孔壓靜力觸探在樁基工程中的應用分析

陳美香 （福建省閩設工程檢測有限公司，福建 福州 350028）

0 引言

隨著國家基建工程的不斷開發，樁基越來越多的運用在基建工程中，尤其是東南沿海軟弱土層較厚的地區，樁基可以有效改善建筑物和構筑物的基礎條件，隨之而來的問題是如何有效的對樁基的承載能力進行預測評估。靜力觸探的試驗機理是利用機械將各種不同的圓錐探頭以均勻的速度壓入土層之中，與成樁機理相似，能較好的模擬沉樁過程，當圓錐探頭為測孔壓探頭時，即為孔壓靜力觸探。

目前，利用原位測試結果對樁基的承載能力進行預測評估，一直都是巖土工程中的一項重大課題。楊石飛[1]等通過對原位測試的結果進行分析，提出了以原位測試成果代替室內試驗所確定的壓縮模量來計算樁基沉降，并通過120項實際樁基工程的實測沉降值與預測結果進行驗證，得到了一種準確率較高，計算簡單的計算樁基沉降的方法。孫波[2]通過現場試驗與室內模型試驗進行對比，對有無堆載下的單樁受力變形規律進行了分析，提出了荷載傳遞法依舊適用于負摩擦樁，并得出了堆載僅對淺層土體中的樁基影響較大，對深層土體中的樁基影響不大的結論。李洪江[3]等以孔壓靜力觸探原位測試得到的最為直接的土體參數來直接預測樁基承載能力，并將孔壓靜力觸探和樁基p-y曲線進行結合，提出了一種預測樁基承載能力的有效方法，并通過現場試驗檢測，驗證該方法的可行性。段偉宏[4]等通過對目前的基于孔壓靜力觸探測試數據評估樁基承載能力的方法進行了研究，并對比了孔壓靜力觸探測試與其他原位測試技術數據預測樁基承載力的方法之間的優缺點，發現基于孔壓靜力觸探測試技術預測樁基承載能力的方法精度較其他原位測試高，且應用簡單，具有良好的應用前景。

本文將基于某實際樁基工程的孔壓靜力觸探數據與該樁基工程的樁基數據進行分析，對該工程的樁基承載能力進行預測評估。

1 基于孔壓靜力觸探評估樁基承載能力的主要方法

目前評估樁基承載力的方法雖多，但均是在下式的基礎上進行評估。

其中：QQuuQ、 =uQ=pQ+和pQ+fQf分別為樁基的單樁極限承載能力、樁端承載能力和樁側摩阻力；

孔壓靜力觸探評估樁基承載能力的應用，有許多學者對其進行了研究，并給出了評估樁基承載能力的方法。

蔡國軍[5]等通過考慮孔壓效應以修正圓錐探頭錐尖阻力來對樁基承載能力進行預測，通過在多種土體條件下的孔壓靜力觸探試驗來反推樁端阻力系數。

其中：qp為樁基單位面積樁端阻力；qe為孔壓靜力觸探圓錐探頭錐尖阻力修正值；Cq為樁基單位面積樁端阻力相關系數，Cq可通過下式推算[6][7]

其中：Nc為孔壓靜力觸探承載力系數；Nke為孔壓靜力觸探經驗圓錐系數；

其中：qc為孔壓靜力觸探圓錐探頭錐尖阻力；Su為樁基端部位置不排水條件下的十字板抗剪強度。

且可以通過上式反推Cq為[8][9]

Cq、Nc反算結果如表1。

Cq、Nc反算值 表1

Almeida[10]等通過在多個黏土地層下的孔壓靜力觸探試驗和樁基載荷試驗進行對比，提出了以圓錐探頭錐尖阻力凈值來推算樁側摩阻力和樁端阻力的方法。

其中：qnet=qt-σv0為圓錐探頭錐尖阻力凈值；qt為圓錐探頭錐尖阻力修正值；σv0為土層總應力；。

通過對圓錐探頭側壁摩擦阻力和超孔壓可以推算樁基單位樁側摩阻力，當土層為黏土和粉質黏土時，打入式的預制靜壓管樁和靜壓法預應力高強度混凝土管樁，超孔壓和單位樁側摩阻力與圓錐探頭側壁摩擦阻力之比的相關性如圖1。土性會影響圖中拐點的位置，黏土的孔壓比砂土略高。超孔壓和單位樁側摩阻力與圓錐探頭側壁摩擦阻力之比具有呈線性增長趨勢的相關關系，具體關系如下。

