关于利用静力触探法计算桩基承载力以优化桩基方案的探讨

曾 龙 （上海长凯岩土工程有限公司，上海 200093）

0 前言

在社会经济高速发展的过程中，建筑行业也获得了长足的发展，而且建筑工程技术也随着科技的发展得到了很大提高。岩土工程是建筑工程中很常见的一种工程，而桩基工程作为岩土工程的一部分，也发挥着极其重要的作用，因此对岩土工程中桩基工程的设计与施工方法进行探究具有非常重要的现实意义。桩基工程技术的灵活、合理运用，可以在确保建筑工程的安全、质量前提下，有效地减少建筑工程的造价和工期；但是由于桩基工程技术的专业性比较强，所以建筑工程项目的开展对桩基设计和施工人员的专业知识和工程经验要求较高。目前桩基工程设计人员一般根据勘察报告提供的桩侧和桩端参数估算单桩承载力，并根据勘察报告推荐的持力层选择桩端持力层；大多情况下，勘察单位根据区域经验和规范提供的桩基参数过于保守，从而导致桩基的单桩承载力估算值不太合理，进而导致桩基方案偏浪费、欠妥当。鉴于此，本文结合工程实践，关于双桥静力触探法估算单桩承载力和合理的桩基方案如何影响施工难度和工程造价等问题提出一点心得体会。

1 案例介绍

1.1 工程概况

某项目用地面积约49000m2，总建筑面积约190000m2，其中地上总建筑面积145000m2，地下总建筑面积45000m2；拟建建筑物由多幢高层住宅（25F～27F）、1 幢配套用房及门卫（1F，H=3.7m）组成；场地设置一层地下室，最大开挖深度约5.00m。拟建各建筑物情况见表1。本场地室内设计标高4.60m（1985 国家高程基准，下同）；室外设计标高4.40m；高层建筑整体倾斜≤0.0025，基础平均沉降量≤200mm。

拟建各建筑物单体情况表 表1

1.2 场地地层特点

根据相关资料，本场地桩基压缩层范围内岩土层可划分为9 个工程地质层，细分为19 个工程地质亚层，现将地基各岩土层的特征自上而下分述如下：

①1 杂填土，松散，为新近堆填，土质不均匀；其成分主要为建筑垃圾及部分生活垃圾，其余为黏性土填充；①2 素填土，稍湿，松散，主要由黏性土和粉土组成，含植物根茎；①3 塘泥，流塑，有腐臭味，含大量有机物及植物根茎。

②粉质黏土，软可塑状。③1 淤泥质粉质黏土，流塑；③2 淤泥质粉质黏土，流塑；③3 淤泥质粉质黏土夹粉土，流塑。④1 粉质黏土，硬可塑；④2 粉质黏土夹粉土，软可塑；④3 粉质黏土，软可塑，局部硬可塑。⑤1-1 粉砂，中密，饱和；⑤1-2 粉质黏土夹粉土，软可塑；⑤2 粉质黏土，软可塑。⑥1 粉质黏土，软可塑；⑥2 粉质黏土夹粉土，软可塑；⑥3 粉质黏土，软可塑。⑦1 粉质黏土夹粉土，软可塑；⑦2 粉质黏土，可塑，局部硬可塑。⑧1 粉砂，中密，密实未揭穿，已揭露最大厚度8.00m。

从图1 可知，本工程地层分布整体上较稳定，仅少部分地层稍有起伏或缺失；深度范围为32～40m，区域分布有工程性质较好的粉砂层，且该层粉砂层下卧的软弱层土性也较适中。

图1 工程地质典型剖面图

2 桩基持力层的确定

2.1 各桩基持力层分析

本工程上部建筑荷载较大，单桩承载力要求较高。根据图1 工程地质典型剖面图中地层分布情况以及各土层土性特点，可知④1 粉质黏土以上地层以软弱粘性土为主，且该深度范围地层埋深较浅，承载力较小，不适合作为本工程桩基持力层。

④1 粉质黏土，该层土为硬可塑状态，qc 取 值 为3.51MPa，fs 取 值 为91.3kPa，但其分布不稳定，且厚度较小，不适合作为桩基持力层。

④2 粉质黏土夹粉土，该层土为软可塑状态，qc 取值为4.72MPa，fs 取值为115.1kPa，分布较稳定，层顶埋深较浅，约22m，但其承载力一般，可考虑作为配套用房或纯地下车库的单桩持力层。

④3 层粉质黏土，该层土软可塑状态，qc 取 值 为3.62MPa，fs 取 值 为117kPa，分布较稳定，层顶埋深约28m，但其厚度较薄，一般可作为地库抗拔桩的置入层。

⑤1-1粉砂，该层土中密状态，qc取值为8.95MPa，fs 取值为152.9kPa，分布较稳定，层顶埋深约32m，其厚度为7m～10m，该层土工程性质较好，适合作为高层住宅的桩基持力层。其下部为相对本层较软的下卧层，但该下卧层对应本工程的上部荷载相对较好，其压缩量一般可满足相关规范要求。

