漫滩区预制桩单桩竖向承载力计算方法研究_丁国辉.pdf

2023 年 2 月第 1 期城市勘测Urban Geotechnical Investigation SurveyingFeb2023No1引文格式:丁国辉，秦甜甜 漫滩区预制桩单桩竖向承载力计算方法研究 J 城市勘测，2023(1):191194文章编号:16728262(2023)0119104中图分类号:TU4731+1文献标识码:A漫滩区预制桩单桩竖向承载力计算方法研究丁国辉1*，秦甜甜2*收稿日期:20220713作者简介:丁国辉(1984)，男，硕士，高级工程师，主要从事工程勘察技术管理工作。Email:695836774 qqcom(1.南京市测绘勘察研究院股份有限公司，江苏 南京210000;2.江苏省地质调查研究院，江苏 南京210018)摘要:计算单桩竖向承载力是桩基础设计的重要内容，同时也是勘察报告的重要组成部分。南京长江漫滩区以往多采用经验参数法计算预制桩单桩竖向承载力。结合建筑桩基技术规范和南京地基基础设计规范，将经验参数法与静力触探、标准贯入试验等原位测试法计算的单桩竖向承载力进行对比分析。研究结果表明，由经验参数法计算的预制桩单桩竖向承载力比建筑桩基技术规范和高层建筑规范的原位测试法小。通过与单桩静载试验结果进行对比分析，提出南京长江漫滩区预制桩单桩竖向承载力的计算方法，供设计使用。关键词:预制桩;单桩竖向承载力;经验参数法;原位测试法1引言根据 房屋建筑和市政基础设施工程勘察文件编制深度规定(2020 年版)，要求在勘察报告岩土工程评价一节，对于采用桩基础的建筑物，勘察报告中应提供桩基侧阻力、端阻力等桩基设计参数，并估算桩基础单桩竖向承载力。建筑桩基技术规范(JGJ94 2008)5.3.1 条规定对于设计等级为甲级的建筑桩基础，应通过单桩静载试验确定;对于设计等级为乙级的建筑桩基础，当地质条件简单时，可参照地质条件相同的试桩资料，结合静力触探等原位测试和经验参数综合确定;对于设计等级为丙级的建筑桩基础，可根据原位测试和经验参数确定1。南京长江漫滩区覆盖层以全新世中晚期沉积的软流塑淤泥质粉质黏土、软流塑粉质黏土、软流塑粉质黏土夹稍密粉细砂、稍密中密粉细砂、中密密实粉细砂、中密密实含卵砾石中粗砂层为主。对于荷载要求不大、设计等级不高的建筑物，设计多采用预制桩基础。以往对于预制桩单桩竖向承载力计算，南京地区多以经验参数法估算为主。南京长江漫滩区沉积了厚层软土及土砂交互层，为了提高地层分层精度，勘察往往布置一定数量的静力触探对比孔。另外为满足对饱和砂土、粉土的液化判别，勘察时往往布置一定数量的标准贯入试验孔。勘察报告中推荐的预制桩单桩竖向承载力计算公式及计算结果常常与试桩结果差别较大2。为计算更为准确的预制桩单桩竖向承载力，并贯彻国家和地方相关规范精神，结合具体工程案例对不同规范的经验参数法、原位测试法及静载试验进行了对比分析研究，为南京长江漫滩区预制桩单桩竖向承载力的准确计算提供了一种借鉴方法，并供设计使用。2工程概况本次以南京长江漫滩区某项工程为例。拟建项目位于南京市江北新区，总建筑面积约 10 万平方米，由7 栋(6F 9F)办 公 用 房 组 成，设 计 单 柱 荷 载 为10 000 kN12 000 kN，设计拟采用预制桩基础，桩径500 mm，桩长 315 m，桩顶绝对高程为 439 m，以4 层密实粉细砂为桩端持力层根据场地勘察钻孔 G1(孔口高程 689 m)揭示地层显示，高程 619 m689 m为1 层松散杂填土;499 m619 m为2 层软可塑素填土;439 m499 m为2a层流塑淤泥质填土;279 m439 m为1 层流塑淤泥质粉质黏土、粉质黏土;1121 m279 m为2 层软流塑淤泥质粉质黏土、粉质黏土;1601 m1121 m为3b层稍中密粉细砂层夹薄层淤泥质粉质黏土;2241 m1601 m为3 层中密粉细砂;2411 m2241 m为3a 层软流塑粉质黏土、淤泥质粉质黏土;3311 m2411 m为4 层密实粉细砂。