根據文萊某項目探討中英標準單樁豎向承載力估算方法

劉輝輝

(四川省金核地質勘查工程有限公司，四川成都 610052)

在海外進行基礎設施建設工程的投標工作，各個國家均有各自的規范條例。文萊達魯薩蘭國(簡稱文萊)現在基礎建設中主要沿用英國的土木工程規范。我國的工程設計人員熟知國內規范，在投標過程中也往往根據翻譯的結果與國內規范對比后，重新核算工作量。就樁基計算而言，外方提供的勘察設計成果與國內規范的計算結果往往存在一定差異，有時甚至差異較大。本文粗淺地分析英國標準與中國規范在樁基計算中存在差異的原因，希望能為國內的工程設計人員提供借鑒[1]。

1 單樁極限承載力計算

英國標準與中國規范中的單樁承載力計算方法存在著很多共同點，比如，單樁極限承載力均由單樁極限樁側摩阻力和單樁極限端阻力共同組成，即

Qu=Qs+Qp

(1)

式中：Qu為單樁極限承載力標準值(kN)；Qs為單樁極限樁側摩阻力標準值(kN)；Qp為單樁極限樁端承載力標準值(kN)。

樁基礎承載力計算的區別主要在于樁土之間的摩擦力、樁端阻力如何取值。具體來說，在確定樁側摩阻力和樁端阻力上，英國標準與中國規范中采用什么參數和什么樣的經驗公式，存在較大的差異。并且每個國家都有各自所“偏好”的勘察方式、原位測試試法和經驗參數，樁基承載力確定方法也是如此[1]。

1.1 單樁極限樁端承載力

1.1.1 黏性土中的樁

1.1.1.1 根據不排水抗剪強度計算單樁極限樁端承載力

根據樁端處原狀土的不排水抗剪強度確定單樁極限樁端承載力可按下式計算：

Qp=qpAp=NccuAp

(2)

式中：cu為樁端處原狀土的不排水抗剪強度(kPa)，一般通過三軸剪切試驗得到，如無可靠的試驗指標一般可取cu=(4～5)N計算，N為樁端處未經修正的標準貫入擊數。

Nc值一般取9，當樁端進入持力層的深度與樁徑之比小于4時，Nc取6。此外BS8004中關于Nc的計算公式如下：

Nc=9×k1×k2

(3)

其中：

k1=2×(1+L/6B)/3

(4)

式中：L為樁端進入持力層的深度，B為樁身寬度或直徑,k2的取值與樁的類型和cu有關，見表1。

表1 黏性土中k2取值

此法多用于非擠土樁如鉆孔灌注樁的單樁極限樁端承載力計算。

1.1.1.2 根據標準貫入擊數計算單樁極限樁端承載力

根據樁端處土的標準貫入擊數確定單樁極限樁端承載力可按下式計算：

Qp=qpAp=αNAp

(5)

式中：α為樁端阻力換算系數，對于黏性土α值一般在70～200之間[4]；N取樁端以上3D以及樁端以下8D范圍內未經修正的標準貫入擊數平均值[5]。

BS8004中關于用標準貫入擊數估算單樁極限樁端承載力，其極限端阻力為：

qp=100nbN

(6)

式中：nb為經驗系數，取決于土層和樁的類型，對于樁端為黏性土的擠土樁nb=0.95～1.6；N為樁端處未經修正的標準貫入擊數。

此法多用于擠土樁如預制樁的單樁極限樁端承載力計算。

1.1.2 非黏性土中的樁

單樁極限樁端承載力：

(7)

1.2 單樁極限樁側摩阻力

國內任何土質的側摩阻力都考慮，而國外省略硬黏土層上臥軟土層的側摩阻力[6]。

1.2.1 黏性土中的樁

單樁極限樁側摩阻力：

Qs=qsAs=αcuAs

(8)

式中：α為粘結系數，主要與土層強度、作用于樁的有效上覆壓力、樁的類型和施工方法有關。

(1)在缺乏可靠試驗數據的情況下，置換樁的α值(表示為αrepl)可根據以下公式估算：

0.4≤αrepl=k1[1-k2loge(cu/100)]≤1.0

(9)

式中：k1和k2可分別取為0.45和1.0。

(2)在缺乏可靠試驗數據的情況下，擠土樁的α值(表示為αdisp)可根據以下公式估算：

(10)

(3)佩克(1974)提出粘結系數)α與黏性土的不排水抗剪強度cu)的關系見表2。

表2 粘結系數與黏性土的不排水抗剪強度的關系

1.2.2 砂土中的樁

單樁極限樁側摩阻力：

(11)

式中：Ks為水平土壓力系數，δ′是樁與土層之間的摩擦角。Ks的取值與樁的類型及土層情況有關，具體見表3[3]。

表3 砂土中Ks的建議值

Ks還可根據樁的類型通過靜止土壓力系數K0計算，鉆孔樁一般取Ks=K0，打入樁一般取Ks=(1～1.8)K0。

其中：

K0=1-sinφ

(12)

式中：φ為該土層的內摩擦角，δ′可取(0.5～0.8)φ[2]。

2 安全系數

國內規范[7]中單樁豎向承載力安全系數一般取2，英國標準BS8004[3]中推薦樁基承載力安全系數為2～3，在地質情況不是很明確的情況下取上限，地質情況明確且地質指標準確的情況下，可以取下限[6]。

3 工程實例

文萊某項目位于文萊首都斯里巴加灣市，為城市立交橋。根據外方提供的該立交橋的巖土工程勘察報告，以某鉆孔按標準值進行計算，土層分布及參數見表4。

表4 某鉆孔土層分布及參數

根據此鉆孔資料，對直徑400 mm鉆孔灌注樁進行承載力計算，樁長按20 m考慮，計算結果見表5；對邊長300 mm混凝土預制方樁進行承載力計算，樁長按16.5 m考慮，計算結果見表6。

從表5和表6量值上看，因為英國標準忽略了硬黏土層上臥軟土層的側摩阻力且安全系數取值較大，因此單樁極限承載力標準值與單樁豎向承載力特征值與國內規范存在一定差異，此差異隨著樁長及上臥軟土層厚度的增加會逐漸增大。

另外國內規范采用的經驗參數法均是根據國內的土層統計得出的結果，并不一定適合當地土質情況，這也是差異存在的一個原因。

4 結束語

英國標準與中國規范在計算單樁承載力時的思路是一致的，均采用由樁間土的摩阻力與樁端土的端阻力共同組成；主要的區別在確定樁間土的摩阻力和樁端土的端阻力時采用何種經驗公式。

英國標準在確定樁基參數時經驗公式及計算方法較多，而中國規范主要依靠經驗參數法。對于國外投標的工程，可以多參考當地的規范、手冊或經驗數據然后與中國規范相互參照，求同存異，取長補短，做到既能滿足投標要求又不過于保守或激進。

表5 直徑400mm鉆孔灌注樁單樁承載力估算

表6 邊長300mm混凝土預制方樁單樁承載力估算