方 成，林 柏，章 華，徐和財，王青松，黃 超

(浙江省工業(yè)設計研究院，浙江 杭州 311200)

樁基礎因其具有承載力可靠、穩(wěn)定性強、適用性廣等優(yōu)點，成為土木工程領域廣泛采用的基礎形式[1-2].樁基礎的工作可靠性很大程度上取決于其沉降位移[3-6]，因此合理預計樁基礎的沉降量是其設計的關鍵所在.目前，我國JGJ 94—2008《建筑樁基技術規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)中對于單樁、單排樁的沉降計算，是根據試樁沉降量估計的，即單樁、單排樁的實際預計值與靜載荷試樁沉降計算值的比值建議取為1.0[7].然而，靜載荷試樁沉降穩(wěn)定的標準是連續(xù)2次在每小時內沉降量小于0.1 mm，實際建筑物沉降穩(wěn)定的標準卻是連續(xù)2次半年沉降量不超過2 mm，平均每小時沉降量為0.000 457 mm，兩者顯然完全不在一個數量級上.所以，《規(guī)范》中這種預計方法的準確性非常值得商榷.鑒于上述情況，首先依據上海、遼寧、山西等地的2例單樁長期靜載試樁與6例小樁群(6樁以下)承臺工程的實測沉降資料[8]，對《規(guī)范》中“單樁、單排樁沉降計算法”的沉降計算經驗系數的準確性進行討論，然后結合主裙樓連接樁基工程中裙樓沉降計算結果與實測結果的對比，探討利用該法進行單樁、單排樁沉降計算的適用條件問題，以求對實際工程設計中單樁、單排樁的沉降計算提供技術參考.

1 《規(guī)范》中單樁、單排樁沉降計算經驗系數的準確性問題

1.1 計算值與實測值對照案例

在多年的工程實踐中，收集到了上海、遼寧、山西等地的2例單樁長期靜載試樁與6例小樁群(6樁以下)承臺工程的實測沉降資料，下面對這些資料予以介紹，并與《規(guī)范》的計算結果進行對比，以探討《規(guī)范》計算方法的準確性.

案例1：靜載荷試壓維持3個月的上海某跨線橋工程φ0.8 m×23 m單樁試樁工程，其地基土物理力學性質指標見文獻[8].該工程單樁試樁靜載荷為1 320 kN，樁端持力層為第5-1層黏土，穩(wěn)定3個月后實測累計沉降21.0 mm，第3個月的沉降速率約為0.049 mm/d，尚未達到穩(wěn)定的標準，據此預計最終沉降量不超過30.0 mm.另一方面，單樁極限承載力Quk=1 216 kN，端阻比α=0.145.根據《規(guī)范》，可以計算出單樁沉降量為31.1 mm.顯然，該工程的計算沉降與實測沉降基本相符.

案例2：靜載荷試壓維持3個月的上海某跨線橋工程φ0.8 m×29 m單樁試樁工程，其地基土物理力學性質指標見文獻[8].該工程單樁試樁靜載荷為1 800 kN，樁端持力層為第5-2層砂質粉土，穩(wěn)定3個月后實測累計沉降13.0 mm，第3個月的沉降速率約為0.038 mm/d，尚未達到穩(wěn)定的標準，據此預計最終沉降量不超過20.0 mm.另一方面，單樁極限承載力Quk=2 166 kN，端阻比α=0.278.根據《規(guī)范》，可以計算出單樁沉降量為20.4 mm.顯然，該工程的計算沉降與實測沉降基本吻合.

案例3：上海某跨線橋工程1號墩，采用4根φ0.8 m×19.5 m鉆孔灌注樁，其地基土物理力學性質指標見文獻[8].該工程單樁試樁靜載荷為595 kN，樁端持力層為第4層淤泥質黏土，117 d實測沉降8.9 mm，第4個月沉降速率為0.023 mm/d，尚未達到穩(wěn)定的標準，據此預計最終沉降量為10.0 mm左右.另一方面，單樁極限承載力Quk=1 287 kN，端阻比α=0.165，承臺尺寸為8.0 m×3.8 m，埋深為1.7 m.扣除承臺底土自重壓力后的平均附加樁頂荷載為368.1 kN.根據《規(guī)范》，可以計算出單樁沉降量為15.7 mm.顯然，該工程的計算沉降明顯大于實測沉降.

