南通地区静力触探法估算单桩极限承载力

■李守明 王猛 沙小兵

（中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430000）

南通地区静力触探法估算单桩极限承载力

■李守明 王猛 沙小兵

（中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430000）

以南通工程勘察项目为背景，通过区域地质资料搜集整理、文献研究、静力触探试验、基桩自平衡测试、回归分析等多种方法对南通地区钻孔灌注桩基础桩侧摩阻力及单桩承载力进行了分析研究，提出了利用静力触探成果推求单桩极限侧摩阻力的公式，在此基础上修正了规范中由静力触探法估算单桩承载力的公式，并将工程实例的计算结果与试桩成果对比分析。结论是：本文方法能较好地评价钻孔灌注桩基础极限桩侧摩阻力和单桩极限承载力，克服了规范法估算单桩承载力不能考虑探头端阻力的缺点，本文方法估算的钻孔灌注桩极限承载力与试桩成果差别不大，且偏于安全，可作为今后南通地区钻孔灌注桩基础勘察设计的参考。

地质工程 单桩极限承载力 静力触探 土层极限侧摩阻力 钻孔灌注桩

1 引言

近年来，南通市政建设高速发展，相继完成了长江路、通启路、东快速路、江海大道、通沪大道、通宁大道等多条高架快速路。在这些城市高架桥的岩土工程勘察中，大量使用了的深孔静力触探（一般占勘探孔数的1/2～2/3，孔深70～100m）。如能很好利用这些原位数据，将可更好的指导桥梁桩基的设计与施工。本文就如何利用静力触探估算南通地区钻孔灌注桩极限承载力的问题进行简要分析和探讨。

2 南通地层特点

南通地处长江下游三角洲冲积平原，区内地势地平，高程一般2～6m。松散层覆盖大部分超过100m（300～400m），基岩仅狼山一带出露。

南通地区全新世地层底界一般约为40～50米，在第二软土层（一般为灰黑色淤泥质粉质黏土）之下，主要原因是本区位于古长江的下切河谷内。更新世地层一般埋深300～350米左右。

工程影响范围的地层多在100m以浅。一般浅部25m以内以稍密～中密粉土、粉砂为主，25～30m为淤泥质粉质黏土，其下为粉质黏土、粉土粉砂互层的软土，底板埋深一般在50m左右，50～70m以下为密实状粉砂、粉细砂，70以下为密实状粉细砂、中粗砂。

3 静力触探在南通地区勘察的适宜性及优势

据前述南通地层特点可知，静力触探的原位测试方法在南通地区是适用的，并具有以下优势：

（1）连续贯入，提供连续的地层信息，南通地区覆盖层粉砂夹粉土为主，采取率不高，夹层较多，多互层状，采用静力触探可以更准确反映地层性质，更准确划分土层。见图1典型静力触探试验曲线。

（2）直接提供端阻力、侧阻力参数，可以弥补粉土、砂土，层状土原状样采取较难，质量不易控制的缺点。可做为层状土物理力学性质指标离散性大的一个补充。

（3）南通主城区上部较少软土，25～30m以上主要为稍密～中密粉砂夹粉土，30～50m为粉土、软、流粉质黏土夹粉土、粉砂，以下为密实状粉细砂到中粗砂，可以保证在不下保护套管的情况下顺利贯入到70～80m深，并能保证探杆垂直度，满足高架桥桩基设计要求。

（4）对层状土可以提供一个综合的土层参数，更接近真实土层性质，安全经济的为桥梁桩基设计服务。

图1 典型静力触探试验曲线

4 利用静力触探成果估算单桩极限承载力

建筑桩基技术规范、铁路、公路等规范都给出了利用静探成果估算单桩承载力的经验公式，大多是针对压入、打入预制桩的，南通地区高架桥梁均采用钻孔灌注桩，根据铁路工程地质原位测试规程，钻孔灌注桩单桩极限承载力Qu（kN）的计算公式为

式中：U—桩身周长，m；hi—桩身穿过的第i层土厚度，m；Ac—桩底（不包括桩靴）全断面面积，m2；fi—第i层土的侧阻平均值，kPa；qcp—桩底端阻计算值，kPa；α—桩尖土的极限承载力综合修正系α=130.53（qcp）-0.76；βi—第i层土的极限摩阻力综合修正系数，βi=18.24（fsi）-0.75。

据经验，直接利用上述经验公式估算出的南通地区单桩极限承载力与试桩结果偏差较大，究其原因是因为该规范对土层极限侧摩阻的计算没有考虑端阻的影响，为能更准确的估算单桩极限承载力及土层极限侧摩阻力，考虑对式(1)的中侧摩阻项进行修正，提出了如下修正模型，以考虑静探端阻力qc的影响：

亦即

进而，钻孔灌注桩单桩极限承载力（kN）可表示如下：

式中：βifsi—由静力触探指标综合确定的钻孔灌注桩土层极限桩侧摩阻力，kPa；qc—双桥静力触探探头平均端阻力，MPa；fsi—双桥静力触探探头平均侧阻力，kPa；a—双桥静力触探端阻影响系数；b—双桥静力触探侧阻影响系数；c—双桥静力触探侧阻弱化指数；

为求出式(2a)模型参数，可采用回归分析法进行求解。式(2a)等号左侧取试桩试验确定的土层极限侧摩阻力，等号右侧的qc、fsi分别取试桩附近相应土层静力触探探头平均端阻力和平均侧阻力。用于回归分析的数据点如图2(a)所示，对式(2a)模型参数进行回归分析，求得式中参数a=1.489，b=9.395，c=0.323。需要注意的是回归分析时端阻力的单位要用MPa，侧阻力用kPa。

由图2(b)可见，式(2a)模型揭示的钻孔灌注桩土层极限侧摩阻力与静力触探探头端阻和侧阻力之间的关系具有如下特点：

（1）土层极限侧摩阻力既与静力触探探头侧阻力有关，也受端阻的影响。

（2）端阻对土层极限侧摩阻力的影响程度更大；

（3）端阻较小时，土层极限侧摩阻力对静探侧阻力较敏感，反之不敏感。即砂土密实程度高，静探端阻对土层极限侧阻的影响更大。

表1 钻孔灌注桩单桩承载力估算

图2 钻孔灌注桩土层极限侧摩阻力与静力触探成果关系

5 工程实例

为检验修正系数，根据式(3)，对部分工程的钻孔灌注桩进行单桩承载力估算，并与试桩结果进行对比，结果如表1。

由表1可见，本文方法估算出的单桩承载力一般较试桩试验获得的单桩极限承载力要小，即偏于安全，但偏差不大，通常小于6%，可以为钻孔灌注桩的设计施工提供有力参考，且式(2a)为由静力触探成果评价土层极限侧摩阻力提供了有效途径。

6 结论及建议

（1）模型样本主要为稍密～密实状粉细砂、粉土夹粉砂、淤泥质粉质黏土等80m以浅地层，表层种植土及深层粗砾砂及硬塑黏性土的样本较少，差异较大。

（2）式(2a)建立了静力触探成果与土层极限侧摩阻力之间的桥梁，且考虑了端阻力的影响，可以用于南通地区土层极限侧摩阻力的评价。

（3）式(3)对规范方法进行了修正，可用于对南通地区钻孔灌注桩单桩极限承载力的估算。

[1]《铁路工程地质原位测试规程》 （TB10018-2003）工程地质手册

[2]《江苏1：50000南通市、南通县、小海镇、海门市幅区调》项目野外工作总结

[3]沪通长江大桥、东快速路高架等项目的勘察报告和桩基检测报告

P624[文献码]B

1000-405X（2016）-5-266-2