静力触探试验在复合地基方案设计中的应用.pdf

江西建材岩土工程与勘察1842023年6 月静力触探试验在复合地基方案设计中的应用王 利闽南理工学院，福建 石狮 362700摘 要：文中将双桥静力触探试验引入桩基工程地基基础设计，结合滨海片区某建设项目预制管桩复合地基的设计工作，针对国内现行的 JGJ 942008建筑桩基技术规范、TB 100182018铁路工程地质原位测试规程与 European Committee for Standardization（欧标），对采用静力触探试验估算单桩承载力的计算方法及结果进行了对比分析。结果表明，我国采用的两本规范计算结果较为可靠，欧标计算结果偏向于保守。关键词：桩基工程；复合地基；双桥静力触探；计算方法中图分类号：U416.1文献标识码：B文章编号：1006-2890（2023）06-0184-03Application of Static Penetration Test in the Design of Composite Foundation SchemesWang LiMinnan University of Science and Technology,Shishi,Fujian 362700Abstract:This article introduces the double bridge static penetration test into the foundation design of pile foundation engineering，and design work of prefabricated pipe pile composite foundation combined with a construction project in the coastal area.In response to the current domestic JGJ 94-2008 Technical Code for Building Pile Foundations,TB 10018-2018 Code for in Situ Testing of Railway Engineering Geology and European Committee for Standardization,comparative analysis was conducted on the calculation methods and results of estimating the bearing capacity of a single pile using the results of static penetration tests.The results indicate that:the calculation results of the two standards used in China are relatively reliable,while the European standard calculation results tend to be conservative.Key words:Pile foundation engineering;Composite foundation;Double bridge static penetration test;Method of calculation作者简介：王利（1988-），男，江西上饶人，硕士，讲师，主要研究方向为工程施工管理及施工技术。基金项目：福建省高校工程研究中心项目 绿色建筑施工与管理工程研究（项目编号：闽教科 201713 号）。0 引言东部沿海地区自改革开放以来，相继出现了具有代表性的城市群，但随着工业生产用地的增加，东部地区土地资源逐年减少1。在经济发展过程中，为解决非农用地的需求，东部城市逐步向海洋发展，通过围垦后人工冲填的方式将原有滩涂改造成适合工业建设的工业用地。但是，经冲填后的场地地质条件较差，需进行相应的地基处理后才能满足工程建设需要2。目前，针对滨海区域冲填场地的地基处理方式种类较多，如复合地基、预制桩、灌注桩等，其中，预制桩基础由于性价比较高得到广泛的应用3。预制桩的承载机理主要是通过桩侧与土体的摩擦力以及桩端与土体的端承力组成，预制桩的承载机理与双桥静力触探试验相似，因此，可将静力触探试验运用到桩基施工及计算过程中4。现阶段，针对双桥静力触探试验确定桩基承载力的计算方式并未得到广泛认可5，因而本文依据东部滨海片区某工程的地基处理项目，采用双桥静力触探试验结果，并结合本行业规范，计算预制桩地基承载力特征值，通过与现场静载荷试验的对比分析，验证计算结果的可靠性。1 工程概况1.1 项目概况项目位于东部滨海片区，总建筑面积为41 519 m2，主要由21栋2-6层建筑物及一层大地下室组成。拟建建筑物单柱最大荷载3 0005 500 kN。拟建场地为近期冲填而成，冲填时间约510年，拟采用的基础形式为预制管桩复合地基，局部地下室有抗浮需求。1.2 地质概况根据地质勘察报告显示，场地原为滩涂，后经围垦后冲填而成，表层为厚度不均的冲填土层，土性以粉砂、粉土及粉质黏土为主，局部集中分布淤泥质土，均匀性差、含水量大、承载力低。