沛屯地区预应力管桩承载力与土层物理性质的关系浅析

徐同悦　付成明　刘兴杰

摘要：沛屯地区位于江苏省徐州市沛县境内微山湖西侧，目前多家勘察单位在该区进行勘察时，按《建筑桩基技术规范》中的岩土物理参数对桩基竖向极限承载力进行估算，估算值与静载荷实验结果相差较大，这给设计和施工带来极大的困难，影响了工程的安全性和经济性。文章通过收集了区内有代表性工程的勘察及其桩基静载试验资料，比较静载试桩值与按规范用岩土物性参数估算值的差异，分析误差原因，然后对规范的计算公式进行修正，得出沛屯地区确定管桩承载力的经验公式，以指导区内的实际工作。

关键词：岩土物性参数；沛屯地区；预制管桩；竖向承载力；经验公式

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）30-0075-03

1 沛屯地区概况

该地区地处黄淮平原的中部，地貌类型属黄河冲积平原，地形单一，全为冲积平原，地表坦荡。地势西高东低，由西南向西北微倾。

区内第四系覆盖层厚度一般在50～250m之间，平均厚度约为168.21m。对土木工程有直接影响的主要是其浅部土层（50m以浅），浅部土层均由全新统和上更新统组成。

Q4（全新统）：该层为新近堆积土，一般厚度7～18m，颜色为土黄、灰黄、黑灰色，土层性质以粘土、粉质粘土、粉土为主，部分地区夹有薄层淤泥、淤泥质粘土以及粉砂等，层状结构，层理明显，植物根系迹象发育。

Q3（上更新统）：该层为老堆积土，一般厚度13～36m，颜色以褐黄色为主，土层以厚层状含砂姜粘土、含砂姜粉质粘土为主，夹有薄层粉土和粉细砂类，粉粒含量高，针状孔隙发育，水平层理明显，见虫迹通道，局部偶见淤泥质，含小钙质结核，见有螺、蚌化石及碎片，局部富集。

2 预制管桩在区内的应用现状

预制管桩是指预制的预应力钢筋混凝土管桩（本文简称预制管桩或管桩）。我国的预制管桩源于20世纪60年代，80年代开始推广使用，近几年徐州地区先后建起了多家管桩预制厂，有力地推动了预应力钢筋混凝土管桩在该区的应用，沛屯地区也随之开始使用预制管桩。由于预制管桩具有工业化定型生产、质量可靠、桩长桩径设计灵活、随购随用工期短、施工方便等优点，使预制管桩的应用逐步趋向普及。

1992年，我国制定了国家标准《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-92）。建设部于1993年起，将“高强度预应力混凝土管桩”列入重点推广项目。现行的《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）中提出了混凝土空心桩的承载力确定公式（以下简称规范公式）及其方法，对规范管桩的设计、生产、施工起到了重要的指导作用。

就管桩承载性状而言，由于掌握材料及分析方法的不同，管桩承载力特性的研究结果亦有差异，处于地质条件相同的同一地区，不同文献的看法也有所不同。因此管桩在设计和施工方面还有待于不断探索、总结和积累经验。

3 沛屯地区预制管桩应用中存在的问题

近几年预应力管桩在沛屯地区得到广泛应用，桩基的设计均依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）进行。实际工作中发现：计算的桩基竖向极限承载力

和桩基实际承载力（静载荷实验结果）相差较大。

本文收集了沛屯地区的沛屯五洲新天地、沛屯汉之源（宏达大厦）、沛屯华佗医院病房楼、沛屯城建展览馆、沛屯高精度铝板带项目板带车间生产线及配套五个工程实例，包括工程勘察资料及桩基质量检测报告。各工程实例通过静载试验获得桩竖向极限承载力的试桩值，按规范公式分别计算单桩竖向极限承载力，统计试计比和误差值情况详见表1：

