接近實際。

與靜力觸探相比，樁的表面粗糙，可能獲得側(cè)壁摩阻力比靜力觸探的摩阻力更大，同時，樁的直徑大，沉樁對樁周土的擾動大，造成地層的力學性質(zhì)降低。該工程中雙橋靜力觸探的估算結(jié)果偏大，可能與場地地層粉土較厚、易于擾動的原因有關。

3 結(jié)束語

在該工程中，利用規(guī)范中雙橋靜力觸探法確定單樁極限承載力估算結(jié)果，與經(jīng)驗參數(shù)法相比，更加接近實際，特別是在地層不均勻、互層現(xiàn)象明顯的場地，經(jīng)驗參數(shù)法偏差較大，在樁基設計中應優(yōu)先參考雙橋靜力觸探法估算單樁承載力。但雙橋靜力觸探法估算結(jié)果也偏大，對工程不利，實際工程中應與工程樁試樁結(jié)合，如高應變、單豎向抗壓靜載試驗等，以達到經(jīng)濟安全效果。