南通地區(qū)靜力觸探法估算單樁極限承載力

■李守明 王猛 沙小兵

（中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司湖北武漢430000）

南通地區(qū)靜力觸探法估算單樁極限承載力

■李守明 王猛 沙小兵

（中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司湖北武漢430000）

以南通工程勘察項(xiàng)目為背景，通過(guò)區(qū)域地質(zhì)資料搜集整理、文獻(xiàn)研究、靜力觸探試驗(yàn)、基樁自平衡測(cè)試、回歸分析等多種方法對(duì)南通地區(qū)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)樁側(cè)摩阻力及單樁承載力進(jìn)行了分析研究，提出了利用靜力觸探成果推求單樁極限側(cè)摩阻力的公式，在此基礎(chǔ)上修正了規(guī)范中由靜力觸探法估算單樁承載力的公式，并將工程實(shí)例的計(jì)算結(jié)果與試樁成果對(duì)比分析。結(jié)論是：本文方法能較好地評(píng)價(jià)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)極限樁側(cè)摩阻力和單樁極限承載力，克服了規(guī)范法估算單樁承載力不能考慮探頭端阻力的缺點(diǎn)，本文方法估算的鉆孔灌注樁極限承載力與試樁成果差別不大，且偏于安全，可作為今后南通地區(qū)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)勘察設(shè)計(jì)的參考。

地質(zhì)工程 單樁極限承載力 靜力觸探 土層極限側(cè)摩阻力 鉆孔灌注樁

1 引言

近年來(lái)，南通市政建設(shè)高速發(fā)展，相繼完成了長(zhǎng)江路、通啟路、東快速路、江海大道、通滬大道、通寧大道等多條高架快速路。在這些城市高架橋的巖土工程勘察中，大量使用了的深孔靜力觸探（一般占勘探孔數(shù)的1/2～2/3，孔深70～100m）。如能很好利用這些原位數(shù)據(jù)，將可更好的指導(dǎo)橋梁樁基的設(shè)計(jì)與施工。本文就如何利用靜力觸探估算南通地區(qū)鉆孔灌注樁極限承載力的問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析和探討。

2 南通地層特點(diǎn)

南通地處長(zhǎng)江下游三角洲沖積平原，區(qū)內(nèi)地勢(shì)地平，高程一般2～6m。松散層覆蓋大部分超過(guò)100m（300～400m），基巖僅狼山一帶出露。

南通地區(qū)全新世地層底界一般約為40～50米，在第二軟土層（一般為灰黑色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土）之下，主要原因是本區(qū)位于古長(zhǎng)江的下切河谷內(nèi)。更新世地層一般埋深300～350米左右。

工程影響范圍的地層多在100m以淺。一般淺部25m以內(nèi)以稍密～中密粉土、粉砂為主，25～30m為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，其下為粉質(zhì)黏土、粉土粉砂互層的軟土，底板埋深一般在50m左右，50～70m以下為密實(shí)狀粉砂、粉細(xì)砂，70以下為密實(shí)狀粉細(xì)砂、中粗砂。

3 靜力觸探在南通地區(qū)勘察的適宜性及優(yōu)勢(shì)

據(jù)前述南通地層特點(diǎn)可知，靜力觸探的原位測(cè)試方法在南通地區(qū)是適用的，并具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）連續(xù)貫入，提供連續(xù)的地層信息，南通地區(qū)覆蓋層粉砂夾粉土為主，采取率不高，夾層較多，多互層狀，采用靜力觸探可以更準(zhǔn)確反映地層性質(zhì)，更準(zhǔn)確劃分土層。見(jiàn)圖1典型靜力觸探試驗(yàn)曲線。

（2）直接提供端阻力、側(cè)阻力參數(shù)，可以彌補(bǔ)粉土、砂土，層狀土原狀樣采取較難，質(zhì)量不易控制的缺點(diǎn)?？勺鰹閷訝钔廖锢砹W(xué)性質(zhì)指標(biāo)離散性大的一個(gè)補(bǔ)充。

（3）南通主城區(qū)上部較少軟土，25～30m以上主要為稍密～中密粉砂夾粉土，30～50m為粉土、軟、流粉質(zhì)黏土夾粉土、粉砂，以下為密實(shí)狀粉細(xì)砂到中粗砂，可以保證在不下保護(hù)套管的情況下順利貫入到70～80m深，并能保證探桿垂直度，滿足高架橋樁基設(shè)計(jì)要求。

（4）對(duì)層狀土可以提供一個(gè)綜合的土層參數(shù)，更接近真實(shí)土層性質(zhì)，安全經(jīng)濟(jì)的為橋梁樁基設(shè)計(jì)服務(wù)。

圖1 典型靜力觸探試驗(yàn)曲線

4 利用靜力觸探成果估算單樁極限承載力

建筑樁基技術(shù)規(guī)范、鐵路、公路等規(guī)范都給出了利用靜探成果估算單樁承載力的經(jīng)驗(yàn)公式，大多是針對(duì)壓入、打入預(yù)制樁的，南通地區(qū)高架橋梁均采用鉆孔灌注樁，根據(jù)鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程，鉆孔灌注樁單樁極限承載力Qu（kN）的計(jì)算公式為

