利用静力触探数据估算钻孔灌注桩承载力的探索.pdf
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1、文章编号:1007-2993(2023)04-0433-05利用静力触探数据估算钻孔灌注桩承载力的探索利用静力触探数据估算钻孔灌注桩承载力的探索刘丹1,2周玉凤1,2(1.北京城建勘测设计研究院有限责任公司,北京100101;2.城市轨道交通深基坑岩土工程北京市重点实验室,北京100101)【摘要】建筑桩基技术规范(JGJ 942008)、公路桥涵地基与基础设计规范(JTG 33632019)等现行规范均给出了利用静力触探数据计算预制桩单桩竖向极限承载力标准值的公式,尚缺少利用静力触探数据计算钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力标准值的公式。针对北京地区实际情况,根据现行规范混凝土预制桩和泥浆护壁钻(
2、冲)孔桩的土层阻力经验值间的相对关系,初步建立了由静力触探法估算钻孔灌注桩的竖向极限承载力标准值的经验公式,工程实例表明,利用静力触探估算钻孔灌注桩承载力的数值在深部砂层较经验参数查表法有较大提高。【关键词】静力触探;钻孔灌注桩;极限承载力;桩基规范【中图分类号】TU 470 【文献标识码】Adoi:10.3969/j.issn.1007-2993.2023.04.010Estimating the Bearing Capacity of Bored PileBased on the Data of Static Cone PenetrationLiu Dan1,2Zhou Yufeng1,2
3、(1.Beijing Urban Construction Exploration and Surveying Design Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100101,China;2.Beijing KeyLaboratory of Geotechnical Engineering for Deep Foundation Pit of Urban Rail Transit,Beijing 100101,China)【Abstract】According to the current specifications such as Technical S
4、pecification for Building Pile Foundations (JGJ942008)and Specifications of Foundation of Highway Bridges and Culverts(JTG 33632019),the standard values of vertical ul-timate bearing capacity of single pile calculated by static cone penetration test are all for precast pile,and there is still no for
5、mula forbored cast-in-place pile.In this study,based on the actual situation in Beijing and the relationship between the empirical values of theconcrete precast pile and the bored pile with slurry wall protection in the current code,an empirical formula is established to estimatethe standard value o
6、f the vertical ultimate bearing capacity of the bored pile by the static penetration method.Combined with engineer-ing examples,it shows that the value of estimating the bearing capacity of bored pile by static cone penetration test is much higher thanthe traditional look-up table method in deep san
7、d layer.【Key words】static cone penetration;bored pile;ultimate bearing capacity;pile foundation code 0 引言静载试验作为目前最直接、最可靠的基桩承载力确定方法,因其造价高、工期长、实施难度大,多用于基桩工后检测,在确定桩基设计参数时仅少数重要工程会采用工前试桩和静载试验,并将试桩资料作为验证设计桩长可行性的支撑文件13。目前对于桩基桩侧土层的侧阻力、桩端土层的端阻力、深部土层的承载力的确定一般依据室内土工试验或通过标贯、动探试验数据,通过查取建筑桩基技术规范(JGJ942008)、公路桥涵地基
