孔压静力触探在桩基工程中的应用分析

陈美香 （福建省闽设工程检测有限公司，福建 福州 350028）

0 引言

随着国家基建工程的不断开发，桩基越来越多的运用在基建工程中，尤其是东南沿海软弱土层较厚的地区，桩基可以有效改善建筑物和构筑物的基础条件，随之而来的问题是如何有效的对桩基的承载能力进行预测评估。静力触探的试验机理是利用机械将各种不同的圆锥探头以均匀的速度压入土层之中，与成桩机理相似，能较好的模拟沉桩过程，当圆锥探头为测孔压探头时，即为孔压静力触探。

目前，利用原位测试结果对桩基的承载能力进行预测评估，一直都是岩土工程中的一项重大课题。杨石飞[1]等通过对原位测试的结果进行分析，提出了以原位测试成果代替室内试验所确定的压缩模量来计算桩基沉降，并通过120项实际桩基工程的实测沉降值与预测结果进行验证，得到了一种准确率较高，计算简单的计算桩基沉降的方法。孙波[2]通过现场试验与室内模型试验进行对比，对有无堆载下的单桩受力变形规律进行了分析，提出了荷载传递法依旧适用于负摩擦桩，并得出了堆载仅对浅层土体中的桩基影响较大，对深层土体中的桩基影响不大的结论。李洪江[3]等以孔压静力触探原位测试得到的最为直接的土体参数来直接预测桩基承载能力，并将孔压静力触探和桩基p-y曲线进行结合，提出了一种预测桩基承载能力的有效方法，并通过现场试验检测，验证该方法的可行性。段伟宏[4]等通过对目前的基于孔压静力触探测试数据评估桩基承载能力的方法进行了研究，并对比了孔压静力触探测试与其他原位测试技术数据预测桩基承载力的方法之间的优缺点，发现基于孔压静力触探测试技术预测桩基承载能力的方法精度较其他原位测试高，且应用简单，具有良好的应用前景。

本文将基于某实际桩基工程的孔压静力触探数据与该桩基工程的桩基数据进行分析，对该工程的桩基承载能力进行预测评估。

1 基于孔压静力触探评估桩基承载能力的主要方法

目前评估桩基承载力的方法虽多，但均是在下式的基础上进行评估。

其中：QQuuQ、 =uQ=pQ+和pQ+fQf分别为桩基的单桩极限承载能力、桩端承载能力和桩侧摩阻力；

孔压静力触探评估桩基承载能力的应用，有许多学者对其进行了研究，并给出了评估桩基承载能力的方法。

蔡国军[5]等通过考虑孔压效应以修正圆锥探头锥尖阻力来对桩基承载能力进行预测，通过在多种土体条件下的孔压静力触探试验来反推桩端阻力系数。

其中：qp为桩基单位面积桩端阻力；qe为孔压静力触探圆锥探头锥尖阻力修正值；Cq为桩基单位面积桩端阻力相关系数，Cq可通过下式推算[6][7]

其中：Nc为孔压静力触探承载力系数；Nke为孔压静力触探经验圆锥系数；

其中：qc为孔压静力触探圆锥探头锥尖阻力；Su为桩基端部位置不排水条件下的十字板抗剪强度。

且可以通过上式反推Cq为[8][9]

Cq、Nc反算结果如表1。

Cq、Nc反算值 表1

Almeida[10]等通过在多个黏土地层下的孔压静力触探试验和桩基载荷试验进行对比，提出了以圆锥探头锥尖阻力净值来推算桩侧摩阻力和桩端阻力的方法。

其中：qnet=qt-σv0为圆锥探头锥尖阻力净值；qt为圆锥探头锥尖阻力修正值；σv0为土层总应力；。

通过对圆锥探头侧壁摩擦阻力和超孔压可以推算桩基单位桩侧摩阻力，当土层为黏土和粉质黏土时，打入式的预制静压管桩和静压法预应力高强度混凝土管桩，超孔压和单位桩侧摩阻力与圆锥探头侧壁摩擦阻力之比的相关性如图1。土性会影响图中拐点的位置，黏土的孔压比砂土略高。超孔压和单位桩侧摩阻力与圆锥探头侧壁摩擦阻力之比具有呈线性增长趋势的相关关系，具体关系如下。

