王輝熠，朱帆

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院，南京211102）

1 單樁豎向極限承載力的確定

單樁豎向極限承載力一般應(yīng)由靜載荷試驗(yàn)確定，而在地基巖土的勘察階段往往需要通過(guò)樁周及樁端土層的特性及物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)樁側(cè)摩阻力及端阻力取值進(jìn)行預(yù)估。

根據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[1]（簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》）第5.3 節(jié)，預(yù)估單樁豎向承載力的常用方法有原位測(cè)試法及經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法等，并可將2 種方法相結(jié)合進(jìn)行綜合判定。原位測(cè)試法一般通過(guò)對(duì)雙橋探頭靜力觸探獲得的第i層土的探頭平均側(cè)阻力和樁端平面上下的探頭阻力進(jìn)行修正，然后估算樁側(cè)阻及端阻力；采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法時(shí)，對(duì)于黏性土，通過(guò)液性指數(shù)，給出近似樁側(cè)及端阻力，對(duì)于粉土及砂性土通過(guò)其密實(shí)度給出近似樁側(cè)阻及端阻力。

在對(duì)各層土的承載力參數(shù)進(jìn)行估計(jì)時(shí)，對(duì)于一般長(zhǎng)度的混凝土預(yù)制樁，樁基持力層的側(cè)阻力及端阻力的估計(jì)尤為重要，因?yàn)槌至拥某休d力參數(shù)對(duì)樁基承載力影響較大，且這些參數(shù)的預(yù)估值有時(shí)會(huì)與樁基試驗(yàn)結(jié)果存在較大偏差[2]。

2 某燃煤電廠(chǎng)工程的樁基持力層特性及預(yù)估參數(shù)

某燃煤供熱電廠(chǎng)位于江蘇省南京市，新建2×50MW 抽背式汽輪發(fā)電機(jī)和480t/h 超高溫高壓鍋爐，根據(jù)巖土工程勘測(cè)報(bào)告，廠(chǎng)區(qū)地基巖土自上而下主要為素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂、粉質(zhì)黏土夾粉砂、粉砂、粉細(xì)砂等，典型的地質(zhì)剖面如圖1 所示。

圖1 南京某電廠(chǎng)地質(zhì)剖面圖

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，地基處理擬采用PHC600 管樁，層⑦～層⑩土層特性為：

層⑦為粉砂層，飽和，中密～密實(shí)，頂面平均埋深約25m，層厚平均值約6.6m，壓縮性中偏低，承載力較高；

層⑧為粉砂層，飽和，中密，層厚平均值為2.3m，壓縮性中偏低，承載力中等；

層⑨為粉細(xì)砂，飽和，中密～密實(shí)，層厚平均值為4.3m，壓縮性中偏低，承載力中偏高；

層⑩為粉細(xì)砂夾粉質(zhì)黏土，飽和，中密～密實(shí)，層厚平均值為4.3m，壓縮性中等，承載力中偏高。

層⑦與層⑨層厚較大，性狀較好，可考慮作為主要建構(gòu)筑物的樁基持力層。為便于同試樁結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，按照樁進(jìn)入層⑦深度為3.9m，結(jié)合《規(guī)范》的規(guī)定，對(duì)層⑦的承載力參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，根據(jù)原位測(cè)試結(jié)果，由層⑦標(biāo)貫擊數(shù)N為35，根據(jù)表格查得端阻力約為3000～4500kPa，側(cè)阻力約為66～88kPa；由雙橋靜力觸探錐頭阻力qc=13.78MPa，側(cè)壁摩阻力fs=0.15MPa，對(duì)探頭阻力進(jìn)行修正，飽和砂土樁端阻力修正系數(shù)α 取0.5，端阻力約為6800kPa；側(cè)阻力修正系數(shù) βi=5.05（fs）i-0.45，約為0.53，側(cè)阻力約為79kPa。

