上海地區(qū)合理確定預(yù)制樁設(shè)計(jì)參數(shù)的探討

摘要：依據(jù)上海軟土條件的現(xiàn)狀，提出合理確定樁基設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，應(yīng)綜合考慮多方面的因素。并從樁側(cè)摩阻力與樁端承載力的相互關(guān)系，樁端阻力與樁端附近土層、樁的休止期、樁徑等的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的分析論證。

關(guān)鍵詞：制樁設(shè)計(jì)參數(shù)、樁端阻力、相互關(guān)系

1、  前言

在樁基勘察報(bào)告中，需要提供相關(guān)土層的樁側(cè)摩阻力與樁端承載力，以作為樁基設(shè)計(jì)的依據(jù)。但在確定某土層的樁基參數(shù)時(shí)，如果只單一的考慮該土層本身的本性，要想提供可靠而相對(duì)準(zhǔn)確的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)是不可能的。

本文主要從地基土角度分析影響樁的支承能力的因素，認(rèn)為在上海的軟土條件下合理確定樁基設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，應(yīng)綜合考慮多方面的因素。

2、  樁側(cè)摩阻力與樁端承載力的相互關(guān)系

樁的荷載傳遞規(guī)律是樁側(cè)摩阻力先于端阻力發(fā)揮，但在樁的荷載傳遞過(guò)程中并不是樁側(cè)摩阻力先全部發(fā)揮，而后端阻力發(fā)揮，樁側(cè)摩阻力與樁端端阻力是發(fā)揮承載力中相互聯(lián)系相互影響的兩個(gè)部分，外部荷載逐漸增加的過(guò)程，既是樁側(cè)摩阻力自上而下逐層發(fā)揮的過(guò)程，也是樁端承載力逐漸發(fā)揮的過(guò)程。

根據(jù)前人的研究，樁側(cè)摩阻力在位移小于10mm時(shí)，就能充分發(fā)揮。其中，粘性土中位移約為5~7mm：砂土中約10mm。而發(fā)揮全部的樁端阻力需要較大的位移量，位移與樁端持力層和樁的直徑D有關(guān)，砂性土約為D/12~D/10,粘性土約為D/4。假定樁徑50cm的樁基，在砂性土中，位移4.2~5cm，粘性土中位移約為12.5cm，才發(fā)揮全部的樁端阻力。故樁側(cè)摩阻力總比樁端阻力先充分發(fā)揮。

對(duì)于緩變形的樁，試樁時(shí)一般取變形在40~60mm所對(duì)應(yīng)的荷載為極限承載力，此位移已遠(yuǎn)超過(guò)達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度峰值的位移。這時(shí)樁的摩阻力早已全部發(fā)揮，而當(dāng)持力層為粘土?xí)r，端阻力可能尚未全部發(fā)揮，若要達(dá)到端阻力全部發(fā)揮，樁的位移量相當(dāng)大，以致樁側(cè)土的抗剪強(qiáng)度已劇降在峰值以上，故樁的極限承載力相對(duì)較?。欢至訛檩^密實(shí)的砂性土?xí)r，當(dāng)達(dá)到極限承載力時(shí)，樁側(cè)土的抗剪強(qiáng)度可能還處在穩(wěn)值段或下降不大，端阻力就已全部發(fā)揮，故樁的極限承載力相對(duì)較大。因此在確定樁的設(shè)計(jì)參數(shù)的取值時(shí)，應(yīng)考慮到樁側(cè)土和持力層的相互影響。

3、  樁端阻力與樁端附近土層的關(guān)系

樁端端阻力的確定不僅與樁端處的土層有關(guān)，還與樁端平面上下一定厚度的土層有關(guān)，勘察報(bào)告提供的各土層樁基參數(shù)及根據(jù)所提參數(shù)計(jì)算端阻力時(shí)，一般都難以反應(yīng)上述因素，只有在采用靜力觸探方法估算端阻力，計(jì)算樁端附近靜力觸探比貫入阻力平均值P_sb時(shí)， 才考慮了上述因素。

該方法是在樁端全斷面以上取d₁范圍內(nèi)的比貫入阻力平均值P_sb1,在樁端全斷面以下取d₂范圍內(nèi)的比貫入阻力平均值P_sb2。當(dāng)P_sb1≤P_sb2時(shí)，P_sb＝（P_sb1+βP_sb2）/2;當(dāng)P_sb1＞P_sb2時(shí)，P_sb＝P_sb2。。β為折減系數(shù)，根據(jù)P_sb2/ P_sb1值取0.5~1.0。

另外，由于深度效應(yīng)，樁端承載力與樁進(jìn)入持力層的深度有關(guān)，當(dāng)樁進(jìn)入持力層深度不大時(shí)，樁端承載力隨著樁進(jìn)入持力層深度的增加而線性增大。當(dāng)達(dá)到臨界深度后，端阻力保持穩(wěn)定。臨界深度隨持力層的覆蓋壓力增大而減小。

