根據(jù)文萊某項目探討中英標(biāo)準(zhǔn)單樁豎向承載力估算方法

劉輝輝

(四川省金核地質(zhì)勘查工程有限公司，四川成都 610052)

在海外進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的投標(biāo)工作，各個國家均有各自的規(guī)范條例。文萊達(dá)魯薩蘭國(簡稱文萊)現(xiàn)在基礎(chǔ)建設(shè)中主要沿用英國的土木工程規(guī)范。我國的工程設(shè)計人員熟知國內(nèi)規(guī)范，在投標(biāo)過程中也往往根據(jù)翻譯的結(jié)果與國內(nèi)規(guī)范對比后，重新核算工作量。就樁基計算而言，外方提供的勘察設(shè)計成果與國內(nèi)規(guī)范的計算結(jié)果往往存在一定差異，有時甚至差異較大。本文粗淺地分析英國標(biāo)準(zhǔn)與中國規(guī)范在樁基計算中存在差異的原因，希望能為國內(nèi)的工程設(shè)計人員提供借鑒[1]。

1 單樁極限承載力計算

英國標(biāo)準(zhǔn)與中國規(guī)范中的單樁承載力計算方法存在著很多共同點(diǎn)，比如，單樁極限承載力均由單樁極限樁側(cè)摩阻力和單樁極限端阻力共同組成，即

Qu=Qs+Qp

(1)

式中：Qu為單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；Qs為單樁極限樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；Qp為單樁極限樁端承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)。

樁基礎(chǔ)承載力計算的區(qū)別主要在于樁土之間的摩擦力、樁端阻力如何取值。具體來說，在確定樁側(cè)摩阻力和樁端阻力上，英國標(biāo)準(zhǔn)與中國規(guī)范中采用什么參數(shù)和什么樣的經(jīng)驗(yàn)公式，存在較大的差異。并且每個國家都有各自所“偏好”的勘察方式、原位測試試法和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，樁基承載力確定方法也是如此[1]。

1.1 單樁極限樁端承載力

1.1.1 黏性土中的樁

1.1.1.1 根據(jù)不排水抗剪強(qiáng)度計算單樁極限樁端承載力

根據(jù)樁端處原狀土的不排水抗剪強(qiáng)度確定單樁極限樁端承載力可按下式計算：

Qp=qpAp=NccuAp

(2)

式中：cu為樁端處原狀土的不排水抗剪強(qiáng)度(kPa)，一般通過三軸剪切試驗(yàn)得到，如無可靠的試驗(yàn)指標(biāo)一般可取cu=(4～5)N計算，N為樁端處未經(jīng)修正的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。

Nc值一般取9，當(dāng)樁端進(jìn)入持力層的深度與樁徑之比小于4時，Nc取6。此外BS8004中關(guān)于Nc的計算公式如下：

Nc=9×k1×k2

(3)

其中：

k1=2×(1+L/6B)/3

(4)

式中：L為樁端進(jìn)入持力層的深度，B為樁身寬度或直徑,k2的取值與樁的類型和cu有關(guān)，見表1。

表1 黏性土中k2取值

此法多用于非擠土樁如鉆孔灌注樁的單樁極限樁端承載力計算。

1.1.1.2 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)計算單樁極限樁端承載力

根據(jù)樁端處土的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)確定單樁極限樁端承載力可按下式計算：

Qp=qpAp=αNAp

(5)

式中：α為樁端阻力換算系數(shù)，對于黏性土α值一般在70～200之間[4]；N取樁端以上3D以及樁端以下8D范圍內(nèi)未經(jīng)修正的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)平均值[5]。

BS8004中關(guān)于用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)估算單樁極限樁端承載力，其極限端阻力為：

qp=100nbN

(6)

式中：nb為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取決于土層和樁的類型，對于樁端為黏性土的擠土樁nb=0.95～1.6；N為樁端處未經(jīng)修正的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。

此法多用于擠土樁如預(yù)制樁的單樁極限樁端承載力計算。

1.1.2 非黏性土中的樁

單樁極限樁端承載力：

(7)