按照樁進(jìn)入層⑨深度為1.4m，由層⑨標(biāo)貫擊數(shù)N為35，根據(jù)表格查得端阻力約為3000～4500kPa，側(cè)阻力約為66～88kPa；由樁端平面以上雙橋靜力觸探錐頭阻力加權(quán)平均值與樁端平面以下值進(jìn)行平均得qc=12.47MPa，側(cè)壁摩阻力fs=0.091MPa，對(duì)探頭阻力進(jìn)行修正，飽和砂土樁端阻力修正系數(shù)α 取0.5，端阻力約為6200kPa；側(cè)阻力修正系數(shù) βi=5.05（fs）i-0.45，約為0.66，側(cè)阻力約為60kPa。

3 樁基試驗(yàn)結(jié)果

本工程兩組試樁（每組3 根）采用兩種樁型，即PHC-600（110）AB-C80-28（試樁1）、PHC-600（130）AB-C80-34（試樁2），分別以層⑦及層⑨為持力層，進(jìn)入持力層的深度為3.9m、1.4m。盡管試樁2 的樁長(zhǎng)比試樁1 的長(zhǎng)了6m，但靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，試樁1 的豎向抗壓極限承載力為4400kN，不僅超過(guò)了預(yù)估的樁基承載力3400kN 約30%，而且大于試樁2 的極限承載力4100kN，試樁2 的極限承載力與預(yù)估值基本一致。

通過(guò)高應(yīng)變復(fù)打的動(dòng)測(cè)數(shù)據(jù)可知，以層⑦及層⑨為持力層時(shí)，端阻力分別占總承載力的35%和22%，樁基仍屬于端承摩擦樁。推算出樁基持力層層⑦的側(cè)阻力約為92kPa，端阻力約為5300kPa；持力層層⑨的側(cè)阻力約為55kPa，端阻力約為3300kPa。考慮到樁基為混凝土空心樁，將端阻力按《規(guī)范》5.3.8 折算，得出層⑦端阻力約為5800kPa，層⑨端阻力約為4100kPa。

4 預(yù)估參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

樁基持力層的預(yù)估承載力參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比如表1所示。

從表1 可以看出：

1）樁基進(jìn)入層⑦深度較大，略大于6 倍樁徑，進(jìn)入層⑨深度較小，約2 倍樁徑；

表1 持力層預(yù)估承載力參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

2）高應(yīng)變動(dòng)測(cè)得出層⑦及層⑨的端阻力均大于經(jīng)驗(yàn)值的上限，但均低于原位測(cè)試法估算出的端阻力，其中，層⑦端阻力比原位測(cè)試法低15%，層⑨端阻力比原位測(cè)試法低34%，表明進(jìn)入持力層深度越大，端阻力越大；

3）高應(yīng)變動(dòng)測(cè)得出層⑦的側(cè)阻力大于經(jīng)驗(yàn)法的上限值及原位測(cè)試法估算值，比原位測(cè)試法大了約16%，層⑨的側(cè)阻力小于經(jīng)驗(yàn)法的下限值及原位測(cè)試法估算值，比原位測(cè)試法低了約8%，表明層⑦的側(cè)阻力隨著端阻力的發(fā)揮有了較大提高；

4）而以層⑨為持力層時(shí)端阻沒(méi)有充分發(fā)揮，其側(cè)阻力也基本上沒(méi)有增強(qiáng)[3]。

需要注意的是，高應(yīng)變動(dòng)測(cè)顯示當(dāng)樁基以層⑨為持力層穿過(guò)層⑦以后，層⑦的側(cè)阻力恢復(fù)為約78kPa，基本上就是原位測(cè)試的估算值。這也從另外一個(gè)角度證明了側(cè)阻力是隨著端阻的發(fā)揮而增大的。

5 樁側(cè)阻力增強(qiáng)效應(yīng)的機(jī)理及影響因素分析

已有學(xué)者對(duì)樁側(cè)阻力隨樁端土強(qiáng)度增加表現(xiàn)出的增強(qiáng)效應(yīng)做了一些理論和試驗(yàn)研究，主要從樁端土的擠密成拱理論、樁端側(cè)土體隨圍壓增大抗剪強(qiáng)度提高引起側(cè)摩阻力增加等方面做了較為合理的解釋?zhuān)梢源_定樁側(cè)阻力與樁端阻力之間存在相互作用，且樁側(cè)阻力在樁端附近的局部增強(qiáng)效應(yīng)是普遍存在的。在實(shí)際工程應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者更為關(guān)心在何種情況下可以考慮這種增強(qiáng)效應(yīng)的存在。

