基于试桩的桩基承载力动态调整

基于试桩的桩基承载力动态调整

单继飞

上海汇谷岩土工程技术有限公司 201108

摘要：本文依照经验理论结合的思路，结合具体工程实例，在试桩资料分析的基础之上，通过桩基承载力性状提出并动态调整承载力，并对调整后桩基承载力进行可靠性分析。结果表明，调整后桩基承载力设计上可行，且具较高的安全储备。

关键词：试桩；承载力；岩土工程；可靠性

引言

岩土工程是一门综合性的学科，以岩石和土的利用、整治或改造作为研究内容，服务于各类主体工程的勘察、设计与施工的全过程^［1］。岩土工程实践性很强，经验与理性的概念相结合才会让综合判断更具生命力^［2］。

本文沿袭经验理论结合的思路，结合具体工程实例，在试桩资料分析的基础之上，通过桩基承载力性状提出并动态调整承载力，并对调整后桩基承载力进行可靠性分析。

1、项目简介

上海某建设场地拟建若干幢8层中高层住宅楼，若干幢3层别墅，1幢8层租赁房，一处地下车库及配套用房。

其中8F中高层住宅楼，上部结构采用框剪结构，柱间距约6.1m，荷载约150kPa，基础采用桩筏基础。地下室开挖深度约5.8m。

拟建场地临近上海三大地貌类型（滨海平原、湖沼平原Ⅰ1及湖沼平原Ⅰ2）交汇处，场地地质条件较为复杂。根据地质沉积规律综合工程应用将场地分为A区、B区、C区三个地质区，其中A区可分为A1区及A2区。各区地质特点如下：

A1区：分布有第⑦_1-1层，该层P_s平均值较A2区偏大，未分布有第⑤₂砂质粉土层，该区域各建筑物采用第⑦_1-1层为桩基持力层；沉桩阻力一般。

A2区：分布有第⑦_1-1层，该层P_s平均值较A1区偏小，未分布有第⑤₂砂质粉土层，该区域各建筑物采用第⑦_1-1层为桩基持力层；沉桩阻力一般。

B区：分布有第⑦_1-1层，该层P_s平均值较A区偏大，且浅部分布有第⑤2砂质粉土层，该区域洋房及租赁房采用第⑦_1-1层为桩基持力层，沉桩需穿透中密的第⑤₂砂质粉土层并进入第⑦_1-1层1m~2m，沉桩阻力非常大。

C区：分布有较厚的第⑤₃层，该区域洋房及租赁房采用第⑦₂层为桩基持力层，局部第⑤₂砂质粉土层较为密实，沉桩阻力非常大。

为校核工程地质条件；论证不利条件下的沉桩可行性。分析压桩力及桩端进入桩端持力层关系，进行动态干预、调整桩基设计。对潜在的不能达至设计最低预期的承载力的不利样本，通过评估性测试预判单桩承载力，以便采取进一步措施。因此，布设工前试桩进行破坏性静载荷试验。

2、经验承载力

2.1 抗压桩桩侧摩阻

桩侧摩阻自桩身由上而下逐渐发挥，一般竖向荷载作用下，桩身上部土的侧阻并未达到极限，以致下部土的侧阻发挥受限；较大荷载作用下，桩身上部桩土接触界面出现滑移，下部土层侧阻逐步发挥至极限侧阻。同时，持力层中侧阻因深度效应而存在稳值^［3］。

侧阻受土质、桩身、桩土、荷载等一众因素影响，考虑所有因素影响的分析方法难以实现，且在工程应用上也无必要。因此，同一场地，影响侧阻的决定因素可类似砌体强度总结为：桩周土和桩土相互作用强度^［4］。

2.2 抗压桩端阻

桩端阻力的发挥同侧摩阻一样，受众多因素影响，也存在深度效应。考量端阻时，不仅需考虑端阻的发挥，对于预制桩也应关注沉桩的可能性。同时对于持力层下有软弱下卧层时，也需考虑其对端阻的影响^［5］。

2.3 经验承载力

由以上分析，参照上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2012），结合勘察经验，给出拟建场地内桩基的桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp值、承载力如下表：

表1：经验承载力（参数）

注：以上承载力计算基于PHC400管桩。

3、试桩分析

基桩竖向受压承载性状，国际上公认的，也是最为可靠的检测方法即为竖向抗压静载荷试验。

为获取桩周土体对桩的极限抗力，试验应加载至地基破坏^［6］。

拟建场地试桩位置的选择以承载力发挥最不利为原则，考虑进入桩端持力层深度、桩端持力层土质等因素，A1区共布置6根试桩，A2区共布置7根试桩。采用慢速维持荷载法，试桩休止期不少于28天。竖向抗压试桩检测结果详见下表2。