将本次勘探深度范围内的土层分成10个工程地质层，根据现场静力触探试验获得的锥尖阻力与侧摩阻力数据见表1。江西建材岩土工程与勘察1852023年6 月表1 地基设计参数推荐表层次土层名称双桥静力触探qc平均值/MPa双桥静力触探fs平均值/kPa承载力特征值fak/kPa桩基设计参数抗拔系数 iqsik/kPaqpk/kPa1冲填土0.749502粉土夹粉砂1.6520120230.683粉砂夹粉土4.1137140480.554-1粉土夹粉质黏土1.2520100260.654-2粉砂夹粉土3.62451354311000.555粉质黏土夹粉土1.072390220.706粉砂夹粉质黏土5.3567150500.557粉砂夹粉土10.2473200608粉质黏土1.063890229粉质黏土夹粉土3.25451304010粉砂夹细砂13.2589220655000根据岩土工程勘察报告显示，层1 冲填土，灰黄、灰色，主要以粉砂、粉土和粉质黏土为主，松软，表层含大量植物根系，局部可见少量生活垃圾，层厚为6.107.50 m，场地内均有分布。层1 土地基承载力较低，不适合大型压桩机械通行，在设计本工程地基基础方案时，应首先考虑场地内表层土对工程施工的不利影响。根据设计资料，本工程拟采用预制桩复合地基方案，以层4-2 作为桩端持力层，主要土层的物理力学参数见表2。1.3 设计方案比选本工程层1 冲填土面积大，全场地分布，厚度不均，最大深度7.50 m左右，置换、强夯、振冲等常规地基处理方法难以实施或者处理效果较差6-7。预应力管桩或钻孔灌注桩适用于厚度较大的软土层，经过处理后，一般可满足设计要求，沉降较小，适用于本工程。但采用预应力管桩或钻孔灌注桩施工成本较大，场地表层冲填土承载力较低，大型桩基机械施工前，需对表层冲填土进行预处理；钻孔灌注桩由于受场地地质条件及现场施工人为因素的影响，易出现缩径、桩身夹泥等质量问题，且在施工过程中易产生大量余浆，需有合理的排放区，以上因素会给整个基础施工造成较大不便。经与设计单位及建设单位沟通，并结合大地下室的特点，本工程可采用预制管桩复合地基方案进行地基加固，可有效控制沉降，降低施工成本。2 方案设计2.1 复合地基的计算经过基础方案比选后，本工程拟采用 PHC300（70）预制管桩复合地基，上部30 cm褥垫层以调整桩顶应力的分布。桩端持力层为层4-2，正方形布桩，布桩间距1.01.5 m，桩长约12.0 m，复合地基承载力不小于180 kPa。根据 JGJ 792012建筑地基处理技术规范7.1.5 条对有黏结强度的增强体复合地基按下式计算：（1）式中，fspk为复合地基承载力特征值（kPa），为单桩承载力发挥系数，取0.9，m为面积置换率，根据布桩间距及布桩形式确定，Ra为单桩竖向承载力特征值（kN），Ap为桩的截面面积（m2），为桩间土承载力发挥系数，取0.90，fsk为处理后桩间土承载力特征值（kPa）。本 文 根 据 JGJ 942008 建 筑 桩 基 技 术 规 范 、TB 100182018铁路工程地质原位测试规程及 European Committee for Standardization（欧标）的公式，计算得到单桩极限承载力，对其差异性进行分析。结合现场静载荷试验结果，讨论三种计算方法在本地区的适用性。2.2 单桩竖向承载力计算2.2.1 按 JGJ 942008建筑桩基技术规范估算根据 JGJ 942008 建筑桩基技术规范 5.3.4 条，当根据双桥静力触探资料确定预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，设计桩长为12.0 m，对于黏性土、粉土和砂土，可按下式计算：（2）式中，Quk为单桩竖向承载力标准值（kN），Qsk及 Qpk为总极限侧阻力标准值及总极限端阻力标准值（kN），u为桩身周长（m），li为桩周第 i层土的厚度（m），i为第 i层土的桩侧阻力综合修正系数，fsi为第 i层土的双桥探头平均侧阻力（kPa），为桩端阻力修正系数，黏性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2，qc为桩端平面以上4 倍桩径范围内按土层厚度探头阻力加权平均值，再和桩端平面下1 倍桩径范围内的探头阻力进行平均（kPa），Ap为桩的截面面积（m2）。2.2.2 按 TB 100182018铁路工程地质原位测试规程估算根据 TB 100182018 铁路工程地质原位测试规程，设计桩长为12.0 m时，打入式预制混凝土桩的极限荷载 Qn可以根据双桥静力触探参数按下式计算：（3）表2 主要土层的物理力学参数土层名称剪切试验（标准值）压缩试验（标准值）含水率/%重度/（kN m-3）C/kPa/a1-2/MPa-1Es1-2/MPa-1冲填土5.77.90.643.4736.514.23粉土夹粉砂7.619.50.267.2931.218.63粉砂夹粉土4.623.40.1711.6430.218.39粉土夹粉质黏土12.214.20.306.5932.118.22粉砂夹粉土5.025.60.1611.9829.718.52江西建材岩土工程与勘察1862023年6 月式中，Qn_为预制混凝土桩的极限荷载（kN），U为桩身周长（m）；hi为桩身穿过的第 i层土的厚度（m），i及 为第 i层土的极限摩阻力及桩尖土的极限承载力综合修正系数，fsi为第i层土的双桥探头平均侧阻力（kPa），Ac为桩底（不含桩靴）全断面面积（m2），qcp为桩底端阻力计算值（kPa）。