案例4：上海某跨線橋工程2號墩，采用5根φ0.8 m×27 m鉆孔灌注樁，其地基土物理力學性質指標見文獻[8]，樁端持力層為第5-2層砂質粉土.該工程單樁試樁靜載荷為988 kN，117 d實測沉降5.5 mm，第4個月沉降速率為0.020 mm/d，尚未達到穩(wěn)定的標準，據此預計最終沉降量為8.0 mm左右.另一方面，單樁極限承載力Quk=2 129 kN，端阻比α=0.283，承臺尺寸為10.8 m×3.8 m，埋深2.0 m.扣除承臺底土自重壓力后的平均附加樁頂荷載為696.5 kN.根據《規(guī)范》，可以計算出單樁沉降量為10.7 mm.顯然，該工程的計算沉降大于實測沉降.

案例5：上海某跨線橋工程3號墩，采用4根φ0.8 m×19.5 m鉆孔灌注樁，其地基土物理力學性質指標見文獻[8]，樁端持力層為第4層淤泥質黏土.該工程單樁試樁靜載荷為657 kN，117 d實測沉降6.6 mm，第4個月沉降速率為0.023 mm/d，尚未達到穩(wěn)定的標準，據此預計最終沉降量為9.0 mm左右.另一方面，單樁極限承載力Quk=1 287 kN，端阻比α=0.183，承臺尺寸為8.0 m×3.8 m，埋深1.7 m，扣除承臺底土自重壓力后的平均附加樁頂荷載為430.1 kN.根據《規(guī)范》，可以計算出單樁沉降量為14.3 mm.顯然，該工程的計算沉降遠大于實測沉降.

案例6：遼寧某公路橋工程1號橋墩，采用5根φ0.3 m×15 m鋼筋混凝土預制管樁，樁距1.5 m，其地基土物理力學性質指標見文獻[8].該工程單樁試樁靜載荷為680 kN，340 d實測累計平均沉降為38.6 mm，且已達到穩(wěn)定的標準.另一方面，承臺尺寸為3.0 m×3.0 m，埋深2.0 m，扣除承臺底土自重壓力后的平均附加樁頂荷載為610.9 kN.根據《規(guī)范》，可以計算出單樁沉降量為28.9mm.顯然，該工程的計算沉降遠小于實測沉降.

案例7：山西某單層廠房的1號小樁群承臺，地下水位埋深4.5 m，其地基土物理力學性質指標見文獻[8].采用4根0.4 m×0.4 m×14 m鋼筋混凝土預制方樁，樁距為1.6 m，455 d實測累計平均沉降為10.8 mm，已接近穩(wěn)定的標準.另一方面，承臺尺寸為2.8 m×2.8 m，承臺埋深6.0 m，承臺總荷載為2 200.7 kN，單樁平均荷載為550.2 kN，扣除承臺底土自重壓力后的平均附加樁頂荷載為320 kN.根據《規(guī)范》，可以計算出單樁沉降量為4.9 mm.顯然，該工程的計算沉降遠小于實測沉降.

案例8：山西某單層廠房的2號小樁群承臺，地下水位埋深4.5 m，其地基土物理力學性質指標見文獻[8].采用4根0.4 m×0.4 m×14 m鋼筋混凝土預制方樁，樁距為2.0 m，455 d實測累計平均沉降為10.2 mm，已接近穩(wěn)定的標準.另一方面，承臺尺寸為2.8 m×2.8 m，承臺埋深6.0 m，承臺總荷載為2 335 kN，單樁平均荷載為583.7 kN，扣除承臺底土自重壓力后的平均附加樁頂荷載為353.4 kN.根據《規(guī)范》，可以計算出單樁沉降量為5.7 mm.顯然，該工程的計算沉降遠小于實測沉降.

1.2 計算值與實測值對照結果討論

將上述上海、遼寧、山西等地8例單樁與小群樁工程的實測沉降值與《規(guī)范》計算結果的對比匯總于表1.

表1 單樁與小群樁基礎沉降實測值與計算值對比

續(xù)表

由表1可以計算出《規(guī)范》計算值與實測值之比的平均值為1.04，且發(fā)現離散性很大，其變化范圍為0.45～1.59.因此，直接采用《規(guī)范》建議的沉降計算經驗系數1.0計算單樁、小樁群沉降量，不僅是不可靠的，而且在很多情況下是不安全的.

