根据试桩成果反分析灌注桩的设计参数

贺诗选，张 娇，李 强

(北京爱地地质勘察基础工程公司，北京 100144)

根据试桩成果反分析灌注桩的设计参数

贺诗选，张 娇，李 强

(北京爱地地质勘察基础工程公司，北京 100144)

利用钻孔灌注桩试桩报告中的静载荷试验原始数据和地层资料，结合规范，利用反分析的方法确定各地层的极限端阻力标准值qpk和极限侧阻力标准值qsik。可将试桩成果推广应用到场地附近任意桩长和桩径的桩型设计中。

钻孔灌注桩;试桩;设计参数;反分析

0 引言

通常试桩工程最终提交的报告为某一种或者某几种特定桩长桩径桩型的承载力，正式工程中很可能根据建筑物和地层的特点，采用与试桩时不一样桩长和桩径，如此就不能直接套用试桩成果数据。这就存在一个如何将试桩成果推广应用到任意桩长桩径桩型的问题。如果能通过试桩确定各个地层的桩基设计参数qsik和qpk，则能很好地解决这一问题。笔者通过工程实例在这方面做了分析研究。

1 工程概述

首钢京唐钢铁厂在曹妃甸地区的钻孔灌注桩进行了大型的压桩试验，分4个试验区进行。试验桩设计承载力特征值35 m800 mm桩为1700 kN，45 m800 mm桩为2500 kN，35 m1000 mm桩为2100 kN，45 m1000 mm桩为3200 kN，45 m1200 mm桩为4100 kN。

共完成泥浆护壁钻孔灌注桩静载试验51组，试验终止条件和单桩竖向抗压极限承载力的确定均按《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106－2003)执行，静载试验成果汇总如表1。

表1 静载试验成果汇总表

2 场地工程及水文地质条件

2.1 地形地貌

厂区地貌上属于滨海浅滩。曹妃甸一带为滦河三角洲平原海岸，具有双重岸线特征，其中内侧大陆岸线为沿滦河古三角洲前沿发育的冲积海积平原。吹填后地面标高3～3.5 m。

2.2 地层岩性特征

根据勘察报告，在深度80 m范围内，地基土主要由第四系全新世海相沉积和第四系上更新世海陆交互沉积的粘性土、粉土和砂类土所组成，其地层岩性如表2所示。

表2 场地地层物理力学指标

2.3 地层岩性特征

根据勘察报告，各试验分区的地层分布如表3所示。

表3 各试验区地层厚度及深度汇总表

3 试验成果数据的选取

为了便于计算，有代表性地从表1中成对地选取桩长相同但桩径不同的8对16根桩的数据进行计算，4个试验区每个区各选了2对，一对长桩一对短桩。选取的桩参数如表4。

表4 选取的16根桩参数

4 计算公式及分析方法

灌注桩的竖向抗压承载力公式为:［1］

式中:Qsk、Qpk——分别为单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值;u——桩身周长;li——桩穿越第i层土的厚度;Ap——桩端面积;qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值;qpk——桩径为800 mm的极限端阻力标准值;ψsi、ψp——大直径桩侧阻、端阻尺寸效应系数，如表5。

表5 大直径灌注桩侧阻、端阻尺寸效应系数ψsi、ψp

为了分析的方便，引入2个物理量qsk和qsxk:令qsk=(∑qsikli)/l，即桩的全长平均极限侧阻力标准值;令qsxk=(∑ψsiqsikli)/l，即考虑尺寸效应系数的全桩长平均极限侧阻力标准值。所以公式(1)也可以表示为:

承载力极限值Quk、桩长l、桩周长u、桩截面积Ap为已知条件，ψp可通过规范中的公式计算得到，这样公式(2)中有2个未知数qsxk和qpk。

理论上是可以建立二元一次方程组求解的，但是必须要认识到试桩得出的数据并不是达到破坏的极限值，且因为每根桩都是分10级加荷载的，所以真正的极限值很难测得，用方程组求解出来的qsxk和qpk值不可能精确。

因为首钢曹妃甸厂区的灌注桩均为长度超过30 m的长桩，侧阻力在总承载力中占绝对优势，qsk对结果的影响大于85%。所以不妨先根据规范和经验确认影响较小的端阻力qpk的值，代入公式(2)中，即可求出比较合理的qsxk。

