根據(jù)試樁成果反分析灌注樁的設(shè)計參數(shù)

賀詩選，張 嬌，李 強(qiáng)

(北京愛地地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，北京 100144)

根據(jù)試樁成果反分析灌注樁的設(shè)計參數(shù)

賀詩選，張 嬌，李 強(qiáng)

(北京愛地地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司，北京 100144)

利用鉆孔灌注樁試樁報告中的靜載荷試驗原始數(shù)據(jù)和地層資料，結(jié)合規(guī)范，利用反分析的方法確定各地層的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk和極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik?？蓪⒃嚇冻晒茝V應(yīng)用到場地附近任意樁長和樁徑的樁型設(shè)計中。

鉆孔灌注樁;試樁;設(shè)計參數(shù);反分析

0 引言

通常試樁工程最終提交的報告為某一種或者某幾種特定樁長樁徑樁型的承載力，正式工程中很可能根據(jù)建筑物和地層的特點，采用與試樁時不一樣樁長和樁徑，如此就不能直接套用試樁成果數(shù)據(jù)。這就存在一個如何將試樁成果推廣應(yīng)用到任意樁長樁徑樁型的問題。如果能通過試樁確定各個地層的樁基設(shè)計參數(shù)qsik和qpk，則能很好地解決這一問題。筆者通過工程實例在這方面做了分析研究。

1 工程概述

首鋼京唐鋼鐵廠在曹妃甸地區(qū)的鉆孔灌注樁進(jìn)行了大型的壓樁試驗，分4個試驗區(qū)進(jìn)行。試驗樁設(shè)計承載力特征值35 m800 mm樁為1700 kN，45 m800 mm樁為2500 kN，35 m1000 mm樁為2100 kN，45 m1000 mm樁為3200 kN，45 m1200 mm樁為4100 kN。

共完成泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁靜載試驗51組，試驗終止條件和單樁豎向抗壓極限承載力的確定均按《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ 106－2003)執(zhí)行，靜載試驗成果匯總?cè)绫?。

表1 靜載試驗成果匯總表

2 場地工程及水文地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

廠區(qū)地貌上屬于濱海淺灘。曹妃甸一帶為灤河三角洲平原海岸，具有雙重岸線特征，其中內(nèi)側(cè)大陸岸線為沿灤河古三角洲前沿發(fā)育的沖積海積平原。吹填后地面標(biāo)高3～3.5 m。

2.2 地層巖性特征

根據(jù)勘察報告，在深度80 m范圍內(nèi)，地基土主要由第四系全新世海相沉積和第四系上更新世海陸交互沉積的粘性土、粉土和砂類土所組成，其地層巖性如表2所示。

表2 場地地層物理力學(xué)指標(biāo)

2.3 地層巖性特征

根據(jù)勘察報告，各試驗分區(qū)的地層分布如表3所示。

表3 各試驗區(qū)地層厚度及深度匯總表

3 試驗成果數(shù)據(jù)的選取

為了便于計算，有代表性地從表1中成對地選取樁長相同但樁徑不同的8對16根樁的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，4個試驗區(qū)每個區(qū)各選了2對，一對長樁一對短樁。選取的樁參數(shù)如表4。

表4 選取的16根樁參數(shù)

4 計算公式及分析方法

灌注樁的豎向抗壓承載力公式為:［1］

式中:Qsk、Qpk——分別為單樁總極限側(cè)阻力和總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;u——樁身周長;li——樁穿越第i層土的厚度;Ap——樁端面積;qsik——樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;qpk——樁徑為800 mm的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;ψsi、ψp——大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)，如表5。

表5 大直徑灌注樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)ψsi、ψp

為了分析的方便，引入2個物理量qsk和qsxk:令qsk=(∑qsikli)/l，即樁的全長平均極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;令qsxk=(∑ψsiqsikli)/l，即考慮尺寸效應(yīng)系數(shù)的全樁長平均極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值。所以公式(1)也可以表示為:

承載力極限值Quk、樁長l、樁周長u、樁截面積Ap為已知條件，ψp可通過規(guī)范中的公式計算得到，這樣公式(2)中有2個未知數(shù)qsxk和qpk。

理論上是可以建立二元一次方程組求解的，但是必須要認(rèn)識到試樁得出的數(shù)據(jù)并不是達(dá)到破壞的極限值，且因為每根樁都是分10級加荷載的，所以真正的極限值很難測得，用方程組求解出來的qsxk和qpk值不可能精確。

因為首鋼曹妃甸廠區(qū)的灌注樁均為長度超過30 m的長樁，側(cè)阻力在總承載力中占絕對優(yōu)勢，qsk對結(jié)果的影響大于85%。所以不妨先根據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗確認(rèn)影響較小的端阻力qpk的值，代入公式(2)中，即可求出比較合理的qsxk。

5 端阻力的確定

依據(jù)規(guī)范，根據(jù)經(jīng)驗和本次試驗的抗壓承載力測試值，先確定本次試驗區(qū)各地層的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，如表6。