從上述案例可以看出，在深厚密實(shí)的粉砂持力層中該現(xiàn)象非常明顯，粉砂層的標(biāo)貫擊數(shù)一般不小于30 擊，靜力觸探錐頭阻力在10MPa 以上。另外，樁基需進(jìn)入持力層較大的深度，一般不小于6d（d為樁徑）；且樁端以下尚有一定厚度性狀較好的土層。本例中持力層樁端距離層⑦底面尚有2.5m，約4d，在滿(mǎn)足樁端平面以下有一定厚度持力層或性狀較好的下臥層的前提下，進(jìn)入持力層深度越大，越有利于端阻及樁側(cè)阻力的發(fā)揮[4]。

6 樁側(cè)阻力增強(qiáng)效應(yīng)在某熱電工程中的應(yīng)用

某熱電廠(chǎng)位于江蘇省常熟市，擬建1×B32MW 背壓機(jī)+1×CB15MW 抽背機(jī)、3 臺(tái)180t/h 高溫超高壓鍋爐，根據(jù)巖土工程勘測(cè)報(bào)告，廠(chǎng)區(qū)40m 深度范圍內(nèi)的地基土主要由填土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂組成，其地質(zhì)剖面圖2 所示。

層②5 為粉砂層，飽和，中密～密實(shí)，頂面平均埋深約11.6m，層厚平均值約9.8m，為低壓縮性、高強(qiáng)度土，工程性質(zhì)很好；

層②6 為粉質(zhì)黏土，可塑～硬塑，層厚平均值約7m，中等壓縮性，中等強(qiáng)度，工程性質(zhì)一般；

層②7 為粉土夾粉砂，中密～密實(shí)，層厚平均值約4.5m，低壓縮性，高強(qiáng)度，工程性質(zhì)較好；

層②8 為粉質(zhì)黏土夾粉土，軟塑～可塑，層厚平均值約2.3m，中等壓縮性，中等強(qiáng)度，工程性質(zhì)一般。

根據(jù)原位測(cè)試結(jié)果，由層②5 標(biāo)貫擊數(shù)N為28 擊，根據(jù)表格查得端阻力約為3000～4500kPa，側(cè)阻力約為48～66kPa；由雙橋靜力觸探錐頭阻力qc=11.492MPa，fs=0.101MPa，預(yù)估端阻力約5800 kPa，側(cè)阻力約64kPa。

圖2 常熟某電廠(chǎng)地質(zhì)剖面圖

7 樁基試驗(yàn)結(jié)果

本工程的2 組試樁（每組3 根）采用2 種樁型，即PHC 500 AB 110（試樁A）、PHC 600 AB 110（試樁B），均以層②5為持力層，持力層厚度約11.2m，樁端進(jìn)入持力層的深度為6.5m。靜載試驗(yàn)結(jié)果表明：試樁A 的極限承載力約為3860kN，超出預(yù)估承載力約66%；試樁B 的極限承載力約4260kN，超出預(yù)估承載力約44%，單樁豎向承載力均有較大幅度的提高。

綜合2 組試樁高應(yīng)變動(dòng)測(cè)數(shù)據(jù)給出持力層層②5 的側(cè)阻力約為120kPa，端阻力約為6200kPa；考慮到樁基為混凝土空心樁，將端阻力按《規(guī)范》5.3.8 折算，得出層②5 端阻力約為6600kPa?？梢钥闯鲈跇痘M(jìn)入深厚粉砂持力層深度較大時(shí)，端阻得到了充分發(fā)揮，超出原位測(cè)試值約13%，側(cè)阻力更是達(dá)到了預(yù)估值的2 倍，側(cè)阻力增強(qiáng)效應(yīng)非常顯著。