報(bào)告中對(duì)確定的土層一般提供唯一的一對(duì)側(cè)摩阻力和端阻力參數(shù)，但也應(yīng)該考慮上述因素，對(duì)受上下土層影響較大的樁基持力層，可采用分段提供，對(duì)需要考慮深度效應(yīng)的持力層，可采用較大幅度提高樁側(cè)摩阻力的方法，達(dá)到體現(xiàn)端阻力隨深度線性增大的目的。

4、  與樁徑的關(guān)系

上海地區(qū)微型樁（小于0.3m樁徑的樁）的設(shè)計(jì)參數(shù)常在一般樁的參數(shù)基礎(chǔ)上折減，通常取8折與試樁結(jié)果較吻合。因此認(rèn)為微型樁的設(shè)計(jì)參數(shù)需作適當(dāng)折減是由于土對(duì)不同樁徑的樁有不同不過(guò)的摩阻力和端阻力。其實(shí)樁徑對(duì)預(yù)制樁的參數(shù)影響很小。唯有微型樁采用折減值與實(shí)際較復(fù)合，這種情況與樁端位于可塑性粘性土層且淺部地層大部分為淤泥質(zhì)土層時(shí)的土層情況相類似，實(shí)際上是因?yàn)槲⑿蜆兜臉渡砗蜆抖舜蟛糠智闆r下均處于粘性土中的原因，粘性土中的參數(shù)應(yīng)在原習(xí)慣取值基礎(chǔ)上折減以與實(shí)際相符。

5、  與樁的休止期的關(guān)系

樁的承載力是以試樁結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)的，但樁的承載力是隨休止期的延長(zhǎng)而增大。上海地區(qū)樁端位于第5層和第6層粘性土層中的樁尤其明顯，故樁的承載力也是個(gè)相對(duì)的變值。按規(guī)范，砂性土中樁的休止期為2周，粘性土中休止期為28天。但多個(gè)工程的試樁結(jié)果表明：粘性土中休止期為28天。但多個(gè)工程的試樁結(jié)果表明：粘性土中休止期為28天時(shí)樁的承載力遠(yuǎn)未達(dá)到其最后能達(dá)到的穩(wěn)定值，即使采用規(guī)范中參數(shù)的下限值并稍作折減，也超出28天時(shí)的試樁值。故采用28天試樁值作為設(shè)計(jì)根據(jù)，過(guò)于保守，其28天的試樁值與其穩(wěn)定值的比值大大小于休止期為2周的砂性中試樁值與其穩(wěn)定值的比值。28天試樁所得承載力僅為一般經(jīng)驗(yàn)估算值的70%~80%，當(dāng)樁側(cè)以軟粘性土為主，且粘性土較大時(shí)，其比率更低，甚至僅為50%~60%。休止期需達(dá)到約45天，才與估算值接近。

因此，應(yīng)盡量延長(zhǎng)在粘性土中樁的休止期，使樁的載荷試驗(yàn)結(jié)果接近樁的實(shí)際穩(wěn)定值。在粘性土中，應(yīng)充分考慮粘性土受擾后強(qiáng)度隨時(shí)間增長(zhǎng)的效應(yīng)遠(yuǎn)大于砂土，28天休止期遠(yuǎn)未達(dá)到穩(wěn)定值，宜采用45天休止期。如將28天試樁結(jié)果估算樁的實(shí)際穩(wěn)定值，宜乘以相應(yīng)的修正系數(shù)。受現(xiàn)有試樁休止期標(biāo)準(zhǔn)的限制，應(yīng)在勘察成果上闡明。

6、  結(jié)論

各土層的樁側(cè)摩阻力系數(shù)除考慮本身土性外，還應(yīng)考慮樁側(cè)土和持力層的相互關(guān)系；樁端端阻力除考慮持力層本身土性外，還應(yīng)考慮持力層厚度及下臥層的影響，為提高樁側(cè)阻力和端阻力的發(fā)揮，樁端應(yīng)盡量置于相對(duì)較硬的土層，且深入持力層一定深度，可適當(dāng)提高持力層的樁側(cè)摩阻力參數(shù)，以體現(xiàn)樁的臨界深度的影響；在工程上樁的設(shè)計(jì)參數(shù)可不考慮樁徑的影響，宜采用適當(dāng)降低軟粘性土的參數(shù)，提高中密以上粉性土和砂性土的參數(shù)，以統(tǒng)一微型樁和一般樁的設(shè)計(jì)參數(shù)；應(yīng)充分考慮粘性土受擾后強(qiáng)度隨時(shí)間增長(zhǎng)的效應(yīng)，根據(jù)上層組合對(duì)樁基參數(shù)相應(yīng)浮動(dòng)。