式中：U—樁身周長(zhǎng)，m；hi—樁身穿過(guò)的第i層土厚度，m；Ac—樁底（不包括樁靴）全斷面面積，m2；fi—第i層土的側(cè)阻平均值，kPa；qcp—樁底端阻計(jì)算值，kPa；α—樁尖土的極限承載力綜合修正系α=130.53（qcp）-0.76；βi—第i層土的極限摩阻力綜合修正系數(shù)，βi=18.24（fsi）-0.75。

據(jù)經(jīng)驗(yàn)，直接利用上述經(jīng)驗(yàn)公式估算出的南通地區(qū)單樁極限承載力與試樁結(jié)果偏差較大，究其原因是因?yàn)樵撘?guī)范對(duì)土層極限側(cè)摩阻的計(jì)算沒(méi)有考慮端阻的影響，為能更準(zhǔn)確的估算單樁極限承載力及土層極限側(cè)摩阻力，考慮對(duì)式(1)的中側(cè)摩阻項(xiàng)進(jìn)行修正，提出了如下修正模型，以考慮靜探端阻力qc的影響：

亦即

進(jìn)而，鉆孔灌注樁單樁極限承載力（kN）可表示如下：

式中：βifsi—由靜力觸探指標(biāo)綜合確定的鉆孔灌注樁土層極限樁側(cè)摩阻力，kPa；qc—雙橋靜力觸探探頭平均端阻力，MPa；fsi—雙橋靜力觸探探頭平均側(cè)阻力，kPa；a—雙橋靜力觸探端阻影響系數(shù)；b—雙橋靜力觸探側(cè)阻影響系數(shù)；c—雙橋靜力觸探側(cè)阻弱化指數(shù)；

為求出式(2a)模型參數(shù)，可采用回歸分析法進(jìn)行求解。式(2a)等號(hào)左側(cè)取試樁試驗(yàn)確定的土層極限側(cè)摩阻力，等號(hào)右側(cè)的qc、fsi分別取試樁附近相應(yīng)土層靜力觸探探頭平均端阻力和平均側(cè)阻力。用于回歸分析的數(shù)據(jù)點(diǎn)如圖2(a)所示，對(duì)式(2a)模型參數(shù)進(jìn)行回歸分析，求得式中參數(shù)a=1.489，b=9.395，c=0.323。需要注意的是回歸分析時(shí)端阻力的單位要用MPa，側(cè)阻力用kPa。

由圖2(b)可見(jiàn)，式(2a)模型揭示的鉆孔灌注樁土層極限側(cè)摩阻力與靜力觸探探頭端阻和側(cè)阻力之間的關(guān)系具有如下特點(diǎn)：

（1）土層極限側(cè)摩阻力既與靜力觸探探頭側(cè)阻力有關(guān)，也受端阻的影響。

（2）端阻對(duì)土層極限側(cè)摩阻力的影響程度更大；

（3）端阻較小時(shí)，土層極限側(cè)摩阻力對(duì)靜探側(cè)阻力較敏感，反之不敏感。即砂土密實(shí)程度高，靜探端阻對(duì)土層極限側(cè)阻的影響更大。

表1 鉆孔灌注樁單樁承載力估算

圖2 鉆孔灌注樁土層極限側(cè)摩阻力與靜力觸探成果關(guān)系

5 工程實(shí)例

為檢驗(yàn)修正系數(shù)，根據(jù)式(3)，對(duì)部分工程的鉆孔灌注樁進(jìn)行單樁承載力估算，并與試樁結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1。

由表1可見(jiàn)，本文方法估算出的單樁承載力一般較試樁試驗(yàn)獲得的單樁極限承載力要小，即偏于安全，但偏差不大，通常小于6%，可以為鉆孔灌注樁的設(shè)計(jì)施工提供有力參考，且式(2a)為由靜力觸探成果評(píng)價(jià)土層極限側(cè)摩阻力提供了有效途徑。

6 結(jié)論及建議

（1）模型樣本主要為稍密～密實(shí)狀粉細(xì)砂、粉土夾粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等80m以淺地層，表層種植土及深層粗礫砂及硬塑黏性土的樣本較少，差異較大。

（2）式(2a)建立了靜力觸探成果與土層極限側(cè)摩阻力之間的橋梁，且考慮了端阻力的影響，可以用于南通地區(qū)土層極限側(cè)摩阻力的評(píng)價(jià)。

（3）式(3)對(duì)規(guī)范方法進(jìn)行了修正，可用于對(duì)南通地區(qū)鉆孔灌注樁單樁極限承載力的估算。

[1]《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》 （TB10018-2003）工程地質(zhì)手冊(cè)

[2]《江蘇1：50000南通市、南通縣、小海鎮(zhèn)、海門市幅區(qū)調(diào)》項(xiàng)目野外工作總結(jié)

[3]滬通長(zhǎng)江大橋、東快速路高架等項(xiàng)目的勘察報(bào)告和樁基檢測(cè)報(bào)告

P624[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-266-2