1.2 單樁極限樁側(cè)摩阻力

國內(nèi)任何土質(zhì)的側(cè)摩阻力都考慮，而國外省略硬黏土層上臥軟土層的側(cè)摩阻力[6]。

1.2.1 黏性土中的樁

單樁極限樁側(cè)摩阻力：

Qs=qsAs=αcuAs

(8)

式中：α為粘結(jié)系數(shù)，主要與土層強(qiáng)度、作用于樁的有效上覆壓力、樁的類型和施工方法有關(guān)。

(1)在缺乏可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，置換樁的α值(表示為αrepl)可根據(jù)以下公式估算：

0.4≤αrepl=k1[1-k2loge(cu/100)]≤1.0

(9)

式中：k1和k2可分別取為0.45和1.0。

(2)在缺乏可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，擠土樁的α值(表示為αdisp)可根據(jù)以下公式估算：

(10)

(3)佩克(1974)提出粘結(jié)系數(shù))α與黏性土的不排水抗剪強(qiáng)度cu)的關(guān)系見表2。

表2 粘結(jié)系數(shù)與黏性土的不排水抗剪強(qiáng)度的關(guān)系

1.2.2 砂土中的樁

單樁極限樁側(cè)摩阻力：

(11)

式中：Ks為水平土壓力系數(shù)，δ′是樁與土層之間的摩擦角。Ks的取值與樁的類型及土層情況有關(guān)，具體見表3[3]。

表3 砂土中Ks的建議值

Ks還可根據(jù)樁的類型通過靜止土壓力系數(shù)K0計算，鉆孔樁一般取Ks=K0，打入樁一般取Ks=(1～1.8)K0。

其中：

K0=1-sinφ

(12)

式中：φ為該土層的內(nèi)摩擦角，δ′可取(0.5～0.8)φ[2]。

2 安全系數(shù)

國內(nèi)規(guī)范[7]中單樁豎向承載力安全系數(shù)一般取2，英國標(biāo)準(zhǔn)BS8004[3]中推薦樁基承載力安全系數(shù)為2～3，在地質(zhì)情況不是很明確的情況下取上限，地質(zhì)情況明確且地質(zhì)指標(biāo)準(zhǔn)確的情況下，可以取下限[6]。

3 工程實(shí)例

文萊某項目位于文萊首都斯里巴加灣市，為城市立交橋。根據(jù)外方提供的該立交橋的巖土工程勘察報告，以某鉆孔按標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計算，土層分布及參數(shù)見表4。

表4 某鉆孔土層分布及參數(shù)

根據(jù)此鉆孔資料，對直徑400 mm鉆孔灌注樁進(jìn)行承載力計算，樁長按20 m考慮，計算結(jié)果見表5；對邊長300 mm混凝土預(yù)制方樁進(jìn)行承載力計算，樁長按16.5 m考慮，計算結(jié)果見表6。

從表5和表6量值上看，因?yàn)橛鴺?biāo)準(zhǔn)忽略了硬黏土層上臥軟土層的側(cè)摩阻力且安全系數(shù)取值較大，因此單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值與單樁豎向承載力特征值與國內(nèi)規(guī)范存在一定差異，此差異隨著樁長及上臥軟土層厚度的增加會逐漸增大。

另外國內(nèi)規(guī)范采用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法均是根據(jù)國內(nèi)的土層統(tǒng)計得出的結(jié)果，并不一定適合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)情況，這也是差異存在的一個原因。

4 結(jié)束語

英國標(biāo)準(zhǔn)與中國規(guī)范在計算單樁承載力時的思路是一致的，均采用由樁間土的摩阻力與樁端土的端阻力共同組成；主要的區(qū)別在確定樁間土的摩阻力和樁端土的端阻力時采用何種經(jīng)驗(yàn)公式。

英國標(biāo)準(zhǔn)在確定樁基參數(shù)時經(jīng)驗(yàn)公式及計算方法較多，而中國規(guī)范主要依靠經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法。對于國外投標(biāo)的工程，可以多參考當(dāng)?shù)氐囊?guī)范、手冊或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)然后與中國規(guī)范相互參照，求同存異，取長補(bǔ)短，做到既能滿足投標(biāo)要求又不過于保守或激進(jìn)。

表5 直徑400mm鉆孔灌注樁單樁承載力估算

表6 邊長300mm混凝土預(yù)制方樁單樁承載力估算