表2：竖向抗压试桩检测结果

注：按上海市工程建设规范《地基基础设计标准》（DGJ08-11-2018）,单桩竖向承载力分项系数对于预制桩取值为1.8。

4、承载力调整

由竖向抗压试桩检测结果：表2，易得桩周土对于基桩的极限抗力相较于经验参数法建议的基桩极限承载力有明显的增强。但也应注意到，A1区Ps值大小为3.91MPa~8.42MPa，平均值为5.01MPa。A2区Ps值大小3.25MPa~5.56MPa，平均值为4.00MPa。A1区桩基持力层土性从静力触探原位测试结果判断好于A2区。但从竖向抗压试桩检测结果，A1区试桩竖向极限承载力试验统计值R_kt却比A2区的统计值要小。由此说明，影响竖向单桩承载力因素的多样性和复杂性。同时也表明，简单照搬照抄粗暴借鉴，会面临岩土工程技术风险。

综合拟建场地桩周土性，并结合试桩统计结果，同时考虑该桩型在上海地区的应用实践，提出该场地A区工程抗压桩的承载力设计值的建议值如下表3。

表3：工程抗压桩的承载力设计值的建议值

注：考虑地下室截高端侧阻为80KN。

5、可靠性分析

5.1 桩基可靠性分析方法

桩基可靠性分析方法常用的有两种：①近似概率设计方法：把荷载效应视为随机变量，材料（或结构）的抗力为因变量。通过设定目标可靠度指标，在一定的荷载效应下获取极限抗力。该方法为使得设计方法得到简化，一般采用多系数实用设计表达式，如《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）。现行《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）在桩基竖向承载力计算中，以综合安全系数K=2取代原规范的荷载分项系数γ

_G、γ_Q和抗力分项系数γ_S、γ_P。安全水准有所提高。②检验法：该方法实质上是对综合安全系数设计方法的反算，获取反算后的可靠度^［7］。该方法基于场地数据统计分析，即荷载效应自变量和抗力因变量已获取的情形下。

本文采用第二种可靠性分析方法。

5.2 拟建场地可靠性分析

拟建场地，A1区共布置6根试桩，A2区共布置7根试桩。计算拟建场地该区单桩极限承载力的变异系数，在总安全系数为2.0的情形下，计算可靠性指标β，详见下表4。

表4：竖向受压试桩的极限承载力场地变异系数

由竖向受压试桩的极限承载力场地变异系数：表4，容易发现，采用综合建议桩基承载力后，桩基设计安全度有所降低。因为综合建议桩基承载力由试桩极限承载力试验统计值R_kt（kN）获取，有统计值均值概念的反映，另外最不利样本的存在，使得安全度降低是必然的。

同时，考虑地基基础工程复杂性的可靠性指标β＞3.7，即便安全度降低，采用综合建议承载力后的平均安全度10.755（9.164和12.3470），也是远远高于规范要求，且可靠性指标变化范围也是在《地基基础设计标准》（DGJ08-11-2018）中预制桩场地计算求得的可靠性指标变化区间（3.23～16.13）内。因此，采用综合建议桩基承载力，设计可行风险可控，且具有较高的安全储备。

根据项目后期桩检，A1区、A2区工程桩的验收检测，最大加载量（已折减截高端侧阻力）均满足综合建议承载力设计值的2倍。由此证明，综合建议承载力设计值，与场地地层抗力承载性能是相匹配的，且安全储备满足设计与规范要求。

6、结论展望

（1）竖向单桩承载力影响因素众多，且非常复杂。仅凭单一控制因素决策缺乏系统思维，且具有极大的工程风险。正确清晰的理论指导，基于理论的工程经验而非经验主义，才会使综合判断具有灵魂。

（2）在试桩资料分析的基础之上，通过桩基承载力性状提出并动态调整承载力，即便考虑最不利样本的存在，在设计上也是有较高的安全储备的。

（3）盲目的比对照搬不可取，只有具体控制相同变量，变化单一变量，自变量与因变量才会有对应关系。

（4）具体工程实践中，尚需要积累经验参数与试桩结果的比对资料，为正确理解桩土相互作用、荷载传递机理提供实践素材。

参考文献：

［1］高大钊.土力学与岩土工程师——岩土工程疑难问题答疑笔记整理之一［M］.北京：人民交通出版社，2008.06.

［2］顾宝和.岩土工程典型案例述评［M］.北京：中国建筑工业出版社，2015.05.

［3］刘金砺.桩基础设计与计算［M］.北京：中国建筑工业出版社，1990.07

［4］宋兵，蔡健.预应力管桩桩侧摩阻力影响因素的研究［J］.岩石力学与工程学报，2009,28，增2:3863-3869.

［5］张忠苗.桩基工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［6］上海市工程建设规范.DG/TJ 08-218-2017建筑地基与基桩检测技术规程［S］.上海：同济大学出版社，2018.

［7］刘铁军，许镇鸿.桩基承载力的可靠度分析［J］.西部探矿工程（岩土钻掘矿业工程），1996.8(2)，34-36.

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