深层静力触探估算钻孔灌注桩承载力研究

高　敬

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)



深层静力触探估算钻孔灌注桩承载力研究

高敬

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)

Study on the Estimation of Bearing Capacity of Bored Cast-in-situ Pile by Deep Penetration Test

GAO Jing

摘要深层静力触探技术能穿透较厚砂层，显著增加测试深度，使应用深层静力触探估算深长灌注桩单桩承载力成为可能。结合灌注桩桩身内力载荷试验和深层静力触探成果开展对比分析，提出新的修正系数计算公式，并对现行规范中容许承载力计算公式的应用给出建议。结合工程实例进行检验，为利用静力触探估算钻孔灌注桩承载力提供一种新的途径。

关键词深层静力触探桩身内力载荷试验灌注桩极限承载力容许承载力

1概述

随着高速铁路等高标准、重大工程建设的不断发展，桥梁桩基工程设计占比和设计深度显著增加，因而对工程勘察技术，特别是对原位测试技术提出了更高的要求。常规静力触探具有高效、资料连续、可靠度高等优点，但也存在不易穿透硬层、测试深度较浅的不足，往往无法达到桥梁桩基工程的深度要求，用于估算深长钻孔灌注桩单桩承载力更是无从谈起。

2001年，铁三院提出深层静力触探的设想，经过10余年的持续攻关，现已逐步发展成熟，并在工程勘察中得到应用。深层静力触探是指使用深层静力触探设备及无缆触探测试仪器，采用在触探孔壁间注入润滑剂或下护管等工艺开展的静力触探试验[1]。实践表明，在津冀地区较常规静力触探能穿透较厚砂层，测试深度增加20～40 m，最大达75 m，解决了常规静力触探不易穿透硬层，测试深度较浅的难题，使得将静力触探应用于深长钻孔灌注桩单桩承载力估算成为可能。

结合某高速铁路工程中钻孔灌注桩桩身内力载荷试验成果和深层静力触探成果，开展对比分析工作，提出了新的修正系数计算公式，并对现行规范中容许承载力计算公式的应用提出建议，最后结合工程实例进行检验。

2桩身内力载荷试验

现行规范中单桩承载力的计算方法中都是分别计算桩侧阻力和桩端阻力后再叠加，因此用试桩资料选取计算参数时，首先需确定桩侧摩阻力和桩端阻力的值，这项工作是研究单桩竖向承载力的前提和重要组成部分，也是分析桩荷载传递机理的基础。划分桩的端、侧阻力最可靠的方法是实测法，即桩侧阻力分布和桩端阻力测试。

桩侧阻力分布测试是指在桩身不同高度埋设应变测量元件，与静载荷试验同步进行，测量荷载作用下的桩身变形。假定桩身截面和弹性模量不变的条件下，根据应力应变关系计算桩身不同高度的应力及轴力，从而得到桩身相应段内桩侧摩阻力。桩端阻力测试是指在桩底埋设压力盒，依据应力应变关系计算桩端阻力。

在开展研究之初，认为应着力解决传统试桩资料只有极限承载力成果，只能采用经验方法划分桩侧阻力和桩端阻力的不足。因此，着力于收集桩身内力载荷试验成果，以提高对比分析的可靠性。依托天津及周边地区试桩资料，收集到共计30根桩的桩身内力载荷试验成果，桩长35～60 m，桩径0.6～1.5 m。为保持数据的有效性，在载荷试验点附近对应开展深层静力触探试验，共计完成37孔。

3修正系数研究

现行规范《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)、《铁路工程地质原位测试规程》(TB10018—2003)中，应用静力触探成果确定单桩极限承载力采用的计算公式基本相同，不同的是依据土性、成桩工艺等选择的修正系数，计算公式基本形式为

(1)

式中u——桩身周长/m；

li——桩身穿过的第i层土厚度/m；

Ac——桩端面积/m2；

qcp——桩底端阻计算值/MPa；

βi——第i层土的桩侧阻力修正系数；

α——桩端阻力修正系数。

沿用上述基本形式估算灌注桩单桩承载力，并结合试桩资料所得的桩侧阻力和桩端阻力成果，分别对侧阻力、端阻力修正系数开展对比分析工作。

3.1侧阻力修正系数

(2)

(3)

图1　静力触探估算深长灌注桩侧阻力修正系数

3.2端阻力修正系数

同样沿用现行规程桩极限承载力公式中端阻力修正系数α，与前文得到的桩端阻力目标值Fcp和触探端阻力计算值qcp建立关系，即作如下定义

(4)

将得到的端阻力修正系数α与触探端阻计算值qcp进行统计分析，得到36组统计数据，并绘制数据散点图、拟合曲线(图2)，拟合得到端阻力修正系数公式

(5)

图2　静力触探估算深长灌注桩端阻力修正系数

4容许承载力计算公式中的应用

进行单桩承载力设计时，通常采用极限承载力或容许承载力两种方法。当采用极限承载力设计时，可直接将前文得到侧阻力、端阻力修正系数代入公式(1)进行计算；当采用容许承载力设计时，可依据前文成果对公式形式进行转换。

因而得到，基于静力触探确定钻孔灌注桩单桩容许承载力公式

(6)

