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]。
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]。
1.1.1 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)
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]。
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]。
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。
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