表6 估算的各地層的端阻力qpk

6反算全長平均側(cè)阻力

將ψp及表6中的qpk和表4中的樁長和樁徑代入公式(2)，求得16根試驗樁的考慮尺寸效應(yīng)的全長平均極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsxk值，如表7。

表7 考慮尺寸效應(yīng)的全長平均極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsxk值

求出qsk的條件是必須要有各地層的qsik?？紤]到1－ψsi的值當(dāng)樁徑為800 mm時為0，樁徑1000 mm是砂層為0.072，土層為0.044，數(shù)值比較小，即使qsik值存在一定的誤差，最終對qsk的影響也非常有限。所以根據(jù)規(guī)范假定一組qsik值，如表8所示，將其與表7中的qsxk值代入公式(3)中，可以求得比較準(zhǔn)確的qsk。將同一個試驗區(qū)相同樁長的qsk值求取平均數(shù)，計算結(jié)果見表9。

7 反算各地層的側(cè)阻力

7.1 采用試算的方法

樁的全長平均極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值公式:

由于絕大部分的樁長都大于30 m，穿過5個土層，所以有5個未知數(shù)qsik，最多的是穿過8個土層。因此無法用解方程的方法確定各層qsik。

表8 為了求qsk而假定的qsik值

表9 各試驗區(qū)qsk試樁值

這里采用試算的方法，參考規(guī)范的推薦值，擬定一組比較合理的qsik，代入公式(3)，看試算得出的qsk值與表9的qsk的吻合情況。然后以第一組qsik值為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整得到多組qsik值，均代入公式(4)，試算得出的qsk值與表9的qsk的吻合情況最好的一組即為最符合要求的一組。

7.2 試算的qsik值

以《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94－2008)為主要參考依據(jù)，先取一組qsik值，如表10第1組，代入公式(3)，試算結(jié)果見表11第1組，從試算結(jié)果可以看出，這組qsik數(shù)據(jù)比較保守，所以qsk的試算值均比試樁值要小。

以這組數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整，又試算了4組qsik值，如表10，試算結(jié)果見表11。

第1組和第4組的試算結(jié)果與表9的數(shù)據(jù)相差較大，第2、3、5組則較接近，綜合考慮規(guī)范建議值，取第2組試算值作為這次逆向分析的成果參數(shù)。

表10 試算的5組qsik值

表11 各試驗區(qū)qsk試樁法及參數(shù)試算法確定的qsk值

8 結(jié)論

(1)本次灌注樁試驗區(qū)地層的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk和極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik如表12所示。

表12 灌注樁試樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk和極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik

(2)根據(jù)表12的參數(shù)對本次試驗的樁型進(jìn)行計算，樁長超過30 m時，樁端阻力在承載力中的比例不超過14%，影響承載力的主要因素是樁側(cè)摩擦阻力。在⑦層砂缺失或不穩(wěn)定的情況下，灌注樁的樁端持力層可以選擇⑥層土和⑦層的土層。

(3)以表12中的參數(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)土工試驗和原位測試數(shù)據(jù)，可以比較準(zhǔn)確地估計曹妃甸地區(qū)其它地層的灌注樁設(shè)計參數(shù)。

(4)本文反算的參數(shù)對后期的正式工程中的樁基設(shè)計能起到較好的參考作用，使試樁成果得出的不僅僅是某一個特定樁型的承載力，根據(jù)表12，可將試樁成果推廣應(yīng)用到任意樁長樁徑的灌注樁設(shè)計。

［1］JGJ 94－2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 106－2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB 50021－2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［4］常士驃，張?zhí)K明.工程地質(zhì)手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［5］雷曉艷.工程反分析問題及應(yīng)用［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報，1996.9(3):1－8.

［6］張?zhí)K明.工程地質(zhì)手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

Inverse Analysis on Design Parameters of Bored Grouting Pile According to the Pile Testing Results

HE Shi-xuan， ZHANG Jiao，LI Qiang(Beijing Aidi Geotechnical Investigation＆Foundation Engineering Company，Beijing 100144，China)

Based on the original data of bored pile static loading test and stratigraphic data，combined with the related specifications and using the inverse analysis method，the ultimate end resistance standard value qsik and ultimate lateral resistance standard value qpk of each stratum were determined.Pile testing results can be applied to the pile design in any length and any diameter near the construction site.

bored grouting pile;pile testing;design parameter;inverse analysis

TU473.1+2

A

1672－7428(2012)08－0061－04

2012－02－14;

2012－06－21

賀詩選(1978－)，男(漢族)，江西萍鄉(xiāng)人，北京愛地地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司工程四處主任、工程師、國家注冊巖土工程師、國家一級建造師，巖土工程專業(yè)，碩士，從事巖土工程勘察設(shè)計、施工工作，北京市石景山區(qū)晉元莊路23號，80100148@qq.com。