中欧（新加坡）规范桩基竖向抗压承载力计算方法对比

张培印

（中国水电基础局有限公司，天津 301700）

0 引 言

随着中国企业“走出去”战略的逐步实施，中国建筑企业在全球范围内的业务量逐步提升；不同地区都有各自适用的规范条文，在亚洲，尤其是新加坡自 2015年以来建筑设计规范逐步由英国标准转为欧洲规范，即由 BS EN1997-1:2004、BS EN1997-2:2007分别转为EN1997-1、EN1997-2。其中，EN1997-1为欧洲规范第 7卷岩土工程设计部分，其设计原理秉承欧洲规范的主要设计思想，即强调极限状态设计，指定在设计中要区分出承载力极限状态与正常使用极限状态[1]。基于岩土设计本身的复杂性，并考虑各个国家地质、气候、经济条件等具体情况，发行各国家附录（NA），具体到桩基承载力设计上，又有不同的设计方法、设计路径、设计组合以及调整系数、模型系数可供选取[2]。

EN1997-1通过采用不同设计作用效应、设计抗力表达式组合及引进不同分项系数的方式，提出了3种设计路径（Design Approach），分别被称为DA-1、DA-2和DA-3。DA-1对荷载作用或抗力作用分项系数，DA-2对荷载作用和抗力作用分项系数，DA-3对结构作用和材料参数作用分项系数。选择何种设计途径是由相关国家自行决定的[3]，并在各国家附录中明确规定。新加坡桩基规范指明采用路径一进行设计。中方工程设计与施工人员往往对国标《建筑桩基技术规范》（下文简称“桩规”）较为熟悉，开展海外桩基工程不可避免地要理解并接受欧洲标准与国标的差异，需要分析国内外桩基设计中存在差异的原因。

1 新加坡桩基设计

1.1 设计路径及分项系数

与我国标准不同的是，欧洲规范采用以概率理论为基础、按分项系数表达的极限状态设计方法。根据规定，新加坡选取设计路径一进行桩基设计[4]，作用（A）、抗力（R）与材料（M）通过不同的分项系数组合，在路径一中形成两种组合方式：组合一 DA1-C1（Design approach 1, combination 1）与组合二 DA1-C2（Design approach 1, combination 2），见表1。

表1 设计路径—两种组合方式Table 1 Combinations under DA-1

表中，A1为作用分项系数，取A1组值；M1为材料分项系数，取M1组值；R1为抗力，取R1组值，依此类推。

作用分项系数见表2。

表2 作用分项系数Table 2 Partial load factor

欧洲规范鼓励通过静载荷试桩得到特征值，对利用数值求解桩基承载力特征值，没有具体规定；若通过数值求解承载力，应当考虑计算模型的系统性错误或呈现一定范围的不确定性，引入一个大于1的模型系数（model factor）来调整抗力系数[5]，对计算结果进行修正，以保证计算结果的精度或安全性。模型系数在国家附录中有规定，该系数既可施加到作用效应上，也可施加到抗力项上；欧洲规范推荐值为1.4，新加坡通常采用1.35。

1.2 抗压承载力设计值计算公式

根据1.1节描述，新加坡规范桩基抗压承载力设计值计算公式为：

式中：Rc;d为桩基竖向承载力设计值；Rs;d为桩侧抗力设计值，可视为桩侧抗力；Rb;d为桩端抗力设计值，可视为桩端抗力；Rs;k为桩侧阻力特征值；Rb;k为桩端阻力特征值；γR;d为模型系数；γs为桩侧阻力分项系数；γb为桩端阻力分项系数；qsi;k为第i层土单位面积桩侧阻力标准值；qb;k为桩端阻力标准值；As;i为第i层土桩身面积；Ab为桩端面积。值得注意的是，欧标中的承载力设计值，是极限状态承载力的概念。从数值上讲，Rs;k与Rb;k本身分别是桩侧与桩端阻力的极限值，除以一个接近2的组合系数后即变为设计值；国标“桩规”中承载力特征值也可看作由桩侧承载力特征值与桩端承载力特征值之和，见公式（9），只是这里的特征值是由桩侧、桩端极限值除以安全系数2所得，从数值上看，两个规范里的特征值约相差1倍，即欧标中的特征值大于“桩规”特征值。换言之，“桩规”中的承载力特征值Ra可认为是欧标中的承载力设计值Rc;d。

2 欧标、国标桩基设计的联系与对比

依据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）[6]，单桩竖向抗压承载力的设计方法为综合安全系数法，估算桩基竖向极限承载力标准值如下式：

可以认为：式中：Qu;k为竖向极限承载力标准值；Qs;k为桩侧极限承载力标准值；Qp;k为桩端极限承载力标准值；qsi;k为第i层土单位面积桩侧阻力标准值；qb;k为桩端阻力标准值；As;i为第i层土桩身面积；Ab为桩端面积；K为综合安全系数；Ra为竖向承载力特征值，内涵同欧标中的桩基承载力设计值Rc;d。

安全系数综合涵盖了诸多不确定因素，如地质条件、土体性能、施工因素等，极限承载力标准值除以安全系数K得到承载力特征值；该方法没有考虑确定桩极限承载力方法的可靠性，不区分桩侧、桩端达到极限状态的先后顺序，这显然是值得商榷的。

3 计算实例

以新加坡大士污水处理厂 C3C桩基项目某试验桩设计为例，项目地质勘察结果表明，自上而下土层划分为：①砂质填土、②海相沉积黏土、③全风化砂岩、④强风化砂岩、⑤中风化砂岩。试桩时在护筒外侧涂抹沥青层以消除填土与海相黏土的桩侧摩阻力。勘察报告给出的各土层标贯值见表3。

表3 各土层标贯值（SPT）Table 3 Standard penetration value of each soil layer

根据国内规范及欧洲规范计算结果见表4。

表4 承载力设计值Table 4 Design value of bearing capacity

从表4计算结果可以看出，EN1997-1两种组合下计算出的桩总承载力相差较大，这是因为两种组合对应的抗力分项系数不同，且由DA1-C2控制设计。欧洲规范考虑了桩侧与桩端位移的不同步性，也就是桩侧、桩端承载力发挥的不同步性，分别赋予不同的抗力分项系数。国标计算的桩承载力与DA1-C2计算结果相差不多，主要是因为欧洲规范中引入了模型系数，使得修正后的桩侧承载力抗力系数达到 1.89，桩端抗力系数达到 2.295，综合平均系数为2.01，这与国标中的安全系数K十分接近。

4 结 论

《建筑桩基技术规范》与EN1997-1关于极限承载力计算值的计算方法是相同的，均由侧阻力与端阻力极限计算值组成；尽管中、欧（新加坡）规范从设计理论及思路上存在差异，但是由于抗力分项系数的组合作用，其国标承载力特征值与欧标（新加坡）承载力设计值计算结果相差不大；欧洲规范考虑了桩侧、桩端阻力发挥的不同步性，国标没有考虑这一过程。