馬恒山，馬安剛，張 斌，施辰安

（甘肅眾聯(lián)建設(shè)工程科技有限公司，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

濕陷性黃土場(chǎng)地上的基樁，天然含水量狀態(tài)下樁周濕陷性土層發(fā)揮對(duì)承載力有利的正摩阻力Qsk1，而當(dāng)樁周濕陷性黃土浸水后，土質(zhì)迅速軟化樁側(cè)摩阻力降低為Qsk3，在自重濕陷性黃土場(chǎng)地不但側(cè)阻力Qsk1消失且產(chǎn)生負(fù)摩阻力作用Qgn（見(jiàn)圖 1）。為確保建筑物在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的安全正常使用，樁基設(shè)計(jì)一般按照樁周濕陷性黃土層在浸水飽和狀態(tài)下的承載力考慮，單樁豎向抗壓承載力特征值宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)單樁豎向靜載荷浸水試驗(yàn)確定。受場(chǎng)地、建設(shè)工期、季節(jié)、水源等條件的影響，大多數(shù)工程很難做浸水試驗(yàn)，通常在天然含水量狀態(tài)下進(jìn)行承載力試驗(yàn)［1-3］。

圖1 基樁在不同工況下的受力

單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)的最大加載值直接決定了單樁承載力的安全系數(shù)，按照常規(guī)做法取工程設(shè)計(jì)圖紙中單樁承載力特征值的 2 倍作為最大加載值，即安全系數(shù)為 2［4］。如前所述，濕陷性黃土場(chǎng)地上的基樁，樁周濕陷性土層在自然含水量狀態(tài)和浸水狀態(tài)下發(fā)揮的側(cè)阻力不同，故單樁承載力的取值需從天然含水量狀態(tài)下試驗(yàn)結(jié)果中降低或扣除濕陷性土層的摩阻力，按照常規(guī)做法得出的基樁承載力安全系數(shù)達(dá)不到 2，不滿足設(shè)計(jì)要求［5］。樁周濕陷性土層越厚，常規(guī)做法得出的單樁承載力安全系數(shù)越低。有些大厚度濕陷性黃土場(chǎng)地上的工程，按常規(guī)做法確定的試驗(yàn)最大加載值甚至還未達(dá)到樁周濕陷性土層在自然含水量狀態(tài)下發(fā)揮的正摩阻力，基樁在自然含水量狀態(tài)下的承載力完全滿足要求，一旦浸水，單樁承載力究竟如何，實(shí)則無(wú)法評(píng)價(jià)，為工程驗(yàn)收帶來(lái)極大困難；若誤判為合格，則存在重大的工程安全質(zhì)量隱患，科學(xué)規(guī)范地確定試驗(yàn)最大加載值至關(guān)重要。

1 樁基設(shè)計(jì)計(jì)算

1.1 非自重濕陷性黃土場(chǎng)地

非自重濕陷性黃土場(chǎng)地上的基樁，在浸水狀態(tài)下的受力如圖 1（b）所示，樁基設(shè)計(jì)須滿足式（1）～式（3）。

式中：Nk為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合軸心豎向力作用下基樁的平均豎向力；Ra為單樁承載力特征值；K為安全系數(shù)，取K=2；Quk為單樁豎向抗壓極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；Qsk3為濕陷下限深度以上土層在飽和狀態(tài)下樁的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Qsk2為濕陷下限深度以下土層樁的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Qpk為樁的總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

1.2 自重濕陷性黃土場(chǎng)地

1）按文獻(xiàn)［1］規(guī)定設(shè)計(jì)須滿足式（4）～式（6）。

2）按文獻(xiàn)［2］、［3］的規(guī)定設(shè)計(jì)須滿足式（7）～式（9）。

2 試驗(yàn)最大加載值的確定

在自然含水量狀態(tài)下試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)所施加的荷載完全由樁周土承擔(dān)，如圖 1（a）所示。此時(shí)，單樁豎向抗壓極限承載力見(jiàn)式（10）。

式中：Qsk1為濕陷下限深度以上土層在自然含水量狀態(tài)下的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，通過(guò)空底樁實(shí)測(cè)得到；其他符號(hào)意義同前。

試驗(yàn)最大加載值取設(shè)計(jì)要求單樁承載力特征值Ra的 2 倍，自然含水量狀態(tài)下的安全系數(shù)K=2Ra/Ra=2，或會(huì)誤判為“滿足設(shè)計(jì)要求”。實(shí)則樁周濕陷性土層浸水后，承載力降低，安全系數(shù)達(dá)不到 2，不滿足設(shè)計(jì)要求。滿足設(shè)計(jì)要求的試驗(yàn)最大加載值需按下述 2.1、2.2 節(jié)計(jì)算確定。