3桩基竖向承载力计算3.1经验参数法(1)根据 建筑桩基技术规范(JGJ942008)由土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，按规范公式 5.3.5 计算预制桩单桩竖向极限承载力标准值，计算公式为:城市勘测2023 年 2 月Quk=Qsk+Qpk=uqsikli+qpkAp(1)式中:qsik桩周第 i 层土的极限侧阻力标准值(kPa);qpk极限端阻力标准值(kPa);li桩周第 i 层土的厚度(m);u桩身周长(m);Ap桩端面积(m2)。本次由土层的液性指数等物理指标查规范表5.3.51 和 5.3.52 确定预制桩极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值如表 1 所示，单桩竖向极限承载力标准值计算结果如表 2 所示。表 1桩基设计参数层号土层名称极限侧阻力标准值 qsik/kPa极限端阻力标准值 qpk/kPa1流塑淤泥质粉质黏土、粉质黏土222软 流塑淤泥质粉质黏土、粉质黏土243b稍 中密粉细砂夹薄层淤泥质粉质黏土363中密粉细砂583a软 流塑粉质黏土、淤泥质粉质黏土304密实粉细砂766 000表 2单桩竖向承载力计算结果桩径d/mm桩长l/m入持力层深度h/m总极限侧阻力Qsk/kN总极限端阻力Qpk/kN单桩竖向极限承载力标准值Quk/kN500315301 8751 1783 053(2)根据南京地区建筑地基基础设计规范(DGJ32/J122005)由本规范 923 条单桩竖向承载力特征值计算公式为:a=qpaAp+upqsiali(2)式中:a单桩竖向承载力特征值(kN);qpa、qsia桩端端阻力、桩周侧阻力特征值(kPa);Ap桩底端横截面面积(m2);up桩身周边长度(m);li第 i 层土的厚度(m)。预制桩桩周侧阻力特征值和桩端端阻力特征值如表 3 所示，单桩竖向极限承载力标准值计算结果如表4 所示。表 3桩基设计参数层号土层名称桩周侧阻力特征值 qsia/kPa桩端端阻力特征值 qpa/kPa1流塑淤泥质粉质黏土、粉质黏土122软 流塑淤泥质粉质黏土、粉质黏土143b稍 中密粉细砂夹薄层淤泥质粉质黏土223中密粉细砂283a软 流塑粉质黏土、淤泥质粉质黏土184密实粉细砂382 600表 4单桩竖向承载力计算结果桩径d/mm桩长l/m入持力层深度h/m单桩竖向承载力特征值a/kN单桩竖向极限承载力标准值Quk/kN500315301 5223 0443.2原位测试法(1)根据 建筑桩基技术规范(JGJ942008)根据规范第 533 条公式 53315333，由单桥静力触探指标确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，计算公式为:Quk=Qsk+Qpk=uqsikli+pskAp(3)当 psk1psk2时，psk=12psk1+psk2();当 psk1psk2时，psk=psk2;式中:Qsk、Qpk分别为总极限侧阻力标准值(kN)和总极限端阻力标准值(kN);u桩身周长(m);li桩周第 i 层土的厚度(m);Ap桩端面积(m2);qsik静力触探比贯入阻力值估算的桩周第 i 层土的极限侧阻力标准值(kPa);桩端阻力修正系数，按表 5取值;psk1桩端全截面以上 8 倍桩径范围内的比贯入阻力平均值(kPa);psk2桩端全截面以下 4 倍桩径范围内的比贯入阻力平均值;折减系数，按表6 选用。图 1qskpsk关系曲线表 5桩端阻力修正系数 值桩长/ml1515l3030l60075075090090表 6折减系数 psk2/psk15751251515/62/31/2本次由图 1 静力触探比贯入阻力与桩周土层侧阻力标准值的关系3，确定预制桩桩周土层的极限侧阻力标准值如表 7 所示。桩端附近的静力触探比贯入阻291第 1 期丁国辉，秦甜甜.漫滩区预制桩单桩竖向承载力计算方法研究力标准值如表 8 所示。