圖1 由圓錐探頭側壁摩擦阻力和超孔壓確定樁基樁側摩阻力

其中：Δu2為超孔壓；fp為樁基樁側摩阻力；fs為圓錐探頭側壁摩擦阻力。

Takesue[11等針對黏土地層，提出樁端阻力可以由圓錐探頭錐尖阻力的有效值直接得到，且可以通過孔壓靜力觸探測試的側摩阻直接估算樁基的單位側摩擦力。

樁基單位面積樁端摩阻力：

樁基單位面積樁側摩阻力：

其中Δu=u2-u0孔壓靜力觸探試驗的超孔隙水壓力。

從研究思路上進行區分，目前基于孔壓靜力觸探評估樁基承載能力的主要方法主要分兩類，第一種是直接由孔壓靜力觸探圓錐探頭錐尖阻力來預測樁基的側摩阻力和樁端阻力；第二種就是用孔壓靜力觸探圓錐探頭側摩阻和錐尖阻力來預測樁基的側摩阻力和樁端阻力。

2 孔壓靜力觸探在樁基工程中的應用

某跨海大橋橋梁工程樁基，工程地質情況復雜，海域情況多變，土層上層為淤泥土，中層為黏性土，樁端持力層為風化巖，樁基直徑為1.2m。

為預測該樁基的承載能力，于該樁基附近2m范圍內進行了孔壓靜力觸探試驗，以孔壓靜力觸探試驗結果作為預測樁基承載能力的數據。本研究參考蔡國軍[5]等、Takesue[11]等的預測方法，結合孔壓靜力觸探試驗的測試數據與樁基的資料對樁基的樁側摩阻力和樁端阻力進行預測分析。

2.1 樁基樁側摩阻力預測評估

結合孔壓靜力觸探數據結果與樁基數據分析超孔壓和單位樁側摩阻力與圓錐探頭側壁摩擦阻力之比的關系，結果如圖2。圖中的超孔壓和單位樁側摩阻力與圓錐探頭側壁摩擦阻力之比的相關性較為良好，具體關系如下：

圖2 超孔壓和單位樁側摩阻力與圓錐探頭側壁摩擦阻力之比的關系

2.2 樁基樁端阻力預測評估

通過圓錐探頭錐尖阻力有效值可以計算樁基樁端阻力[5]

其中：qp為樁基樁端阻力；Cq為單位面積樁端阻力系數；qe為圓錐探頭錐尖阻力有效值。

且在該地層中，樁基的樁端阻力和孔壓靜力觸探的圓錐探頭錐尖阻力具有一一對應的關系，因此樁基的單位面積樁端阻力系數可以通過位于樁尖位置處的圓錐探頭錐尖阻力進行推算，具體計算公式為

其中：Qp為樁基樁端阻力；Aq為樁基樁端位置截面積。

通過上式和該樁基工程的樁基數據，可以對樁基的單位面積樁端阻力系數進反算，結果如表2。

樁基單位面積樁端阻力系數反算結果 表2

由上表結果可知，該樁基工程樁基單位面積樁端阻力系數為0.075～0.082。

3 結論

本文基于一個實際工程中的樁基孔壓靜力觸探數據，對樁基承載能力進行了評估預測，并對比了孔壓靜力觸探圓錐探頭的側摩阻力修正值和錐尖阻力修正值與現場樁基的單位面積樁側摩阻力和單位面積樁端阻力，得到了初步估算該工程樁基承載能力的經驗公式參數，并得出以下結論。

①由于孔壓靜力觸探的試驗機理更加適合對樁基的成樁過程進行模擬，且操作規程幾乎不受人為因素影響，孔壓靜力觸探相比其他不同的原位測試而言，試驗測試數據結果更加穩定，基于孔壓靜力觸探預測的樁基承載能力也比其他方法預測的結果更加可靠；

②本文在前人的研究基礎上，針對試驗區內的某樁基工程進行了孔壓靜力觸探試驗，與樁基工程的樁基數據相結合，提出了適用于該工程的基于孔壓靜力觸探數據的樁基承載能力預測，為該樁基工程的優化提供了一種不同的參考數據，有助于平衡該工程的經濟性和可靠性；

③由于試驗數據數量的限制，對于該樁基工程的孔壓靜力觸探數據的樁基承載能力的評估，本文僅提出了一個初步計算模型，還需要進一步完善與驗證。