2.1 非自重濕陷性黃土場(chǎng)地

當(dāng)樁周非自重濕陷性黃土浸水后，土質(zhì)軟化，樁側(cè)摩阻力減小，減小量 ΔQuk1=Qsk1-Qsk3，浸水后Quk=2Ra-ΔQuk，帶入式（6）可得安全系數(shù)K=（2Ra-ΔQuk1）/Ra=2-ΔQuk1/Ra，此式中后一項(xiàng)必然大于 0，故安全系數(shù)K＜2，不滿足設(shè)計(jì)要求。令安全系數(shù)K=2，可得到自然含水量狀態(tài)下試驗(yàn)最大加載值Q的計(jì)算公式，見(jiàn)式（11）。

2.2 自重濕陷性黃土場(chǎng)地

1）按文獻(xiàn)［1］，浸水后Quk=2Ra-Qsk1，帶入式（6）可得安全系數(shù)K=（2Ra-Qsk1-kQgn）/Ra=2-（Qsk+kQgn）/Ra，此式中后一項(xiàng)必然大于 0，故安全系數(shù)K＜2，不滿足設(shè)計(jì)要求。令安全系數(shù)K=2，可得到自然含水量狀態(tài)下試驗(yàn)最大加載值Q的計(jì)算公式，見(jiàn)式（12）。

2）按文獻(xiàn)［2、3］，浸水后Quk=2Ra-Qsk1，帶入式（9）可得安全系數(shù)K=（2Ra-Qsk1）/Ra=2-Qsk1/Ra，此式中后一項(xiàng)必然＞ 0，故安全系數(shù)K＜2，不滿足設(shè)計(jì)要求。令安全系數(shù)K=2，可得到自然含水量狀態(tài)下試驗(yàn)最大加載值Q的計(jì)算公式，見(jiàn)式（13）。

3 工程算例

該工程現(xiàn)場(chǎng)不具備浸水試驗(yàn)的條件，在自然含水量狀態(tài)下進(jìn)行單樁承載力試驗(yàn)。試驗(yàn)最大加載值的確定如下。

1）按照文獻(xiàn)［3］的要求，采用空底樁對(duì)①黃土狀粉土層在自然含水量狀態(tài)下的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行測(cè)試，得到qsk1=60 kPa。②馬蘭黃土層厚相對(duì)較小，未進(jìn)行側(cè)阻力測(cè)試，按地方經(jīng)驗(yàn)取qsk2=70 kPa。由此可得濕陷下限深度以上土層在自然含水量狀態(tài)下的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qsk1=0.8π（60×35+70×6）=6 330 kN。

4）若本工程的單樁承載力特征值 4 500 kN 是按文獻(xiàn)［1］的表達(dá)提出的，則最大加載值的計(jì)算改用式（12），負(fù)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值可按文獻(xiàn)［1］或文獻(xiàn)［3］取值，文獻(xiàn)［3］按樁周濕陷性土層厚度不同對(duì)負(fù)摩阻力的取值也不同，同種工藝，厚度越大，負(fù)摩阻力取值越大，此處暫按文獻(xiàn)［3］取 19 kPa，則 Qgn=19×41×0.8π=1 957 kN，試驗(yàn)最大加載值 Q=2×（4 500+1 957）+6 330=19 244 kN。

非自重濕陷性黃土場(chǎng)地上的基樁，可參照此算例的方法選擇式（11）進(jìn)行計(jì)算，此處不再贅述。式中濕陷下限深度以上土層在飽和狀態(tài)下樁的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值Qsk3計(jì)算時(shí)，樁側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值可取 20～30 kPa，擠土樁取高值，非擠土樁取低值。

4 結(jié)語(yǔ)

1）文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］、［3］對(duì)設(shè)計(jì)單樁承載力特征值的規(guī)定不同，設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)圖紙中應(yīng)注明采用的是那種表達(dá)形式，并合理地提出單樁承載力試驗(yàn)的最大加載值，且按試驗(yàn)最大加載值進(jìn)行樁身強(qiáng)度驗(yàn)算。

2）濕陷性黃土場(chǎng)地上的基樁在進(jìn)行承載力試驗(yàn)時(shí)，優(yōu)先選擇浸水載荷試驗(yàn)；確有困難時(shí)，可在自然含水量狀態(tài)下試驗(yàn)，試驗(yàn)最大加載值按場(chǎng)地濕陷類型選擇式（11）～式（13）計(jì)算確定。

3）采用本文公式確定自然含水量狀態(tài)下試驗(yàn)最大加載值時(shí)，宜采用空底樁測(cè)試濕陷性土層的摩阻力。

4）目前，行業(yè)內(nèi)同一名詞采用不同表達(dá)方式的情況時(shí)有出現(xiàn)，此種情況在跨行業(yè)間出現(xiàn)的更多，甚至同一名詞所表達(dá)的意思差之千里，為工程技術(shù)人員的正常交流帶來(lái)諸多不便，期盼早日形成統(tǒng)一。Q