图1 由圆锥探头侧壁摩擦阻力和超孔压确定桩基桩侧摩阻力

其中：Δu2为超孔压；fp为桩基桩侧摩阻力；fs为圆锥探头侧壁摩擦阻力。

Takesue[11等针对黏土地层，提出桩端阻力可以由圆锥探头锥尖阻力的有效值直接得到，且可以通过孔压静力触探测试的侧摩阻直接估算桩基的单位侧摩擦力。

桩基单位面积桩端摩阻力：

桩基单位面积桩侧摩阻力：

其中Δu=u2-u0孔压静力触探试验的超孔隙水压力。

从研究思路上进行区分，目前基于孔压静力触探评估桩基承载能力的主要方法主要分两类，第一种是直接由孔压静力触探圆锥探头锥尖阻力来预测桩基的侧摩阻力和桩端阻力；第二种就是用孔压静力触探圆锥探头侧摩阻和锥尖阻力来预测桩基的侧摩阻力和桩端阻力。

2 孔压静力触探在桩基工程中的应用

某跨海大桥桥梁工程桩基，工程地质情况复杂，海域情况多变，土层上层为淤泥土，中层为黏性土，桩端持力层为风化岩，桩基直径为1.2m。

为预测该桩基的承载能力，于该桩基附近2m范围内进行了孔压静力触探试验，以孔压静力触探试验结果作为预测桩基承载能力的数据。本研究参考蔡国军[5]等、Takesue[11]等的预测方法，结合孔压静力触探试验的测试数据与桩基的资料对桩基的桩侧摩阻力和桩端阻力进行预测分析。

2.1 桩基桩侧摩阻力预测评估

结合孔压静力触探数据结果与桩基数据分析超孔压和单位桩侧摩阻力与圆锥探头侧壁摩擦阻力之比的关系，结果如图2。图中的超孔压和单位桩侧摩阻力与圆锥探头侧壁摩擦阻力之比的相关性较为良好，具体关系如下：

图2 超孔压和单位桩侧摩阻力与圆锥探头侧壁摩擦阻力之比的关系

2.2 桩基桩端阻力预测评估

通过圆锥探头锥尖阻力有效值可以计算桩基桩端阻力[5]

其中：qp为桩基桩端阻力；Cq为单位面积桩端阻力系数；qe为圆锥探头锥尖阻力有效值。

且在该地层中，桩基的桩端阻力和孔压静力触探的圆锥探头锥尖阻力具有一一对应的关系，因此桩基的单位面积桩端阻力系数可以通过位于桩尖位置处的圆锥探头锥尖阻力进行推算，具体计算公式为

其中：Qp为桩基桩端阻力；Aq为桩基桩端位置截面积。

通过上式和该桩基工程的桩基数据，可以对桩基的单位面积桩端阻力系数进反算，结果如表2。

桩基单位面积桩端阻力系数反算结果 表2

由上表结果可知，该桩基工程桩基单位面积桩端阻力系数为0.075～0.082。

3 结论

本文基于一个实际工程中的桩基孔压静力触探数据，对桩基承载能力进行了评估预测，并对比了孔压静力触探圆锥探头的侧摩阻力修正值和锥尖阻力修正值与现场桩基的单位面积桩侧摩阻力和单位面积桩端阻力，得到了初步估算该工程桩基承载能力的经验公式参数，并得出以下结论。

①由于孔压静力触探的试验机理更加适合对桩基的成桩过程进行模拟，且操作规程几乎不受人为因素影响，孔压静力触探相比其他不同的原位测试而言，试验测试数据结果更加稳定，基于孔压静力触探预测的桩基承载能力也比其他方法预测的结果更加可靠；

②本文在前人的研究基础上，针对试验区内的某桩基工程进行了孔压静力触探试验，与桩基工程的桩基数据相结合，提出了适用于该工程的基于孔压静力触探数据的桩基承载能力预测，为该桩基工程的优化提供了一种不同的参考数据，有助于平衡该工程的经济性和可靠性；

③由于试验数据数量的限制，对于该桩基工程的孔压静力触探数据的桩基承载能力的评估，本文仅提出了一个初步计算模型，还需要进一步完善与验证。