经验参数法与双桥静力触探估算预制桩单桩承载力对比分析

王文韬，刘元钊

（青岛中油岩土工程有限公司，山东 青岛 266071）

静力触探自1917年瑞典正式使用以来，迄今已有百余年历史。目前，该项测试技术在很多国家都被列入国家技术规范中，并在世界范围内得到了广泛的应用。在我国，该技术主要用于对地基土进行力学分层并判别土的类型、确定地基土的参数（强度、模量、状态、应力历史）、砂土液化可能性、浅基承载力、单桩竖向承载力等。在国家现行规范《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）中估算单桩极限承载力推荐两种方法，分别是原位测试法与经验参数法，原位测试法就是静力触探试验。

工程中在使用这两种方法估算单桩极限承载力时，得到结果往往差异较大。文章在同一场地采用两种方法估算，然后与工程试桩结果进行对比，结合场地地层实际情况分析差异原因，以为类似场地提供工程经验。

1 工程实例

1.1 工程概况

中国石油在新疆库尔勒地区投资建设某乙烷制乙烯化工厂，拟建一套60万t/年乙烯装置，由于该项目基础埋深处天然地基持力层承载力不能满足上部设计要求，拟采用桩基础。

场地位于天山南麓霍拉山山前洪积扇前缘，属于山前洪积细粒土平原，场地地势平坦开阔，呈东北侧高、西南侧低，地面标高最大值918.27m，最小值916.38m，地表相对高差1.89m。该项目详细勘察主要采用了双桥静力触探试验与标准贯入试验等原位测试手段，并结合室内土工试验，静力触探试验深度为25～40m。

场地勘探深度范围内（最深45m）所揭露的地层中①-1粉土、①粉土、③粉土为盐渍土，具有溶陷性、湿陷性、腐蚀性；②粉砂分布极少，无工程意义；③-1粉土、④粉砂夹粉土、⑤粉土具有轻微液化性，力学性质较好；⑥-1粉质黏土力学性质差；⑤-1粉砂、⑤-2粉土、⑥粉土、⑥-2粉砂、⑦粉土、⑦-1粉质黏土、⑦-2粉砂、⑧粉土力学性质好，可作为桩端持力层。

该场地属盐渍土场地，场地水、土对建筑材料具有强腐蚀性，根据相关规范，选用高标号的实心预制钢筋混凝土方桩基础。实例中的桩参数：桩长为24m、截面尺寸为500mm×500mm。 以 ZK133、ZK208、ZK279钻孔为例估算单桩承载力，双桥静力触探孔位于钻孔附近1m以内，以保证数据的可比性。

1.2 经验参数法估算单桩承载力

依据国家现行规范《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008），可根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩承载力，黏性土根据液性指数IL、粉土根据孔隙比e、砂土根据标准贯入锤击数N。采用以上指标数理统计标准值，单桩竖向极限承载力标准值宜按式（1）估算：

式中：Quk为单桩竖向极限承载力标准值，kN；Ap为桩底端横截面面积，m2；u为桩身周边长度，m；li为第i层岩土的厚度，m；qsik为桩第i层土的极限侧阻力标准值，kPa；qpk为桩端极限端阻力标准值，kPa。

根据各土层物理指标确定的力学参数及单桩竖向极限承载力标准值估算值（见表1），桩基承台深度为2m。

表1 混凝土预制桩的极限端、侧阻力标准值及单桩竖向抗压 承载力极限值估算值

1.3 双桥静力触探法估算单桩承载力

静力触探试验（static cone penetration test）简称静探（CPT），是利用静力以一恒定的贯入速率将圆锥探头通过一系列探杆压入土中，根据测得的探头贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的原位试验，主要适用于软土、黏性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。静力触探试验兼有勘探和测试双层功能，既可以对地基土进行力学分层并判断土的类型，又可以确定地基土的参数（强度、模量、状态、应力历史）、砂土液化可能性、浅基础承载力、单桩竖向承载力等。

依据国家现行规范《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008），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式（2）计算：

式中：Quk为单桩竖向极限承载力标准值，kN；Ap为桩底端横截面面积，m2；u为桩身周边长度，m；li为第i层岩土的厚度，m；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，然后再和桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均，kPa；α为桩端阻力修正系数，对黏性土、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。

βi按式（3）、式（4）计算。

其中，黏性土、粉土：

砂土：

估算单桩竖向抗压承载力极限值的双桥静力触探指标如表2所示，估算结果如表3所示。桩基承台深度为2m。

表2 估算单桩竖向抗压承载力极限值的双桥静力触探指标

表3 双桥静力触探结法单桩竖向抗压承载力极限值估算值

1.4 工程桩试桩检测结果对比

该工程在施工前进行了高应变法的试桩试验，高应变法能够确定单桩轴向抗压极限承载力和桩身完整性。文章选取了位于ZK133、ZK208、ZK279钻孔附近的3根桩，实际桩型及入土深度与估算一致。ZK133试桩结果为5432kN，经验参数法的偏差为-21.4%，双桥静力触探的偏差为6.1%；ZK208的试桩结果为5655kN，经验参数法的偏差为-23.2%，双桥静力触探的偏差为3.6%；ZK279的试桩结果为5315kN，经验参数法的偏差为-18.5%，双桥静力触探的偏差为5.4%。从对比结果可以看出，双桥静力触探估算单桩承载力与试桩结果更为接近，偏差小，估算值略偏大；参数法与试桩结果偏差较大，估算值偏小。

2 初步技术分析

根据以上结果对比，可以发现双桥静力触探的估算结果与试桩结果偏差小，更为接近。

从场地地层角度来分析，拟建装置场地的地层粉土砂土互层现象明显，均匀性差，而经验参数法中的各项参数是以岩性均一的粉土或砂土为基础统计而来，所以经验参数不能准确反映场地土的力学性质。另外，粉土更容易被扰动，土工试验结果的准确性也较难保证。相反，双桥静力触探试验则能更好地反映场地土的实际情况，地层中各种土的状态和密实度不同，探头所受的阻力也不一样，通过贯入阻力与土的工程地质特性之间的定性关系和统计相关关系来获取地层的力学参数，更加接近地层实际。

从贯入机理来说，静力触探贯入机理和桩的作用机理类似，静力触探相当于预制桩沉桩的模拟试验，静力触探的锥尖阻力、摩阻力分别与预制桩发挥单桩承载力时受到的端阻力与侧壁摩阻力类似，所以双桥静力触探的估算结果更接近实际。

与静力触探相比，桩的表面粗糙，可能获得侧壁摩阻力比静力触探的摩阻力更大，同时，桩的直径大，沉桩对桩周土的扰动大，造成地层的力学性质降低。该工程中双桥静力触探的估算结果偏大，可能与场地地层粉土较厚、易于扰动的原因有关。

3 结束语

在该工程中，利用规范中双桥静力触探法确定单桩极限承载力估算结果，与经验参数法相比，更加接近实际，特别是在地层不均匀、互层现象明显的场地，经验参数法偏差较大，在桩基设计中应优先参考双桥静力触探法估算单桩承载力。但双桥静力触探法估算结果也偏大，对工程不利，实际工程中应与工程桩试桩结合，如高应变、单竖向抗压静载试验等，以达到经济安全效果。