基于黄河冲洪积地层试桩试验优化桩基承载力设计的研究

黄 薛， 曾纯品， 雷炳霄， 郭长恩

(1.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东 济南 250014；2.山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)

0 引言

桩基静载试验是工程建设过程中对桩基承载力进行检测的最基本、最可靠的方法，能够准确、直观、有效地确定桩基承载能力[1-3]。由于地质条件的复杂性和勘察方法、手段的局限性，单桩极限承载力预估值往往与实际情况相差较大，造成工程造价增加，工期延长；另外，在场地占地面积大、桩基数量多时，需要试桩数量相对就多，但考虑工程桩可能存在设计变更，桩长、桩径会有变化，变更后的工程桩无法直接利用试桩结果，无法有效确定工程桩承载力设计值。

本文以东营某工程为例，基于黄河冲洪积地层试桩试验成果，建立在相同桩顶标高(-5.7 m)条件下单桩极限承载力实测平均值与桩底标高(可以换算成桩长)的关系曲线，为优化工程桩设计提供了依据和方法[4-6]，可为类似地质条件的工程设计及建立区域桩基承载力数据库提供借鉴。

1 工程概况

某工程位于东营市东营区西城区，总规划用地面积为17.5公顷(17.5万m2)，总规划建筑面积约为80.6万m2，结构形式为剪力墙结构,地下室采用框架结构。

主要包括1栋五星级酒店、3栋写字楼、13栋高层住宅楼及配套公建等；基础类型为桩筏基础,桩基工程采用钻孔灌注桩，非后注浆工艺，桩径全部为800 mm，桩长不等。

2 工程地质概况

场地在地貌单元上属黄河冲积平原，地形较平坦，地面标高3.74～5.53 m。环境条件相对较简单，地下水位较浅，平均地表以下1.8 m左右。

在勘察深度范围(70.0 m)内，场地第四系地层自上至下由全新统(Q4)人工填土及冲洪积成因的粉土、粉质粘土、粉砂及上更新统(Q3)粉土、粉质粘土、砂类土组成，大致分为14大层。各岩土层地层结构、分布规律见图1，桩基设计参数见表1。根据液化判定结果，综合判定拟建场地液化等级为严重，进行桩基础设计时，②、③1、③2、④、④2、⑤1、⑤2等液化土层桩基参数受液化影响应进行折减。

图1 场地典型地质剖面图

3 桩基试验

3.1 试桩技术指标

试桩采用钻孔灌注桩，桩身混凝土强度等级为C50，主筋材质为HRB400，保护层厚度为55 mm，进行静载荷试验，布设单桩竖向抗压静载荷试验桩26根，技术指标见表2。试验桩根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)加载至桩侧与桩端的岩土阻力达到极限状态，加、卸载方式按4.3.3条确定，采用慢速维持荷载法，按4.3.5条进行每级荷载的加载和测读[7]。

表2 钻孔灌注桩试桩技术指标

3.2 试验成果分析

根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)4.4.2条，对于缓变型Q-s曲线可根据沉降量确定，宜取s=40 mm对应的荷载值；当桩长>40 m时，宜考虑桩身弹性压缩量；对直径≥800 mm的桩，可取s=0.05D(D为桩端直径)对应的荷载值；对于试桩Q-s曲线未出现陡降段，且s-lgt曲线尾部未出现明显向下弯曲，取最大试验荷载值为其单桩竖向抗压极限承载力。本试桩试验SZ1、SZ2、组1、组2、组3符合缓变型Q-s曲线；SZ3、组5、组6符合后者。试桩组3-1缓变型Q-s曲线见图2，各级荷载s-lgt曲线见图3；试桩成果见表3。

图2 试桩组3-1 Q-s曲线

从图2看，试桩实测值大于根据勘察报告提供的数据估算确定的单桩设计预估承载力值；从表3分析，在相同桩长、桩径条件下，试桩单桩极限承载力实测值与预估值对比增加了6.36%～20.19%,满足设计要求，但两者相差较大。

图3 试桩组3-1 s-lgt曲线

桩号设计预估承载力/kN实际最大加荷量/kN实测单桩极限承载力/kN桩顶累计位移/mm单桩极限承载力实测值比预估值增加量/%实测单桩极限承载力平均值/kNSZ1-1SZ1-2SZ1-3SZ1-462008000732144.0818.08729046.7717.58718035.4315.81721048.4516.297250SZ2-1SZ2-2SZ2-3SZ2-470009000812534.6116.07795646.8513.66798437.8514.06800834.1314.408018SZ3-1SZ3-2SZ3-3SZ3-430003600360031.0220.00360032.9120.00360029.2120.00360027.0320.003600组1-1组1-2组1-3900012000957268.976.36986864.449.64978866.058.769743组2-1组2-29200120001024363.1111.34982765.216.8210035组3-1组3-262008000729858.0517.71735260.9618.587325组4-1组4-231203750375021.3320.1918.4520.193750组5-1组5-2组5-331203750375023.3520.1924.1920.1923.4420.193750组6-1组6-239804780478025.6020.1023.1420.104780

主要原因为场地各主要地层力学性质存在非均质性，以及在各主要地层中分布范围、厚度大小不等的透镜体，以及勘察手段和方法的局限性，无法准确提供地质条件和设计参数，造成单桩极限承载力预估值偏小[8-11]。

4 工程桩桩基承载力优化设计

由于场地占地面积较大，建筑物较多，工程桩数量大，且试桩单桩极限承载力预估值与实测值相差较大，需要发掘场地地质条件的潜力，在相同桩长、桩径条件下，提高工程桩承载力，达到减少桩数、节省工程造价的目的。为了优化工程桩设计，发掘地质条件的潜力，根据试桩试验成果建立在相同桩顶标高(-5.7 m)条件下单桩极限承载力实测平均值与桩底标高(可以换算成桩长)的关系曲线，试桩SZ1、SZ2采用等桩长换算成桩顶标高-5.7 m的条件。根据关系曲线确定的单桩极限承载力实测平均值与桩底标高(可以换算成桩长)的对应关系，优化工程桩承载力设计值；根据《建筑基桩检测技术规范》(JGJ 106-2014)进行工程桩验收检测，检测结果符合设计。优化后的工程桩在相同桩长、桩径条件下承载力提高约10%，达到发掘地质条件的潜力、提高工程桩承载力、减少桩数、节省工程造价的目的[12-14]。单桩极限承载力值与桩底标高关系见图4，优化后的工程桩承载力见表4。

图4 单桩极限承载力值与桩底标高关系Q-H曲线

5 结语

本工程试桩成果虽然满足设计要求，但试桩单桩极限承载力实测值与预估值对比增加了6.36%～20.19%,两者相差较大。为了优化工程桩设计，发掘地质条件的潜力，根据试桩试验成果建立在相同桩顶标高(-5.7m)条件下单桩极限承载力实测平均值与桩底标高(可以换算成桩长)的关系曲线，优化工程桩设计，进行了工程桩验收检测，检测结果符合设计，达到提高工程桩承载力、减少桩数、节省工程造价的目的。相关试验方法、优化桩基承载力设计的方法可为类似地质条件的工程设计及建立区域桩基承载力数据库提供借鉴。

表4 工程桩承载力设计值取值