5 端阻力的确定

依据规范，根据经验和本次试验的抗压承载力测试值，先确定本次试验区各地层的极限端阻力标准值，如表6。

表6 估算的各地层的端阻力qpk

6反算全长平均侧阻力

将ψp及表6中的qpk和表4中的桩长和桩径代入公式(2)，求得16根试验桩的考虑尺寸效应的全长平均极限侧阻力标准值qsxk值，如表7。

表7 考虑尺寸效应的全长平均极限侧阻力标准值qsxk值

求出qsk的条件是必须要有各地层的qsik。考虑到1－ψsi的值当桩径为800 mm时为0，桩径1000 mm是砂层为0.072，土层为0.044，数值比较小，即使qsik值存在一定的误差，最终对qsk的影响也非常有限。所以根据规范假定一组qsik值，如表8所示，将其与表7中的qsxk值代入公式(3)中，可以求得比较准确的qsk。将同一个试验区相同桩长的qsk值求取平均数，计算结果见表9。

7 反算各地层的侧阻力

7.1 采用试算的方法

桩的全长平均极限侧阻力标准值公式:

由于绝大部分的桩长都大于30 m，穿过5个土层，所以有5个未知数qsik，最多的是穿过8个土层。因此无法用解方程的方法确定各层qsik。

表8 为了求qsk而假定的qsik值

表9 各试验区qsk试桩值

这里采用试算的方法，参考规范的推荐值，拟定一组比较合理的qsik，代入公式(3)，看试算得出的qsk值与表9的qsk的吻合情况。然后以第一组qsik值为基准进行调整得到多组qsik值，均代入公式(4)，试算得出的qsk值与表9的qsk的吻合情况最好的一组即为最符合要求的一组。

7.2 试算的qsik值

以《建筑桩基技术规范》(JGJ 94－2008)为主要参考依据，先取一组qsik值，如表10第1组，代入公式(3)，试算结果见表11第1组，从试算结果可以看出，这组qsik数据比较保守，所以qsk的试算值均比试桩值要小。

以这组数据为基础进行调整，又试算了4组qsik值，如表10，试算结果见表11。

第1组和第4组的试算结果与表9的数据相差较大，第2、3、5组则较接近，综合考虑规范建议值，取第2组试算值作为这次逆向分析的成果参数。

表10 试算的5组qsik值

表11 各试验区qsk试桩法及参数试算法确定的qsk值

8 结论

(1)本次灌注桩试验区地层的极限端阻力标准值qpk和极限侧阻力标准值qsik如表12所示。

表12 灌注桩试桩极限端阻力标准值qpk和极限侧阻力标准值qsik

(2)根据表12的参数对本次试验的桩型进行计算，桩长超过30 m时，桩端阻力在承载力中的比例不超过14%，影响承载力的主要因素是桩侧摩擦阻力。在⑦层砂缺失或不稳定的情况下，灌注桩的桩端持力层可以选择⑥层土和⑦层的土层。

(3)以表12中的参数为基础，根据土工试验和原位测试数据，可以比较准确地估计曹妃甸地区其它地层的灌注桩设计参数。

(4)本文反算的参数对后期的正式工程中的桩基设计能起到较好的参考作用，使试桩成果得出的不仅仅是某一个特定桩型的承载力，根据表12，可将试桩成果推广应用到任意桩长桩径的灌注桩设计。

［1］JGJ 94－2008，建筑桩基技术规范［S］.

［2］JGJ 106－2003，建筑基桩检测技术规范［S］.

［3］GB 50021－2001，岩土工程勘察规范［S］.

［4］常士骠，张苏明.工程地质手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［5］雷晓艳.工程反分析问题及应用［J］.华东交通大学学报，1996.9(3):1－8.

［6］张苏明.工程地质手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

Inverse Analysis on Design Parameters of Bored Grouting Pile According to the Pile Testing Results

HE Shi-xuan， ZHANG Jiao，LI Qiang(Beijing Aidi Geotechnical Investigation＆Foundation Engineering Company，Beijing 100144，China)

Based on the original data of bored pile static loading test and stratigraphic data，combined with the related specifications and using the inverse analysis method，the ultimate end resistance standard value qsik and ultimate lateral resistance standard value qpk of each stratum were determined.Pile testing results can be applied to the pile design in any length and any diameter near the construction site.

bored grouting pile;pile testing;design parameter;inverse analysis

TU473.1+2

A

1672－7428(2012)08－0061－04

2012－02－14;

2012－06－21

贺诗选(1978－)，男(汉族)，江西萍乡人，北京爱地地质勘察基础工程公司工程四处主任、工程师、国家注册岩土工程师、国家一级建造师，岩土工程专业，硕士，从事岩土工程勘察设计、施工工作，北京市石景山区晋元庄路23号，80100148@qq.com。