2.2.3 按European Committee for Standardization（欧标）估算根据 European Committee for Standardization（欧标），桩基静力触探分析可根据桩端及桩侧阻力计算各土层承载力，由 n个不同的静力触探试验数据，获得 n个不同的桩基承载力极限值，确定单桩竖向承载力极限值时，设计桩长为12.0 m，按下式估算：（4）式中，Rmax,i为单桩极限承载力标准值（kN），Rmax,h,i为桩侧极限承载力标准值（kN），Rmax,s,i为桩端极限承载力标准值（kN）。确定桩的承载力设计值时，需对标准值除以分项系数b和s（分别用于折减桩端承载力和桩侧承载力），由于欧洲国家较多，不同的国家采用的分项系数不同，本文中统一按照国内标准，安全系数取2.0。2.3 计算结果比较根据上述三种估算方法，计算得出单桩承载力，三种标准的计算结果见表3。采用3 种规范分别计算本工程的单桩极限承载力以及复合地基极限承载力，根据计算结果可发现，3 种计算方式获得的单桩极限承载力有较大的极差，根据 European Committee for Standardization（欧标）的计算结果最小，根据 TB 100182018铁路工程地质原位测试规程的计算结果约为欧标的112.7%，我国的两本规范计算结果相近，而欧标较为保守。另外，为使复合地基承载力特征值达到180 kPa的要求，欧标的布桩密度更大，布桩间距更小，相同地质条件下采用 European Committee for Standardization（欧标）易造成不必要的材料浪费。2.4 复合地基承载力对比分析为进一步验证3 种规范计算结果的可靠性，采用现场静载荷试验确定单桩及复合地基承载力特征值。依据JGJ 792012建筑地基检测技术规范，静载荷试验时，复合地基试验最大加载量应为特征值的两倍，即360 kPa。典型的复合地基抗压静载试验结果汇总见表4。根据现场静载荷试验结果可知，当最大荷载值加载至360 kPa时，产生的最大位移量为3.99 mm。复合地基沉降量处于规范允许范围内，且仍有一定余量，设计偏于保守，对工程的安全性有利。3 结语将双桥静力触探试验运用到桩基施工过程中以估算单桩承载力是可行的。本文分别采取 JGJ 942008建筑桩基技术规范、TB 100182018铁路工程地质原位测试规程及European Committee for Standardization（欧标）三种规范，依据双桥静力触探试验结果计算了单桩竖向承载力极限值，并对三个结果进行了对比分析。结果表明，我国采用的两种规范计算较为可靠，欧标计算结果偏向于保守。参考文献 1 张星星.公路软土地基处理及沉降分析D.天津：河北工业大学，2019.2 张明瑞，黄兴怀，周立国.基于静力触探试验估算静压桩压桩力J.电力勘测设计，2018（S1）：46-49.3 张俊仁.用静力触探资料估算单桩竖向极限承载力标准值的几点体会J.吉林地质，2011，30（1）：139-142.4 周文渊，宋新江，徐海波，等.低液限黏土静力触探模型试验研究J.南水北调及水利科技，2015，13（6）：1110-1113.5 赵东远.近海滩涂区域围海造田地基处理技术及沉降效果分析D.重庆：重庆交通大学，2017.6 文海家，严春风，汪东云.吹填土的工程特性研究J.重庆建筑大学学报，1999，21（2）：79-83.7 王铁宏.全国重大工程项目地基处理实录M.北京：中国建筑工业出版社，1998.表3 三种标准计算得出的单桩承载力特征值标准单桩承载力极限值/kN单桩承载力特征值/kN设计复合地基承载力/kPa布桩间距/m布桩密度/（根 m-2）JGJ 942008建筑桩基技术规范519.382551801.4680.0327TB 100182018铁路工程地质原位测试规程525.052601.4820.0321European Committee for Standardization（欧标）465.652301.3930.0363表4 典型复合地基抗压静载荷试验汇总表级 数荷 载/kN本级位移/mm累计位移/mm本级加载历时/min累计加载历时/min11081.081.08606021800.781.866012032520.582.446019042880.593.036025053240.513.549034063600.453.991204607288-0.503.49204808252-0.532.96204809180-0.562.402048010108-0.891.5120480110-1.020.4920480注：试验桩径为300 mm，桩长为12 m。