因此有必要研究沛屯地区预应力管桩竖向承载力与土的物理力学性之间的关系，探讨造成承载力计算误差较大的原因，为建立本地区计算管桩承载力的经验公式提供依据。

4 误差原因分析

由于沛屯地区的地层结构较为特殊，土层大致可分为上层新近堆积土和下层老堆积土，新近堆积土厚度7～18m，其物理力学性质较差，不适宜作为桩基持力层；老堆积土厚度13～36m，物理力学性质好，是良好的桩基持力层。

从桩身承载性状看，本区桩型均为摩擦型桩，对于桩侧阻力，通过分析沛屯地区的预应力管桩，在施工过程中桩周土被挤压，在桩周形成扰动区，而扰动区土的强度将降低，桩侧阻力也会下降，分析表明由于管樁的挤土作用，在地表以下约8d范围内桩侧摩阻力基本丧失，在向下约8～16d范围内的桩侧摩阻力有所降低，同时在近桩端约3～5d范围内的桩侧摩阻力也有所降低。

对于桩端阻力，当桩端进入均持力层，开始桩端阻力随深度基本上呈线性增大，当达到一定深度后，桩端阻力基本恒定，深度继续增加，桩端阻力增大很小。收集的试桩资料均是以含砂姜粘性土为持力层的，而且该土层土质较均匀，当桩端进入该土层超过一定深度后，管桩桩端阻力将基本恒定。

总之当桩进入土层后，桩侧阻力会有一定程度的降低，同时桩端进入持力层后，随深度增加端阻力将基本恒定。而按规范公式通过查表计算时，认为桩周各层土没有扰动，桩侧阻力不会降低，同时桩端阻力被认为随深度增加而不断增大，这都将导致了计算的桩基承载力均大于试桩值。

根据以上分析可知，在沛屯地区，按《建筑桩基技术规范》的计算公式计算的结果与试桩相比误差较大，无法满足桩基的设计要求。为了确保计算结果的准确和工程的安全，应当对该地区各土层极限侧阻力和端阻力标准值添加修正系数，进而建立适合该地区的经验计算公式。

5 确定管桩承载力的方法

5.1 经验公式的选择

5.2 修正参数的确定

将该地区桩侧土划分为粘性土、粉土和含砂姜粘性土三大类，桩端土均为含砂姜粘性土，而根据三种土类的岩土物性参数比较，其修正系数取规范中qsik的指数函数。采用最小二乘法求解多元非线性方程组，得出极限端阻力和侧阻力修正系数。

6 经验公式的应用效果

7 结语

通过资料收集、统计分析、编程运算、现场静载荷试验等方法，对沛屯地区预制管桩的单桩竖向极限承载力进行了系统研究，得出了确定该地区承载力的侧阻力和端阻力的经验公式和修正系数。

通过分析实测资料得出：沛屯地区桩基承载力的主要贡献土层为下部的含砂姜粘性土，设计时应尽可能保证桩身进入含砂姜粘性土适当的深度，以利于桩身材料承载力的发挥，提高经济型。

根据土工试验获得的物理指标预估管桩承载力受多种因素影响，从表2可看出，本经验公式还存在一定误差，有待进一步研究修正。实际应用时应与双桥静力触探勘探等手段结合对管桩承载力进行验算和修正，从而较准确地预估管桩的承载力。

建议开展桩身应力实测工作，验证本研究报告的成果，进一步扩大土的物理指标确定承载力统计和分析工作，对土的更精细化分类和定名等进行更加深入分析研究，得出更可靠的修正公式。

参考文献

[1] 常士骠，张苏民.工程地质手册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2] 唐业清.简明地基基础设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[3] 顾晓鲁，钱鸿缙，刘惠珊，汪时敏.地基与基础（第二版）

[M].北京：中国计划出版社，1993.

作者简介：徐同悦（1962-），男，江苏赣榆人，徐州大屯工程咨询有限公司工程师，研究方向：工程管理。

（责任编辑：周 琼）