⑤1-2 粉质粘土夹粉土，该层土为软可塑状态，qc 取值为3.20MPa，fs 取值为102.20kPa，分布较稳定，层顶埋深约40m，但其厚度为4m～5m，该层土工程性质一般，不适合作为高层住宅的桩基持力层。

⑥1 粉质粘土，该层土为软可塑状态，qc 取 值 为2.93MPa，fs 取 值 为80.80kPa，分布较稳定，层顶埋深约43m，但其厚度较薄，该层土工程性质一般，不适合作为高层住宅的比选桩基持力层。

⑥2 粉质粘土夹粉土，该层土为软可塑状态，qc 取值为3.25MPa，fs 取值为102kPa，分布较稳定，层顶埋深约45m，其厚度为5m～6m，该层土工程性质一般，但其埋深较深，可考虑作为高层住宅的比选桩基持力层。但是在沉桩过程中，需要穿过中密状态的⑤1-1 粉砂，施工难度和安全隐患较大，施工前需要试沉桩，以便确定合理的压桩配重和其他压桩参数。

2.2 单桩承载力估算方法

竖向承压桩单桩承载力的确定一般采用的方法有三种，分别为现场试验法、静力触探法以及经验参数法。经验参数法是勘察单位根据长期的工程经验并结合当地规范确定的桩侧和桩端阻力系数而估算出单桩承载力的一种计算方法，该方法计算结果的准确性与勘察单位的经验水平有很大关系。一般情况下，为确保安全性，勘察单位提供的桩侧和桩端阻力系数过于保守，使得采用经验参数法计算的单桩承载力偏低[1]，从而给工程带来了很多不必要的浪费。

鉴于经验参数法估算单桩承载力过于保守，本工程采用双桥静力触探法对单桩承载力进行估算；静力触探法是一种采用原位测试模拟出单桩受力时桩侧和桩端各土层参数的方法，该方法由于对土体的扰动小，相比于经验法能够较好地得出土层的桩侧和桩端参数。其计算公式[2]为：

现场试验法主要是指静载荷载试验，该方法是通过原位测试的方法直接得出单桩承载力，该承载力可以作为设计单位桩基设计的直接依据。也可以用于验证采用静力触探参数估算单桩承载力的合理性。

2.3 不同持力层单桩承载力验算

本工程柱下荷载为 9000～10000kN，若考虑每根柱下桩数为5 根，则所需的单桩承载力设计值为1800～2000kN；若考虑每根柱下桩数为4 根，则所需的单桩承载力设计值为2250～2500kN。

考虑到大部分地层不适合作为本工程桩基持力层，因此仅针对⑤1-1 粉砂层和⑥2 粉质粘土夹粉土层进行对比计算。本工程周边环境简单，对桩基的挤土效应要求不高，因此选取预制桩作为本工程桩型。对比计算详见表2。

不同持力层单桩承载力对比计算 表2

从表2 可知，若采用5 根桩的方案，则所需单桩承载力为1800～2000kN，该承载力与⑤1-1 粉砂作为单桩持力层匹配，此方案中每柱下面对应桩基总长度为31×5 等于155m；若采用4 根桩的方案，则所需单桩承载力为2250～2500kN，该承载力与⑥2 粉质粘土夹粉土作为单桩持力层匹配，此方案中每柱下面对应桩基总长度为44×4 等于176m。

综上所述，本工程首选⑤1-1 粉砂作为桩基持力层，若选用⑥2 粉质粘土夹粉土层，其单桩承载力相对⑤1-1 粉砂作为桩基持力层有一定提高，但考虑到穿过7m～10m 厚粉砂层的沉桩难易程度和经济成本，⑥2 粉质粘土夹粉土层作为桩基持力层性价比较低。

2.4 计算值与实测值对比

本工程在桩基施工过程中针对不同的持力层分别选取了3 根桩做了静载荷试验以验证采用双桥静力触探试验参数估算的单桩承载力的合理性。估算值与静载荷试验值对比如表3所示。

静力触探法估算单桩承载力与静载试验值对比 表3

从表3 可知，利用静力触探法估算单桩承载力与静载试验实测值基本一致，且静载试验实测值略高于单桩承载力估算值，因此可以判定利用触探试验参数估算的单桩承载力是与实际承载力吻合的，且能确保单桩承载力实际值不低于静力触探法估算值。故采用双桥静力触探法估算本工程单桩承载力具有合理性，并利用该承载力选取桩基持力层和桩型的计算方法是可行的。

3 结语

本文采用静力触探法对某工程的单桩承载力进行了估算，并通过现场静载试验进行了验证，从而确定采用静力触探法估算单桩承载力是合理、有效、实用的。

本文根据不同桩型选取不同持力层计算了单桩的承载力，并将不同承载力与上部荷载进行匹配，表明合理的桩型和持力层对单桩承载力影响较大，同时对工程施工难度及造价影响很大。