8、与基础设计规范(JTG33632019)等规范并综合地区经验获取,均是间接取值方法。根据现行建筑桩基技术规范(JGJ942008)、北京地区建筑地基基础勘察设计规范(DBJ 115012009,2016 年版)等,利用静力触探数据计算单桩竖向极限承载力标准值均针对预制桩,尚缺少针对钻孔灌注桩的公式48。目前仅上海、天津两个软土地区在利用静力触探试验数据计算钻孔灌注桩承载力的公式方面有一定的研究,其他地区此项研究相对较少911。北京地区在 20 世纪 80 年代以前对三环以内、作者简介:作者简介:刘丹,女,1990 年生,汉族,山东德州人,硕士,工程师,主要从事工程勘察、工程物探等研究。E-ma
9、il: 第 37 卷第 4 期岩土工程技术Vol.37 No.42023 年8 月Geotechnical Engineering TechniqueAug,2023深度 30 m 以上的地层进行了较多现场原位测试试验,包括静力触探、旁压试验等,对该范围内地层的物理力学参数包括桩基参数积累了丰富的研究成果和经验,但对三环以外区域,尤其是对深部地层的研究较少。通常认为深部地层尤其是深部砂卵石层的桩基参数偏于保守,但因缺乏研究,该问题一直未得到有效解决。北京地区现有压桩试验成果表明,按地勘报告提供的地层参数设计的桩基,实际沉降变形绝大部分都较小,说明与桩基设计有关的地层参数有较大的优化空间。但受制
10、于费用、可实施性和工期等影响因素,勘察阶段一般不进行压桩试验。为此,需研究可在勘察阶段实施、费用经济、工期等方面均有较大优势的勘察手段来替代压桩试验,达到在勘察阶段就能优化桩基设计参数、准确确定桩基承载力的目的。深层静力触探仪的研制成功解决了常规静力触探不易穿透较厚砂层的难题,使得将静力触探应用于深长钻孔灌注桩单桩承载力估算成为可能12。本文根据现行规范中混凝土预制桩和泥浆护壁钻(冲)孔桩的土层阻力经验值间的相对关系,开展两者极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值的对比分析,提出了适用于北京地区的利用静探数据计算钻孔灌注桩承载力的公式。工程实例表明,在深部砂层利用静力触探数据估算钻孔灌注桩承载力较
11、经验参数查表法有很大的优势。1 钻孔灌注桩承载力参数取值及承载力公式确定 1.1 静力触探法确定混凝土预制桩单桩极限承载力根据建筑桩基技术规范(JGJ942008),当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(1)计算。Quk=Qsk+Qpk=lii fsi+qcAp(1)fsiqcii=10.04(fsi)0.55i=5.05(fsi)0.45式中:为第 i 层土的探头平均侧阻力,kPa;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在阻力加权平均值,再和桩端平面以下 1d
12、范围内的探头阻力进行平均,kPa;为桩端阻力修正系数,对于黏性土、粉土取 2/3,饱和砂土取 1/2;为第 i 层土桩侧阻力综合正系数,黏性土、粉土:,砂土:。1.2 钻孔灌注桩承载力参数的分析确定根据现行建筑桩基技术规范(JGJ 942008)、北京地区建筑地基基础勘察设计规范(DBJ115012009,2016 年版)、公路桥涵地基与基础设计规范(JTG 33632019),当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极限承载力标准值时,都是分别计算桩侧阻力和桩端阻力后再叠加13,其计算公式如式(2)所示。Quk=Qsk+Qpk=qsikli+qpkAp(2)qsikqpk式中:Q
13、uk为单桩竖向极限承载力标准值;Qsk、Qpk分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值;u为桩身周长;为桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值;li为桩周第 i 层厚度;为极限端阻力标准值;Ap为桩端面积。在对钻孔灌注桩单桩极限承载力公式和参数的确定中,关键是分析确定钻孔灌注桩与混凝土预制桩两者侧阻及端阻的差异及关系。钻孔灌注桩通常为一种非挤土桩,而混凝土预制桩属挤土桩,两者的桩端受力机理不完全一样,灌注桩与预制桩的桩端也有明显的不同,所以,钻孔灌注桩的桩端阻力修正系数不能与混凝土预制桩一样取一个定值,需要通过建立钻孔灌注桩与混凝土预制桩两者之间的相互关系,提出适用于钻孔灌注桩的修正系数计算公
14、式1415。1.2.1 钻孔灌注桩桩侧阻力的分析确定根据建筑桩基技术规范(JGJ 942008),若无当地经验时,土的极限侧阻力标准值可按表 1 取值。i=10.04(fsi)0.55i=5.05(fsi)0.45qsikfsi通过表 1 和混凝土预制桩的桩侧阻力综合修正系数求取方法(黏性土、粉土:;砂土:),可以反推出与桩的极限侧阻力标准值(kPa)相对应的静力触探探头平均侧阻力,绘制出钻孔灌注桩的数据散点图,进而拟合成曲线(见图 1)。根据拟合曲线图得到的侧阻力修正系数公式见表 2。北京地区黏性土、粉土桩侧阻力主要依据室内土工试验获取的含水率、稠度、孔隙比,对照规范相关表格查取而得;砂土的
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