通過深入考察上述多個案例的對比結果，發(fā)現《規(guī)范》計算值與實測值的比值與樁入土深度之間具有較為明顯的相關性，即樁入土深度越小，二者比值也越小(如圖1中的期望值線所示)，計算值越偏于不安全.

在目前尚無充分依據修正《規(guī)范》計算方法的情況下，基于上述8個工程案例對比結果，近似考慮計算值與實測值的比值與樁入土深度之間呈線性關系，其平均關系模型為

γm=0.035 7l+0.231 6，

(1)

式中：γm為《規(guī)范》計算值與實測值比值的期望值；l為樁入土深度，單位為m.

同時，從偏于安全的角度考慮，進一步給出具有95%保證率的比值模型，為此，借用正態(tài)分布0.95分位值的計算方法，即

x=μ(1-1.645δ)，

(2)

式中：x為0.95分位值，μ為平均值，δ為變異系數.于是，用式(1)函數值作為平均值，同時算得γm的均方差σm為0.382 4，據此可得到平均值所對應的變異系數，然后將其代入式(2)中，即可得到具有95%保證率的比值模型，如式(3)所示.其圖像如圖1中的0.95分位值線所示.

γk=0.035 7l+0.397 4，

(3)

式中γk為具有95%保證率的計算值與實測值比值.于是，在單樁與小群樁基礎沉降計算中，在按照《規(guī)范》方法計算以后，再根據樁入土深度，將計算結果除以式(1)或式(3)的對應函數值，即可得到更為合理的沉降量取值.其中,式(1)給出的結果是一種平均預期結果，而式(3)給出的結果是一種偏于安全的、具有95%保證率的預期結果.

圖1 《規(guī)范》計算值與實測值的比值與樁入土深度的相關性

2 《規(guī)范》中單樁、單排樁沉降計算方法的適用范圍

通過以上討論可以知道，單樁、單排樁沉降計算值的準確性與樁入土深度有關聯，并建議了基于樁入土深度修正的沉降計算方法.然而，上述建議所依據的工程案例均為常規(guī)疏密程度的樁群，其結果是否適用于非常規(guī)疏密程度樁群，尚值得進一步探討.

上海某12層主裙樓連結樁基工程中的裙樓樁基屬于疏樁基工程，且該工程有可靠沉降監(jiān)測數據[9-10].下面利用該工程校驗《規(guī)范》中的方法計算其樁基沉降量的適用性問題.

該工程的12層主樓(1層地下室)采用預制鋼筋混凝土方樁，樁長25.5 m ，樁斷面450 mm×450 mm，共82根，采用第7層粉質黏土作為樁端持力層；2層裙樓(無地下室)采用預制鋼筋混凝土方樁，樁長16 m ，樁斷面200 mm×200 mm，共44根，采用第6層粉質黏土作為樁端持力層.地基土物理力學性質指標見表2.主樓基底附加壓力為145.73 kPa，裙樓樁頂平均荷載為381 kN，基礎埋深均取3.8 m.樁位與基礎平面如圖2所示.

表2 上海某12層主裙樓連結樁基工程地基土物理力學性質指標

圖2 上海某12層主裙樓連結樁基工程樁位與基礎平面圖

該工程的主樓沉降實測歷時6.4 a，實測推算最終沉降量為93 mm.裙樓實測最后平均沉降量與主樓接近.然而，根據《規(guī)范》計算所得的裙樓沉降值為25.2 mm，遠小于實測值93 mm.顯然，《規(guī)范》中的計算方法對該工程的適用性極差，由此可以推斷其計算方法不適用于疏樁基礎.

3 結語

1)《規(guī)范》由單樁、單排樁靜載荷試樁的實測沉降得出“考慮樁徑影響的明德林應力解法”及計算單樁、單排樁沉降的沉降計算經驗系數為1.0的結論，而這至少與非硬土地區(qū)的工程實踐有一定差別，其準確性值得商榷.

2)在目前尚無充分依據修正《規(guī)范》計算方法的情況下，基于8個工程案例對比結果，得到了考慮計算值與實測值的比值與樁入土深度之間呈線性關系的近似結果，并分別給出了基于平均預期和95%保證率預期的修正系數模型.

3)《規(guī)范》給出的單樁、單排樁沉降計算方法，不適用于疏樁基礎沉降計算.

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