關(guān)于利用靜力觸探法計(jì)算樁基承載力以優(yōu)化樁基方案的探討

曾 龍 （上海長凱巖土工程有限公司，上海 200093）

0 前言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的過程中，建筑行業(yè)也獲得了長足的發(fā)展，而且建筑工程技術(shù)也隨著科技的發(fā)展得到了很大提高。巖土工程是建筑工程中很常見的一種工程，而樁基工程作為巖土工程的一部分，也發(fā)揮著極其重要的作用，因此對(duì)巖土工程中樁基工程的設(shè)計(jì)與施工方法進(jìn)行探究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。樁基工程技術(shù)的靈活、合理運(yùn)用，可以在確保建筑工程的安全、質(zhì)量前提下，有效地減少建筑工程的造價(jià)和工期；但是由于樁基工程技術(shù)的專業(yè)性比較強(qiáng)，所以建筑工程項(xiàng)目的開展對(duì)樁基設(shè)計(jì)和施工人員的專業(yè)知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)要求較高。目前樁基工程設(shè)計(jì)人員一般根據(jù)勘察報(bào)告提供的樁側(cè)和樁端參數(shù)估算單樁承載力，并根據(jù)勘察報(bào)告推薦的持力層選擇樁端持力層；大多情況下，勘察單位根據(jù)區(qū)域經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范提供的樁基參數(shù)過于保守，從而導(dǎo)致樁基的單樁承載力估算值不太合理，進(jìn)而導(dǎo)致樁基方案偏浪費(fèi)、欠妥當(dāng)。鑒于此，本文結(jié)合工程實(shí)踐，關(guān)于雙橋靜力觸探法估算單樁承載力和合理的樁基方案如何影響施工難度和工程造價(jià)等問題提出一點(diǎn)心得體會(huì)。

1 案例介紹

1.1 工程概況

某項(xiàng)目用地面積約49000m2，總建筑面積約190000m2，其中地上總建筑面積145000m2，地下總建筑面積45000m2；擬建建筑物由多幢高層住宅（25F～27F）、1 幢配套用房及門衛(wèi)（1F，H=3.7m）組成；場地設(shè)置一層地下室，最大開挖深度約5.00m。擬建各建筑物情況見表1。本場地室內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高4.60m（1985 國家高程基準(zhǔn)，下同）；室外設(shè)計(jì)標(biāo)高4.40m；高層建筑整體傾斜≤0.0025，基礎(chǔ)平均沉降量≤200mm。

擬建各建筑物單體情況表 表1

1.2 場地地層特點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)資料，本場地樁基壓縮層范圍內(nèi)巖土層可劃分為9 個(gè)工程地質(zhì)層，細(xì)分為19 個(gè)工程地質(zhì)亞層，現(xiàn)將地基各巖土層的特征自上而下分述如下：

①1 雜填土，松散，為新近堆填，土質(zhì)不均勻；其成分主要為建筑垃圾及部分生活垃圾，其余為黏性土填充；①2 素填土，稍濕，松散，主要由黏性土和粉土組成，含植物根莖；①3 塘泥，流塑，有腐臭味，含大量有機(jī)物及植物根莖。

②粉質(zhì)黏土，軟可塑狀。③1 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑；③2 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑；③3 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土，流塑。④1 粉質(zhì)黏土，硬可塑；④2 粉質(zhì)黏土夾粉土，軟可塑；④3 粉質(zhì)黏土，軟可塑，局部硬可塑。⑤1-1 粉砂，中密，飽和；⑤1-2 粉質(zhì)黏土夾粉土，軟可塑；⑤2 粉質(zhì)黏土，軟可塑。⑥1 粉質(zhì)黏土，軟可塑；⑥2 粉質(zhì)黏土夾粉土，軟可塑；⑥3 粉質(zhì)黏土，軟可塑。⑦1 粉質(zhì)黏土夾粉土，軟可塑；⑦2 粉質(zhì)黏土，可塑，局部硬可塑。⑧1 粉砂，中密，密實(shí)未揭穿，已揭露最大厚度8.00m。