5工程实例

某工程实例中，参照“桩基”规范使用钻探成果确定灌注桩单桩极限承载力，同时应用前文侧阻力、端阻力修正系数进行估算，将上述不同方法得到的承载力值与现场试桩成果进行比较。

5.1工程概况及试桩成果

某桩基工程，勘察阶段完成钻探4孔，静力触探4孔。该工程进行了单桩竖向抗压静载试验，桩径600 mm，桩长31 m，完成试桩3根，测试单桩极限承载力结果为3 720 kN。分别采用现行规范方法、静力触探方法进行计算。

5.2现行规范方法

本文通过对已使用游客中心的游客进行阶梯式访谈，获取“属性-结果”“结果-价值”的关系矩阵，并生成结构价值图。根据该图，提出游客对于游客中心的价值感知具有层次性的假设，即“游客对于属性层价值感知显著影响结果层价值感知”和“游客对于结果层的价值感知显著影响游客对于价值层的感知”。其次，通过问卷形式收集数据，运用因子分析提取各层次感知价值维度，采用多元回归就“属性-结果层”与“结果-价值层”的关系进行验证，并且通过可视化描述，建立大峡谷游客中心感知价值层次模型。与已有关于游客感知价值的研究相比，本研究探讨了感知价值间的关系，得出以下几点结论：

参照“桩基”规范5.3条确定单桩极限承载力。结合室内试验成果，确定桩周土的极限侧阻力、桩端土的端阻力标准值，代入公式(1)，经计算，得出灌注桩极限承载力为2 944 kN。

5.3深层静力触探方法

应用侧阻力、端阻力修正系数公式，选取该工程静力触探孔2孔(DCPT1、DCPT2)，估算单桩极限承载力。

(1)单桩极限桩侧阻力

按照静力触探划分土层，分别统计静力触探侧阻力平均值，代入公式(3)，计算单桩极限摩阻力修正系数。代入公式(1)的前半部分，得到单桩极限桩侧阻力值。

应用静力触探估算单桩桩侧阻力，触探孔DCPT1、DCPT2计算结果分别为3 465.98 kN、3 449.49 kN。

(2)单桩极限桩端阻力

依据“原位”规程第10.5.20条规定取值，确定桩底端阻力计算值，代入公式(5)，计算单桩极限端阻力修正系数。代入公式(1)的后半部分，得到触探孔DCPT1、DCPT2单桩极限桩端阻力值分别为39.60 kN、54.50 kN(表1)。

表1　单桩极限桩端阻力计算

(3)灌注桩极限承载力

将前文计算结果相加得到单桩极限承载力。经计算，触探孔DCPT1、DCPT2单桩极限承载力分别为3 505.58 kN、3 503.99 kN。

5.4效果评价

上述成果均与试桩实测单桩极限承载力对比(表2)，依据桩基规范方法确定单桩极限承载力误差为20.8%，偏向安全；应用本文经验公式估算单桩极限承载力误差分别为5.76%、5.80%，偏向安全。比较后认为，本文提出的计算公式确定单桩极限承载力效果较好。

表2　不同估算方法与实测试桩对比

6结论

(1)深层静力触探较常规静力触探能穿透较厚砂层，显著增加测试深度，解决常规静力触探不易穿透硬层、测试深度较浅的难题，为应用深层静力触探估算钻孔灌注桩单桩承载力提供了一种新的途径。

(2)选用桩身内力测试成果进行对比分析工作，避免了传统试桩资料只有极限承载力成果，只能采用经验方法划分桩侧阻力和桩端阻力的不足，提出基于深层静力触探估算钻孔灌注桩承载力的修正系数公式。

(3)对现行规范中容许承载力计算公式的应用给出了建议。

(4)经工程实例检验，基于深层静力触探估算钻孔灌注桩承载力误差较小，且偏向安全，研究成果可为

参考文献

[1]铁道第三勘察设计院集团有限公司.深层静力触探技术暂行规定[S].天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2015

[2]JGJ94—2008建筑桩基技术规范[S]

[3]TB10002.5—2005铁路桥涵地基和基础设计规范[S]

[4]TB10018—2003铁路工程地质原位测试规程[S]

[5]陈新军，袁广义.无缆静力触探新技术[C]∥土木工程与高新技术——中国土木工程学会第十届年会论文集.北京：中国土木工程学会，2002

[6]陈新军，杨怀玉.一种深层静力触探测试方法[J].铁道工程学报，2010(12):289-292

[7]高敬，陈新军.扩孔器在深层静力触探中的应用研究[J].铁道工程学报，2014(6):5-8

[8]陈新军，高敬.旋转触探确定钻孔灌注桩极限承载力研究[J].铁道工程学院，2014(12)：28-32

[9]刘占友.静力触探新技术的发展与应用[J].铁道勘察，2005(4):49-50

[10]王传焕.用静力触探确定天然地基的极限承载力[J].铁道勘察，2006(3):34-36

中图分类号：TU413.9

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2016)01-0052-03

作者简介：高敬(1983—)，男，2009年毕业于中国科学院研究生院岩土工程专业，硕士，工程师。

收稿日期：2015-12-31