劉 帥，楊小梅，黨立平，張 鵬，李 岸

（機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043）

第三系泥巖在我國(guó)分布較廣，例如廣西、青海、寧夏、甘肅、新疆、陜西等均沉積有第三系泥巖。由于可利用建設(shè)面積有限，不同地區(qū)出現(xiàn)越來越多的高層或超高層建筑，為滿足建筑荷載的需要，樁基礎(chǔ)的應(yīng)用愈加廣泛。設(shè)計(jì)泥巖地區(qū)的樁基時(shí)，利用傳統(tǒng)方法估算的單樁承載力特征值往往偏低，造成一定的浪費(fèi)。本文通過工程實(shí)例，對(duì)單樁承載力確定方法進(jìn)行探討分析。

1 實(shí)際工程案例分析

1.1 工程場(chǎng)地地層概況

某工程場(chǎng)地的泥巖揭露于地面下5～10 m，泥巖頂部3～5 m的強(qiáng)風(fēng)化部分不宜作為工程樁的樁端持力層。中風(fēng)化的泥巖承載力相對(duì)較高，工程性質(zhì)較好，被選定為樁端持力層。

1.2 室內(nèi)試驗(yàn)方法估算單樁承載力

中風(fēng)化泥巖天然狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為0.90 MPa，取安全系數(shù)2.0，中風(fēng)化泥巖層對(duì)應(yīng)的樁端阻力特征值取4 500 kPa。上部地層樁基參數(shù)經(jīng)查樁基規(guī)范表格得出。

600 mm樁徑的灌注樁入中風(fēng)化泥巖3 m（樁長(zhǎng)16.5 m）的單樁承載力特征值計(jì)算公式如下：

式（1）中：Quk為單樁承載力特征值；u為樁身周長(zhǎng)；li為樁周第i層土的厚度；qsik為樁側(cè)第i層的側(cè)阻力特征值；qpk為樁端阻力特征值；Ap為樁端面積。

計(jì)算可得：Quk＝3 052 kN。

1.3 原位試驗(yàn)方法估算單樁承載力

勘察期間對(duì)中風(fēng)化泥巖進(jìn)行了分散重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)。換算成每貫入中分化泥巖10 cm的修正后平均擊數(shù)為773擊。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)完成的重型動(dòng)力觸探結(jié)果，按照工程地質(zhì)手冊(cè)[5]單樁承載力特征值經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

式（2）中：Pa為單樁豎向承載力特征值；63.5為由地面至樁尖處，重型圓錐動(dòng)力觸探平均每10 cm修正后的錘擊數(shù)。各地層的錘擊數(shù)加權(quán)平均后得出：Pa＝4 156 kN，63.5＝156.

1.4 單樁承載力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)一根樁長(zhǎng)16.5 m、樁徑600 mm、貫入中風(fēng)化泥巖3 m的試驗(yàn)樁進(jìn)行壓載測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 灌注樁承載力現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試曲線

由圖1中可知，試驗(yàn)樁壓力加至7 000 kN時(shí)，沉降曲線未發(fā)現(xiàn)明顯陡降。由于已經(jīng)滿足工程需要，沒有繼續(xù)加載。由此可以判定單樁豎向極限承載力大于7 000 kN，特征值大于3 500 kN。按照曲線走勢(shì)，根據(jù)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)極限值可達(dá)10 000 kN以上，特征值相應(yīng)可達(dá)5 000 kN以上。

1.5 方法比較

由上述數(shù)據(jù)可知，室內(nèi)試驗(yàn)方法估算的單樁承載力特征值偏安全，原位測(cè)試方式估算的單樁承載力更加接近樁的實(shí)際承載力值。

2 泥巖地區(qū)單樁承載力確定方法建議

2.1 原位測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)在泥巖地層上進(jìn)行的原位測(cè)試是在泥巖保持原狀三維受力的情況下進(jìn)行的，數(shù)據(jù)更加科學(xué)、可靠。推薦進(jìn)行深層平板載荷試驗(yàn)及動(dòng)力觸探試驗(yàn)。

深層平板載荷試驗(yàn)的承壓板直接放置在樁底標(biāo)高，加壓至Q-s曲線出現(xiàn)陡降，測(cè)試出泥巖的極限承載力。樁的側(cè)壁阻力相較于端阻力很小，可以忽略。深層平板載荷試驗(yàn)的測(cè)試值可作為單樁承載力極限值使用。

動(dòng)力觸探試驗(yàn)在泥巖地層及上部地層中均需進(jìn)行，實(shí)測(cè)值進(jìn)行桿長(zhǎng)修正，再根據(jù)工程地質(zhì)手冊(cè)中提供的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

2.2 室內(nèi)試驗(yàn)

泥巖在單軸與三軸狀態(tài)下的力學(xué)特征表現(xiàn)出極大的差異性，泥巖的三軸抗壓強(qiáng)度可達(dá)其單軸抗壓強(qiáng)度的10倍以上。對(duì)泥巖試樣應(yīng)進(jìn)行三軸抗壓試驗(yàn)確定其承載力，使其更加符合泥巖的實(shí)際受力特征。泥巖具有遇水軟化的特征，應(yīng)分別進(jìn)行天然狀態(tài)、飽和狀態(tài)、干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，計(jì)算其軟化系數(shù)，為工程設(shè)計(jì)提供參考。

泥巖中局部含親水性礦物質(zhì)，遇水膨脹，泥巖應(yīng)進(jìn)行膨脹性試驗(yàn)。泥巖及上部地層試樣還需進(jìn)行常規(guī)土工試驗(yàn)。

按照樁基規(guī)范，查表計(jì)算單樁承載力特征值。

2.3 壓樁試驗(yàn)

由于巖土體的復(fù)雜性，進(jìn)行較為科學(xué)、合理的單樁承載力估算后，為保證工程安全，在工程建設(shè)前，仍需進(jìn)行壓樁試驗(yàn)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，按照2.1、2.2節(jié)兩個(gè)步驟估算的值比傳統(tǒng)方式更接近實(shí)際壓樁試驗(yàn)值，可以為設(shè)計(jì)提供更多參考，為工程建設(shè)減少不必要的浪費(fèi)。

3 結(jié)論

傳統(tǒng)的估算泥巖單樁承載力主要依靠室內(nèi)土工試驗(yàn)的結(jié)果。泥巖的單軸抗壓強(qiáng)度難以很好地反映泥巖的實(shí)際力學(xué)特征。估算值比實(shí)際單樁承載力低，造成一定的浪費(fèi)。利用泥巖的三軸抗壓強(qiáng)度，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行深層載荷試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)，可以更科學(xué)、合理地估算泥巖地區(qū)的單樁承載力。