開封市靜壓PHC管樁豎向承載力確定方法初探

張寶戌

【摘要】本文依據(jù)開封市鼎立國(guó)際城C地塊項(xiàng)目樁基礎(chǔ)方案勘察、設(shè)計(jì)、施工及檢測(cè)的資料為依托，對(duì)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的幾種確定方法進(jìn)行了對(duì)比分析。利用基樁靜載試驗(yàn)測(cè)試成果，對(duì)置于密實(shí)砂層上的管樁豎向極限承載力的大小、樁側(cè)摩阻力和樁端阻力對(duì)極限承載力的影響進(jìn)行了分析，為開封市PHC管樁豎向承載力的確定以及各參建單位應(yīng)用靜壓PHC管樁提供了可借鑒的依據(jù)和參考。

【關(guān)鍵詞】PHC管樁 單樁豎向極限承載力 確定方法 對(duì)比分析靜壓施工 靜載試驗(yàn)

一、引言

高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC管樁）靜壓施工具有單樁豎向承載力高、質(zhì)量較可靠、對(duì)周邊環(huán)境影響小、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，因其對(duì)開封市中軟土地層適用性較好，自2002年以來在開封市建設(shè)工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，提供了上部荷載較大時(shí)有效解決問題的深基礎(chǔ)形式。

PHC管樁豎向承載力的確定是樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的要素之一，目前建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑樁基技術(shù)規(guī)范、高層建筑巖土工程勘察規(guī)程均提供了相應(yīng)的計(jì)算方法，但是通過靜載試驗(yàn)及樁身內(nèi)力測(cè)試成果，根據(jù)相關(guān)規(guī)范得到的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值與樁身實(shí)際受力狀態(tài)不完全一致。

開封市PHC管樁樁端持力層位于密實(shí)砂層上，在收集了大量靜載試驗(yàn)檢測(cè)資料的基礎(chǔ)上，通過10根PHC管樁靜載極限承載力試驗(yàn)并參考其他工程樁身內(nèi)力測(cè)試及研究，對(duì)比分析了相關(guān)規(guī)范計(jì)算得到的單樁豎向極限承載力的大小、樁側(cè)摩阻力和樁端阻力對(duì)極限承載力的貢獻(xiàn)程度，為勘察、設(shè)計(jì)和施工單位提供了參考。

二、工程地基勘察資料

根據(jù)開封市鼎立國(guó)際城C地塊（1～33#樓）巖土工程勘察報(bào)告，本工程場(chǎng)地屬黃河沖積平原，地貌形態(tài)為單一的平原地貌?？碧缴疃葍?nèi)（50米）揭露的地層均屬第四系全新統(tǒng)（Q4）。地質(zhì)成因?yàn)辄S河沖積，土的類型以粉土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂為主。第⑧層細(xì)砂位于自然地面埋深20米以下，該層厚度大于20米，是良好的樁端持力層，因此選用⑧層為樁端持力層，樁長(zhǎng)21.0米左右，進(jìn)入砂層深度1.0米左右。巖土工程勘察報(bào)告提供的巖土物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見下表：

三、單樁豎向極限承載力的計(jì)算

（一）原位測(cè)試法

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，雙橋靜力觸探資料確定混凝土預(yù)制樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，按下式計(jì)算：

（二）經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，根據(jù)土的物理指標(biāo)和承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，宜按下式估算：

Qvk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

根據(jù)該項(xiàng)目土工試驗(yàn)和原位測(cè)試成果，提出樁基初步設(shè)計(jì)參數(shù)見下表：

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》公式進(jìn)行計(jì)算：

（三）用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果估算單樁豎向極限承載力

根據(jù)《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，根據(jù)土的物理指標(biāo)和承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，宜按下式估算：

Qu=βsu∑qsisli+qpsAp

根據(jù)該項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)實(shí)測(cè)擊數(shù)，提出樁基初步設(shè)計(jì)參數(shù)見下表：

根據(jù)《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》公式進(jìn)行計(jì)算：

（四）單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

本文收集了具有代表性較強(qiáng)的10組單樁靜載試驗(yàn)結(jié)果，樁徑為0.4米，樁長(zhǎng)21.0米，進(jìn)入砂層深度1.0米左右，單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)加載到2500kN時(shí)試驗(yàn)終止，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見下表：

四、管樁承載力計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果分析

工程樁單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)加載到2500kN時(shí)未破壞，原位測(cè)試法得到的極限承載力為2635.19，樁端阻力與極限承載力比值為0.48，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法得到的極限承載力為2013.37，樁端阻力與極限承載力比值為0.31，用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果得到的極限承載力為1930.97，樁端阻力與極限承載力比值為0.57。通過試驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果比較可知，三種計(jì)算方法中僅原位測(cè)試法得到的極限承載力高于試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法和用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果得到的數(shù)值偏低。

靜載試驗(yàn)結(jié)果加載到2500kN時(shí)累計(jì)沉降量為7.35～26.67mm，卸荷至0kN殘余沉降量為2.85～15.50m，數(shù)值離散程度較大。由于樁身壓縮變形量較小，因此，殘余沉降量主要由樁端刺入變形量貢獻(xiàn)。相關(guān)研究表明黏性土層中樁側(cè)摩阻力充分發(fā)揮需要的樁土相對(duì)位移為5～10mm，砂性土層中為10～20mm。本次試驗(yàn)結(jié)果表明大部分樁在黏性土、粉土中側(cè)摩阻力已發(fā)揮，砂層中側(cè)摩阻力未完全發(fā)揮。

單樁豎向極限承載力的取值依賴于樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的共同作用，根據(jù)以上分析應(yīng)充分考慮發(fā)揮樁端阻力的作用，并進(jìn)行破壞性的靜載荷試驗(yàn)同時(shí)測(cè)試樁身內(nèi)力，分析破壞狀態(tài)前的樁側(cè)摩阻力和樁端阻力發(fā)揮程度。由于靜載荷試驗(yàn)與基樁實(shí)際受力狀態(tài)不完全一致，因此單樁豎向極限承載力的最終確定應(yīng)通過上述計(jì)算和分析取值并同時(shí)考慮相應(yīng)建筑物變形允許值的限制。

五、結(jié)論

（1）以密實(shí)砂層作為樁端持力層并進(jìn)入持力層一定深度時(shí)，按規(guī)范方法計(jì)算的承載力與試驗(yàn)測(cè)試值有一定偏差，極限承載力取值過高或過低都會(huì)造成工程結(jié)構(gòu)的不安全或浪費(fèi)。

（2）單樁豎向極限承載力的主控因素主要由勘察、設(shè)計(jì)、施工、天然土的狀態(tài)等組成，施工期間的質(zhì)量控制對(duì)單樁豎向極限承載力影響較大。PHC管樁施工時(shí)應(yīng)以樁長(zhǎng)和終壓力進(jìn)行控制，對(duì)工程樁應(yīng)進(jìn)行復(fù)壓增加終壓力并控制終壓沉降量，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)施工過程和施工后的基樁的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)。

（3）單樁豎向極限承載力由樁側(cè)摩阻力和樁端阻力共同組成，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力的發(fā)揮隨荷載大小和時(shí)間變化，規(guī)范取值不能反映基樁的實(shí)際受力狀態(tài)，單樁豎向極限承載力應(yīng)通過計(jì)算和靜載測(cè)試并考慮建筑物變形允許值進(jìn)行最終確定。