從圖1 可知，本工程地層分布整體上較穩(wěn)定，僅少部分地層稍有起伏或缺失；深度范圍為32～40m，區(qū)域分布有工程性質(zhì)較好的粉砂層，且該層粉砂層下臥的軟弱層土性也較適中。

圖1 工程地質(zhì)典型剖面圖

2 樁基持力層的確定

2.1 各樁基持力層分析

本工程上部建筑荷載較大，單樁承載力要求較高。根據(jù)圖1 工程地質(zhì)典型剖面圖中地層分布情況以及各土層土性特點(diǎn)，可知④1 粉質(zhì)黏土以上地層以軟弱粘性土為主，且該深度范圍地層埋深較淺，承載力較小，不適合作為本工程樁基持力層。

④1 粉質(zhì)黏土，該層土為硬可塑狀態(tài)，qc 取 值 為3.51MPa，fs 取 值 為91.3kPa，但其分布不穩(wěn)定，且厚度較小，不適合作為樁基持力層。

④2 粉質(zhì)黏土夾粉土，該層土為軟可塑狀態(tài)，qc 取值為4.72MPa，fs 取值為115.1kPa，分布較穩(wěn)定，層頂埋深較淺，約22m，但其承載力一般，可考慮作為配套用房或純地下車庫的單樁持力層。

④3 層粉質(zhì)黏土，該層土軟可塑狀態(tài)，qc 取 值 為3.62MPa，fs 取 值 為117kPa，分布較穩(wěn)定，層頂埋深約28m，但其厚度較薄，一般可作為地庫抗拔樁的置入層。

⑤1-1粉砂，該層土中密狀態(tài)，qc取值為8.95MPa，fs 取值為152.9kPa，分布較穩(wěn)定，層頂埋深約32m，其厚度為7m～10m，該層土工程性質(zhì)較好，適合作為高層住宅的樁基持力層。其下部為相對(duì)本層較軟的下臥層，但該下臥層對(duì)應(yīng)本工程的上部荷載相對(duì)較好，其壓縮量一般可滿足相關(guān)規(guī)范要求。

⑤1-2 粉質(zhì)粘土夾粉土，該層土為軟可塑狀態(tài)，qc 取值為3.20MPa，fs 取值為102.20kPa，分布較穩(wěn)定，層頂埋深約40m，但其厚度為4m～5m，該層土工程性質(zhì)一般，不適合作為高層住宅的樁基持力層。

⑥1 粉質(zhì)粘土，該層土為軟可塑狀態(tài)，qc 取 值 為2.93MPa，fs 取 值 為80.80kPa，分布較穩(wěn)定，層頂埋深約43m，但其厚度較薄，該層土工程性質(zhì)一般，不適合作為高層住宅的比選樁基持力層。

⑥2 粉質(zhì)粘土夾粉土，該層土為軟可塑狀態(tài)，qc 取值為3.25MPa，fs 取值為102kPa，分布較穩(wěn)定，層頂埋深約45m，其厚度為5m～6m，該層土工程性質(zhì)一般，但其埋深較深，可考慮作為高層住宅的比選樁基持力層。但是在沉樁過程中，需要穿過中密狀態(tài)的⑤1-1 粉砂，施工難度和安全隱患較大，施工前需要試沉樁，以便確定合理的壓樁配重和其他壓樁參數(shù)。

2.2 單樁承載力估算方法

豎向承壓樁單樁承載力的確定一般采用的方法有三種，分別為現(xiàn)場試驗(yàn)法、靜力觸探法以及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法。經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法是勘察單位根據(jù)長期的工程經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合當(dāng)?shù)匾?guī)范確定的樁側(cè)和樁端阻力系數(shù)而估算出單樁承載力的一種計(jì)算方法，該方法計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性與勘察單位的經(jīng)驗(yàn)水平有很大關(guān)系。一般情況下，為確保安全性，勘察單位提供的樁側(cè)和樁端阻力系數(shù)過于保守，使得采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法計(jì)算的單樁承載力偏低[1]，從而給工程帶來了很多不必要的浪費(fèi)。

