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        根據(jù)文萊某項(xiàng)目探討中英標(biāo)準(zhǔn)單樁豎向承載力估算方法

        2020-11-16 08:49:36劉輝輝
        四川建筑 2020年5期
        關(guān)鍵詞:單樁黏性抗剪

        劉輝輝

        (四川省金核地質(zhì)勘查工程有限公司,四川成都 610052)

        在海外進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的投標(biāo)工作,各個(gè)國(guó)家均有各自的規(guī)范條例。文萊達(dá)魯薩蘭國(guó)(簡(jiǎn)稱文萊)現(xiàn)在基礎(chǔ)建設(shè)中主要沿用英國(guó)的土木工程規(guī)范。我國(guó)的工程設(shè)計(jì)人員熟知國(guó)內(nèi)規(guī)范,在投標(biāo)過(guò)程中也往往根據(jù)翻譯的結(jié)果與國(guó)內(nèi)規(guī)范對(duì)比后,重新核算工作量。就樁基計(jì)算而言,外方提供的勘察設(shè)計(jì)成果與國(guó)內(nèi)規(guī)范的計(jì)算結(jié)果往往存在一定差異,有時(shí)甚至差異較大。本文粗淺地分析英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與中國(guó)規(guī)范在樁基計(jì)算中存在差異的原因,希望能為國(guó)內(nèi)的工程設(shè)計(jì)人員提供借鑒[1]。

        1 單樁極限承載力計(jì)算

        英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與中國(guó)規(guī)范中的單樁承載力計(jì)算方法存在著很多共同點(diǎn),比如,單樁極限承載力均由單樁極限樁側(cè)摩阻力和單樁極限端阻力共同組成,即

        Qu=Qs+Qp

        (1)

        式中:Qu為單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN);Qs為單樁極限樁側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kN);Qp為單樁極限樁端承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)。

        樁基礎(chǔ)承載力計(jì)算的區(qū)別主要在于樁土之間的摩擦力、樁端阻力如何取值。具體來(lái)說(shuō),在確定樁側(cè)摩阻力和樁端阻力上,英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與中國(guó)規(guī)范中采用什么參數(shù)和什么樣的經(jīng)驗(yàn)公式,存在較大的差異。并且每個(gè)國(guó)家都有各自所“偏好”的勘察方式、原位測(cè)試試法和經(jīng)驗(yàn)參數(shù),樁基承載力確定方法也是如此[1]。

        1.1 單樁極限樁端承載力

        1.1.1 黏性土中的樁

        1.1.1.1 根據(jù)不排水抗剪強(qiáng)度計(jì)算單樁極限樁端承載力

        根據(jù)樁端處原狀土的不排水抗剪強(qiáng)度確定單樁極限樁端承載力可按下式計(jì)算:

        Qp=qpAp=NccuAp

        (2)

        式中:cu為樁端處原狀土的不排水抗剪強(qiáng)度(kPa),一般通過(guò)三軸剪切試驗(yàn)得到,如無(wú)可靠的試驗(yàn)指標(biāo)一般可取cu=(4~5)N計(jì)算,N為樁端處未經(jīng)修正的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。

        Nc值一般取9,當(dāng)樁端進(jìn)入持力層的深度與樁徑之比小于4時(shí),Nc取6。此外BS8004中關(guān)于Nc的計(jì)算公式如下:

        Nc=9×k1×k2

        (3)

        其中:

        k1=2×(1+L/6B)/3

        (4)

        式中:L為樁端進(jìn)入持力層的深度,B為樁身寬度或直徑,k2的取值與樁的類型和cu有關(guān),見(jiàn)表1。

        表1 黏性土中k2取值

        此法多用于非擠土樁如鉆孔灌注樁的單樁極限樁端承載力計(jì)算。

        1.1.1.2 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)計(jì)算單樁極限樁端承載力

        根據(jù)樁端處土的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)確定單樁極限樁端承載力可按下式計(jì)算:

        Qp=qpAp=αNAp

        (5)

        式中:α為樁端阻力換算系數(shù),對(duì)于黏性土α值一般在70~200之間[4];N取樁端以上3D以及樁端以下8D范圍內(nèi)未經(jīng)修正的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)平均值[5]。

        BS8004中關(guān)于用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)估算單樁極限樁端承載力,其極限端阻力為:

        qp=100nbN

        (6)

        式中:nb為經(jīng)驗(yàn)系數(shù),取決于土層和樁的類型,對(duì)于樁端為黏性土的擠土樁nb=0.95~1.6;N為樁端處未經(jīng)修正的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。

        此法多用于擠土樁如預(yù)制樁的單樁極限樁端承載力計(jì)算。

        1.1.2 非黏性土中的樁

        單樁極限樁端承載力:

        (7)

        1.2 單樁極限樁側(cè)摩阻力

        國(guó)內(nèi)任何土質(zhì)的側(cè)摩阻力都考慮,而國(guó)外省略硬黏土層上臥軟土層的側(cè)摩阻力[6]。

        1.2.1 黏性土中的樁

        單樁極限樁側(cè)摩阻力:

        Qs=qsAs=αcuAs

        (8)

        式中:α為粘結(jié)系數(shù),主要與土層強(qiáng)度、作用于樁的有效上覆壓力、樁的類型和施工方法有關(guān)。

        (1)在缺乏可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下,置換樁的α值(表示為αrepl)可根據(jù)以下公式估算:

        0.4≤αrepl=k1[1-k2loge(cu/100)]≤1.0

        (9)

        式中:k1和k2可分別取為0.45和1.0。

        (2)在缺乏可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下,擠土樁的α值(表示為αdisp)可根據(jù)以下公式估算:

        (10)

        (3)佩克(1974)提出粘結(jié)系數(shù))α與黏性土的不排水抗剪強(qiáng)度cu)的關(guān)系見(jiàn)表2。

        表2 粘結(jié)系數(shù)與黏性土的不排水抗剪強(qiáng)度的關(guān)系

        1.2.2 砂土中的樁

        單樁極限樁側(cè)摩阻力:

        (11)

        式中:Ks為水平土壓力系數(shù),δ′是樁與土層之間的摩擦角。Ks的取值與樁的類型及土層情況有關(guān),具體見(jiàn)表3[3]。

        表3 砂土中Ks的建議值

        Ks還可根據(jù)樁的類型通過(guò)靜止土壓力系數(shù)K0計(jì)算,鉆孔樁一般取Ks=K0,打入樁一般取Ks=(1~1.8)K0。

        其中:

        K0=1-sinφ

        (12)

        式中:φ為該土層的內(nèi)摩擦角,δ′可取(0.5~0.8)φ[2]。

        2 安全系數(shù)

        國(guó)內(nèi)規(guī)范[7]中單樁豎向承載力安全系數(shù)一般取2,英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS8004[3]中推薦樁基承載力安全系數(shù)為2~3,在地質(zhì)情況不是很明確的情況下取上限,地質(zhì)情況明確且地質(zhì)指標(biāo)準(zhǔn)確的情況下,可以取下限[6]。

        3 工程實(shí)例

        文萊某項(xiàng)目位于文萊首都斯里巴加灣市,為城市立交橋。根據(jù)外方提供的該立交橋的巖土工程勘察報(bào)告,以某鉆孔按標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算,土層分布及參數(shù)見(jiàn)表4。

        表4 某鉆孔土層分布及參數(shù)

        根據(jù)此鉆孔資料,對(duì)直徑400 mm鉆孔灌注樁進(jìn)行承載力計(jì)算,樁長(zhǎng)按20 m考慮,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5;對(duì)邊長(zhǎng)300 mm混凝土預(yù)制方樁進(jìn)行承載力計(jì)算,樁長(zhǎng)按16.5 m考慮,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

        從表5和表6量值上看,因?yàn)橛?guó)標(biāo)準(zhǔn)忽略了硬黏土層上臥軟土層的側(cè)摩阻力且安全系數(shù)取值較大,因此單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值與單樁豎向承載力特征值與國(guó)內(nèi)規(guī)范存在一定差異,此差異隨著樁長(zhǎng)及上臥軟土層厚度的增加會(huì)逐漸增大。

        另外國(guó)內(nèi)規(guī)范采用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法均是根據(jù)國(guó)內(nèi)的土層統(tǒng)計(jì)得出的結(jié)果,并不一定適合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)情況,這也是差異存在的一個(gè)原因。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與中國(guó)規(guī)范在計(jì)算單樁承載力時(shí)的思路是一致的,均采用由樁間土的摩阻力與樁端土的端阻力共同組成;主要的區(qū)別在確定樁間土的摩阻力和樁端土的端阻力時(shí)采用何種經(jīng)驗(yàn)公式。

        英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在確定樁基參數(shù)時(shí)經(jīng)驗(yàn)公式及計(jì)算方法較多,而中國(guó)規(guī)范主要依靠經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法。對(duì)于國(guó)外投標(biāo)的工程,可以多參考當(dāng)?shù)氐囊?guī)范、手冊(cè)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)然后與中國(guó)規(guī)范相互參照,求同存異,取長(zhǎng)補(bǔ)短,做到既能滿足投標(biāo)要求又不過(guò)于保守或激進(jìn)。

        表5 直徑400mm鉆孔灌注樁單樁承載力估算

        表6 邊長(zhǎng)300mm混凝土預(yù)制方樁單樁承載力估算

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