基于静力触探数据的某工程复合地基方案设计

彭海红， 赵华宏， 石 川

(安徽省交通规划设计研究院有限公司；公路交通节能与环保技术及装备交通运输行业研发中心,安徽 合肥 230088)

0 引 言

预制管桩是目前软土地基中广泛采用的一种基础形式，管桩复合地基具有节省投资、强度高、工期短、工艺简单的特性。预制管桩成桩与静力触探贯入试验的机制具有相似性，如何把静力触探测试技术应用到桩基工程的勘察和设计中，一直是工程界所关心的问题[1,2]。

我国桩基复合地基承载力确定方法概括起来，主要有以下几种：①静荷载试验；②动力试验；③静力理论公式计算；④按规范查表；⑤根据原位测试成果推算[3]。静荷载试验所得数据是直接从实测中得出的，被认为是最可信赖的，是评价其他间接测试方法的标准[4]。但这一方法较为费时和费工，而静力触探具有快速、精确、经济和节省人力等特点。根据静力触探数据确定管桩复合地基承载力，有关规范给出经验公式，需结合地区经验验证和对比分析。将静力触探用于桩基勘察和承载力设计具有重要实用意义[5]。本文采用多本规范,根据静力触探数据计算了桩基复合地基的承载力，并结合现场静荷载试验对计算结果进行了对比分析，最终推荐管桩复合地基设计方案。

1 工程概况

某高速互通A匝道AK1+040-AK1+125段软土分布区,地貌单元为沿江丘陵平原区，微地貌单元为长江一级阶地，地面标高一般在8.0～11.0 m，地形起伏不大。该段为老河道，明水深度1.5 m，且淤泥经多年沉积深度较厚[6]；地层主要为软土、粉质黏土、粉土等。软土出露地表，厚度2.6～9.1 m，呈锅底状分布(如图1)，厚度变化大。该段路基曲线半径为97.75 m，超高横坡度为6%，中心最大填土高度7.5 m。根据现场静力触探得到的软土层锥尖阻力与侧摩阻力数据见表1。

表1 地基设计参数推荐值

现场静力触探孔位与荷载试验位置如图1所示，涵洞处工程地质纵断面如图2所示。

图1 载荷试验测试点位布置图

图2 涵洞处工程地质纵断面图

2 方案设计

设计采用PHC300(70)预压管桩处理，并在该段路基左侧增设3 m×3 m反压护道。在桩顶做30 cm厚碎石垫层，用于调整桩顶应力的分布。桩长打穿软土层进入到相对持力层，布桩形式采用正三角形，桩间距2.4～2.7 m，桩长15 m，中间沟塘处涵洞底进行了加密处理。桩头设置桩帽，桩帽1.2 m×1.2 m×0.3 m，强度不小于C20，配一层钢筋网片。由于本匝道填土高度较高，所以采用PHC管桩结合欠载预压处理的方案，施工应满足预压时间要求，预压期不小于3个月，复合地基承载力不小于180 kPa。

根据《建筑地基处理技术规范》计算复合地基承载力特征值：

笔者根据国内现行的《建筑桩基技术规范》初步计算了涵洞处四孔管桩的单桩竖向极限承载力。又利用GEO5运行的欧洲标准(EN1997-2)计算了单桩极限承载力，并和《铁路工程地质原位测试规程》提供的公式计算得到的承载力，对这三种不同规范计算得到的地基承载力差异进行分析。并结合现场荷载试验得到的结果讨论三种不同承载力计算方法在当地的实用性。

2.1 根据《建筑桩基技术规范》计算单桩竖向极限承载力

当根据双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于黏性土、粉土和砂土，如无当地经验时可按下式计算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑liβifsi+αqcAp

式中:fsi为第i层土的探头平均侧阻力,kPa；qc为桩端平面上、下探头阻力，取桩端平面以上4d(d为桩的直径或边长)范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值,kPa，然后再和桩端平面以下1 d范围内的探头阻力进行平均；α为桩端阻力修正系数，对于黏性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2；βi为第i层土桩侧阻力综合修正系数，黏性土、粉土的βi=10.04(fsi)-0.55。

桩长采用15 m计算。

2.2 按《铁路工程地质原位测试规程》(TB 10018-2018)计算

打入钢筋混凝土预制桩的极限荷载Qu可根据双桥探头触探参数按下列公式及要求计算：

Qu=U∑hiβifsi+αAcqcp

式中:U为桩身周长;hi为桩身穿过的第i层土厚度,m；Ac为桩底(不包括桩靴)全断面面积,m2；fsi为第i层土的触探侧阻平均值,kPa；qcp为桩底触探端阻计算值；βi、α为分别为第i层土的极限侧阻力和桩的端阻力综合修正系数。

2.3 依据欧洲规范(EN 1997-2)计算单桩极限桩端阻力

根据第i组静力触探试验得到的锥尖阻力qc确定单桩竖向承载力时，可按下式计算：

Fmax,i=Fmax,base,i+Fmax,shaft,i

式中：Fmax,i为由第i组试验得到的桩极限竖向承载力；Fmax,base,i为由第i组试验得到的桩极限桩端阻力；Fmax,shaft,i为由第i组试验得到的桩极限桩侧阻力。上述计算方法详细请见相关规范。

2.4 计算结果比较

按上述三种方法计算所得的结果见表2。

表2 三种标准计算出的单桩承载力对照表

根据计算结果可以看出,欧洲标准和中国标准计算出的单桩竖向承载力极限值有较大差异, 而国内的《建筑桩基技术规范》和《铁路工程地质原位测试规程》得出的计算结果则较为一致。

2.5 复合地基承载力对比分析

本项目静载荷试验3个测点，依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)相关要求，结合试验数据综合判定，所测测点承载力均满足设计要求。

设计要求复合地基承载力特征值180 kN,试验加载至要求承载力特征值的2倍即360 kN,土体仍未发生破坏,试验终止。3个点位的承载力试验结果均满足承载力要求，具体试验结果见表3。1-18#承载力试验p-s曲线如图3所示。

表3 承载力试验结果表

图3 1-18#测点承载力试验p-s曲线

将三种算法的得到的单桩极限承载力代入复合地基承载力特征值计算公式，计算结果见表4。

表4 复合地基承载力特征值对照表

根据欧洲标准计算出来的承载力特征值较国内的两本规范给出的计算结果较为保守，与载荷试验的差值在11%左右。国内的《建筑桩基技术规范》和《铁路工程地质原位测试规程》给出的计算结果较为相近，与载荷试验给出的结果也更为相近，差值在5%左右，但相比之下《建筑桩基技术规范》更偏向于保守。

3 结 论

(1)对于古河道或者一级阶地的软土层较厚的情况，采用预制桩复合地基能较好地提高地基承载力。

(2)根据荷载试验对比分析，采用静力触探测试方法估算桩基极限承载力的方法是可行的。国内两本规范《建筑桩基技术规范》和《铁路工程地质原位测试规程》所计算的结果较欧洲规范与实验测得的数据更为接近。在工程计算中,用国内两本规范可靠性较高。