鑒于經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法估算單樁承載力過于保守，本工程采用雙橋靜力觸探法對(duì)單樁承載力進(jìn)行估算；靜力觸探法是一種采用原位測試模擬出單樁受力時(shí)樁側(cè)和樁端各土層參數(shù)的方法，該方法由于對(duì)土體的擾動(dòng)小，相比于經(jīng)驗(yàn)法能夠較好地得出土層的樁側(cè)和樁端參數(shù)。其計(jì)算公式[2]為：

現(xiàn)場試驗(yàn)法主要是指靜載荷載試驗(yàn)，該方法是通過原位測試的方法直接得出單樁承載力，該承載力可以作為設(shè)計(jì)單位樁基設(shè)計(jì)的直接依據(jù)。也可以用于驗(yàn)證采用靜力觸探參數(shù)估算單樁承載力的合理性。

2.3 不同持力層單樁承載力驗(yàn)算

本工程柱下荷載為 9000～10000kN，若考慮每根柱下樁數(shù)為5 根，則所需的單樁承載力設(shè)計(jì)值為1800～2000kN；若考慮每根柱下樁數(shù)為4 根，則所需的單樁承載力設(shè)計(jì)值為2250～2500kN。

考慮到大部分地層不適合作為本工程樁基持力層，因此僅針對(duì)⑤1-1 粉砂層和⑥2 粉質(zhì)粘土夾粉土層進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。本工程周邊環(huán)境簡單，對(duì)樁基的擠土效應(yīng)要求不高，因此選取預(yù)制樁作為本工程樁型。對(duì)比計(jì)算詳見表2。

不同持力層單樁承載力對(duì)比計(jì)算 表2

從表2 可知，若采用5 根樁的方案，則所需單樁承載力為1800～2000kN，該承載力與⑤1-1 粉砂作為單樁持力層匹配，此方案中每柱下面對(duì)應(yīng)樁基總長度為31×5 等于155m；若采用4 根樁的方案，則所需單樁承載力為2250～2500kN，該承載力與⑥2 粉質(zhì)粘土夾粉土作為單樁持力層匹配，此方案中每柱下面對(duì)應(yīng)樁基總長度為44×4 等于176m。

綜上所述，本工程首選⑤1-1 粉砂作為樁基持力層，若選用⑥2 粉質(zhì)粘土夾粉土層，其單樁承載力相對(duì)⑤1-1 粉砂作為樁基持力層有一定提高，但考慮到穿過7m～10m 厚粉砂層的沉樁難易程度和經(jīng)濟(jì)成本，⑥2 粉質(zhì)粘土夾粉土層作為樁基持力層性價(jià)比較低。

2.4 計(jì)算值與實(shí)測值對(duì)比

本工程在樁基施工過程中針對(duì)不同的持力層分別選取了3 根樁做了靜載荷試驗(yàn)以驗(yàn)證采用雙橋靜力觸探試驗(yàn)參數(shù)估算的單樁承載力的合理性。估算值與靜載荷試驗(yàn)值對(duì)比如表3所示。

靜力觸探法估算單樁承載力與靜載試驗(yàn)值對(duì)比 表3

從表3 可知，利用靜力觸探法估算單樁承載力與靜載試驗(yàn)實(shí)測值基本一致，且靜載試驗(yàn)實(shí)測值略高于單樁承載力估算值，因此可以判定利用觸探試驗(yàn)參數(shù)估算的單樁承載力是與實(shí)際承載力吻合的，且能確保單樁承載力實(shí)際值不低于靜力觸探法估算值。故采用雙橋靜力觸探法估算本工程單樁承載力具有合理性，并利用該承載力選取樁基持力層和樁型的計(jì)算方法是可行的。

3 結(jié)語

本文采用靜力觸探法對(duì)某工程的單樁承載力進(jìn)行了估算，并通過現(xiàn)場靜載試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，從而確定采用靜力觸探法估算單樁承載力是合理、有效、實(shí)用的。

本文根據(jù)不同樁型選取不同持力層計(jì)算了單樁的承載力，并將不同承載力與上部荷載進(jìn)行匹配，表明合理的樁型和持力層對(duì)單樁承載力影響較大，同時(shí)對(duì)工程施工難度及造價(jià)影響很大。