表 7桩周极限侧阻力标准值层号土层名称静力触探比贯入阻力psk/Mpa极限侧阻力标准值qsik/kPa备注1流塑淤泥质粉质黏土、粉质黏土04515地表下 6 m2软 流塑淤泥质粉质黏土、粉质黏土06615地表下 6 m33线段 B 计算3b稍中密粉细砂夹薄层淤泥质粉质黏土25250线段 D 计算3中密粉细砂665100线段 D 计算3a软流塑粉质黏土、淤泥质粉质黏土11639线段 C 计算4密实粉细砂996100线段 D 计算表 8桩端附近静力触探比贯入阻力标准值l/mPsk1/kPaPsk2/kPaPsk/kPa3157 7609 9608 860109本次根据单桥静力触探资料计算的单桩竖向极限承载力标准值如表 9 所示。表 9单桩竖向承载力计算结果桩径d/mm桩长l/m入持力层深度h/m总极限侧阻力Qsk/kN总极限端阻力Qpk/kN单桩竖向极限承载力标准值Quk/kN500315302 6661 5654 231(2)根据南京地区建筑地基基础设计规范(DGJ32/J122005)公式 9.2.35，由单桥静力触探指标确定混凝土预制桩单桩竖向承载力特征值计算公式4 为:a=0007muppsili+035pspAp(4)m桩周侧阻力调整系数。当桩长不小于25 m，且psili/li32 MPa时，取m=32li/psili;否则取 m=1.0;当 psk7MPa，取 Psp=Psk;当 psk7MPa 时，取psp=07psk，7MPamax，其余符号同上。由上述公式，并结合静力触探资料确定桩基计算参数如表 10 所示。单桩竖向极限承载力计算结果如表 11 所示。表 10桩基设计参数l/mPsk1/kPaPsk2/kPaPsk/kPaPsp/kPam3157 7609 9608 8607 00010表 11单桩竖向承载力计算结果桩径d/mm桩长l/m入持力层深度h/m单桩竖向承载力特征值a/kN单桩竖向极限承载力标准值Quk/kN500315301 5413 082(3)根据高层建筑岩土工程勘察标准(JGJ/T722017)根据高层建筑规范附录 D03 确定预制桩单桩竖向极限承载力计算公式5 为:Qu=uqsisli+qpsAp(5)qsis桩周第 i 层土的极限侧阻力(kPa)，可用标准贯入试验实测击数按规范表 D.0.1 取值;qps桩端土极限端阻力(kPa)，可用标准贯入试验实测击数按规范表 D.0.2 取值;其余符号意义同上。由上述公式，并结合土层标准贯入试验资料确定桩基计算参数如表 12 所示。单桩竖向极限承载力计算结果如表 13 所示。表 12桩基设计参数层号土层名称标贯实测击数平均值 N/击极限侧阻力标准值qsis/kPa极限端阻力标准值qps/kPa1流塑淤泥质粉质黏土、粉质黏土30222软流塑淤泥质粉质黏土、粉质黏土41263b稍中密粉细砂夹薄层淤泥质粉质黏土135403中密粉细砂250603a软 流塑粉质黏土、淤泥质粉质黏土45384密实粉细砂356727 200表 13单桩竖向承载力计算结果桩径d/mm桩长l/m入持力层深度h/m总极限侧阻力Qsk/kN总极限端阻力Qpk/kN单桩竖向极限承载力标准值Quk/kN500315301 9721 4133 3854单柱竖向承载力计算结果分析将上述采用经验参数法和原位测试法计算的预制桩单桩竖向极限承载力标准值与静载试验6 进行对比分析，结果如表 14 所示。表 14单桩竖向承载力计算结果对比分析采用方法和规范经验参数法原位测试法桩基规范南京规范桩基规范南京规范高层建筑单桩静载试验单桩承载力极限标准值 Quk/kN3 0533 0444 2313 0823 3853 658由表 14 采用不同规范计算的单桩竖向承载力对比分析表明:(1)采用建筑桩基规范和南京规范经验参数法计算预制桩单桩竖向极限承载力标准值结果基本一致，且均比单桩静载试验小，为单桩静载试验的 83.3%。(2)除南京规范外，采用高层建筑规范和建筑桩基规范的原位测试法，预制桩单桩竖向极限承载力标准值391城市勘测2023 年 2 月均比采用经验参数法要大。其中建筑