通過(guò)高應(yīng)變復(fù)打的動(dòng)測(cè)數(shù)據(jù)表明：試樁A 的端阻力約為1289kN，試樁B 的端阻力約為1791kN，基本上與樁端面積成正比；試樁A 的側(cè)阻力約為3004kN，試樁B 的側(cè)阻力約為2955kN，其承載力反而略小于試樁A，由于試樁B 的樁側(cè)表面積約為試樁A 的1.2 倍，這也說(shuō)明了試樁A 側(cè)摩阻力比試樁B 增大的更多，由于2 組試樁進(jìn)入持力層深度一樣，因此，側(cè)阻力的增強(qiáng)效應(yīng)隨樁基進(jìn)入持力層深度與樁徑之比的增大而增大。

8 樁側(cè)阻強(qiáng)化效應(yīng)的應(yīng)用效果

由于深厚砂土層作為樁基持力層時(shí)的良好性能使樁端土層的側(cè)阻力得到一定的強(qiáng)化，也有文獻(xiàn)指出樁端以上10～15d（d為樁徑）深度區(qū)域的土層側(cè)阻力均會(huì)有不同程度的增加。樁基豎向承載力極限值得到顯著提高。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)理論分析，本文中的2 個(gè)工程均采取了較為優(yōu)化的措施：

江蘇省南京市的燃煤供熱電廠(chǎng)主要建構(gòu)筑物采用了層⑦為持力層得樁基方案，每根樁基樁長(zhǎng)比原設(shè)想方案縮短6m，一般建構(gòu)筑物的樁基數(shù)量也由于承載力的提高而相應(yīng)減少；

江蘇省常熟市的熱電項(xiàng)目主要建構(gòu)筑物樁基直徑由原來(lái)的600mm 優(yōu)化為500mm，且一般建構(gòu)筑物的樁基長(zhǎng)度也有所減小。2 個(gè)電廠(chǎng)工程地基處理費(fèi)用均得到大幅節(jié)省。

9 結(jié)論與建議

綜上所述，得到以下結(jié)論和建議：

1）樁基規(guī)范給出的估算單樁極限承載力的方法如經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法、原位測(cè)試法等，可以根據(jù)土層的物理力學(xué)特性對(duì)樁基承載力參數(shù)進(jìn)行初步的估計(jì)，但是對(duì)實(shí)際施工中某些土層參數(shù)的變化情況并未充分考慮，如深厚粉砂層中樁側(cè)阻力與樁端阻力的相互作用，特別是樁側(cè)阻在樁端處的增強(qiáng)效應(yīng)。

2）深厚粉砂層應(yīng)有一定的密實(shí)度，標(biāo)貫擊數(shù)一般不小于30 擊。樁基進(jìn)入持力層一定深度且保證一定厚度的下臥層是端阻充分發(fā)揮和側(cè)阻力增強(qiáng)的必要條件。對(duì)于PHC 管樁，一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)入持力層深度不應(yīng)小于6d，下臥層不應(yīng)小于4d。在滿(mǎn)足上述條件時(shí)，樁端進(jìn)入持力層的長(zhǎng)徑比越大，端阻發(fā)揮越充分，側(cè)阻增強(qiáng)效應(yīng)也越強(qiáng)。

3）深厚粉砂層中樁端阻的取值一般遠(yuǎn)大于規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)值，與原位測(cè)試值較為接近；隨著樁基進(jìn)入持力層深度的加大，端阻值越接近或超過(guò)原位測(cè)試值時(shí)，側(cè)阻值會(huì)有明顯增加，一般會(huì)超出經(jīng)驗(yàn)值的上限和原位測(cè)試值，甚至達(dá)到原位測(cè)試值的2 倍。

4）深厚粉砂層中樁基承載力參數(shù)變化引起的單樁豎向極限承載力提高較為顯著，對(duì)于一般長(zhǎng)度的預(yù)制樁基比預(yù)估值的提高幅度在30%～60%，應(yīng)予以充分重視并利用。建議認(rèn)真分析土層特性及物理力學(xué)參數(shù)，合理選擇樁基持力層并進(jìn)行承載力預(yù)判，進(jìn)一步根據(jù)試樁結(jié)果優(yōu)化地基處理方案。