肖 欣

(天津华北地质勘查局，天津 300181)

1 概述

估算单桩竖向极限承载力标准值是详细勘察阶段的主要任务之一，也是甲、乙级勘察拟建物试桩设计的前提，作为未来工程桩桩基设计的依据，单桩承载力的估算必须客观、准确，避免产生浪费。确定单桩承载力的常用方法有:1)原位试验法:是一种通过现场直接试验确定单桩承载力的方法，主要指桩基载荷试验法;2)理论公式法:是根据室内试验指标利用理论公式计算单桩承载力的方法;3)规范表格法:主要指运用静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等现场测试指标或野外鉴别指标，通过查相关规范所列表格得到对应地基土桩基设计参数，通过规范建议的经验公式计算出单桩极限承载力标准值。使用过程中应注意规范不同(包括不同部门、不同行业、不同地区的规范规程)，其单桩承载力计算方法不会完全相同，应用时需注意各自的使用边界条件。因此，规范规定:根据建筑桩基设计等级一般选用单桩静载试验、原位测试或者经验参数等方法分别或综合确定单桩竖向极限承载力标准值。

2 单桩极限承载力确定方法

2.1 理论公式法

通常是采用取原状土样进行室内土工试验，做出密度、含水率、液限、塑限、压缩指标及剪切等土质物理力学指标。对上述指标进行统计，得出一定范围内指标的平均值及标准值查表得出桩侧土的极限侧阻力标准值qsik及极限端阻力标准值qpk。

查出桩侧土极限侧阻力标准值及极限端阻力标准值后根据如下公式计算出单桩竖向极限承载力标准值:

其中，qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，可根据当地有关规范规程查表，如无当地经验时，可按《建筑桩基技术规范》有关表格取值;qpk为极限端阻力标准值，可根据当地有关规范规程查表，如无当地经验时，可按表《建筑桩基技术规范》有关表格取值。

2.2 静力触探试验法

静力触探试验法估算单桩承载力具体原理是根据静力触探试验中的探头与地基土的相互作用，近似于桩与土的相互作用，因此可以根据静探测试出单桥的比贯入阻力或双桥探头中的锥尖阻力与侧壁摩阻力估算单桩承载力。不能直接用静探测得端阻与摩阻作为实际单桩的端阻力和摩阻力计算单桩承载力，而必须经过一定程度的修正，这是因为静力触探的探头与土作用和实际桩体的工作性能差别较大。主要受尺寸效应、材料性能、应力特点等因素影响，因此需要对测试结果进行修正。用静力触探试验法确定单桩承载力也是一种经验估算，具体方法是:根据土层统计静力触探探头侧阻力平均值及桩端平面上、下探头阻力加权平均值，用如下公式计算后得出预制桩单桩极限承载力标准值。目前单桥使用较少，下面仅介绍双桥静力触探试验法。

根据双桥探头静力触探结果确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，可按下式计算:

其中，fsi为第i层土的探头平均侧阻力，kPa;qc为桩端平面上、下探头阻力，取桩端平面以上4d(d为桩的直径或边长)范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值，kPa，然后再和桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均;α为桩端阻力修正系数，对于黏性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2;βi为第i层土桩侧阻力综合修正系数，根据不同的土性，采用不同的公式进行计算。

2.3 标准贯入试验法

对粘性土、粉土或砂土进行现场标准贯入试验，记录贯入30 cm实际贯入击数，结合相关规范规程查出地基土极限侧阻力qsik及桩端土极限端阻力qpk，再根据如下公式计算预制桩单桩极限承载力标准值:

其中，qsis为桩侧第i层土的极限侧阻力，可根据当地有关规范规程查表，亦可按《高层建筑岩土工程勘察规程》附表取值;qps为极限端阻力标准值，可根据当地有关规范规程查表，亦可按《高层建筑岩土工程勘察规程》附表取值。

2.4 静载荷试验法

该方法确定单桩极限承载力较为客观、准确，可直接作为施工图设计依据。但是规范要求静载荷试验法每个单体拟建物不少于3个检测点。具体是:根据桩基检测结果，计算出平均值，根据《建筑地基基础设计规范》规定，若极差小于平均值的30%，可直接采用平均值作为桩基设计依据;若极差不小于测试结果平均值的30%，分析原因，并增加检测根数，取最小值作为单桩承载力设计值。该方法周期较长、成本较高。

3 案例

3.1 工程概况

该项目位于天津市静海区，拟建物为14栋11层洋房，框架结构，地基基础拟采用条形基础，下面为预应力管桩。

详细勘察阶段采用原状取土试验、标准贯入试验及静力触探试验等多种方法进行单桩极限承载力估算，估算结果作为桩基初步设计依据，并随后进行了场外试桩。

该项目桩基试桩设计为桩径为300 mm，有效桩长22.0 m的预应力管桩。

3.2 地层岩性特征及分布规律

根据本次勘察资料，该场地埋深30.0 m深度范围内，场地地层皆属第四系松散堆积物，以人工填土、粉质粘土、粉土、粉砂为主。根据《天津市地基土层序划分技术规程》，按其沉积年代、成因类型初步划分为10个工程地质层，现将各土层自上而下分述如表1所示。

表1 地层岩性特征及分布规律

3.3 地基土物理力学指标统计

对于各层土的一般物理力学指标，当子样个数不小于6时，提供最大值、最小值、算术平均值、标准差、变异系数、标准值。统计结果详见表2。

表2 物理力学指标统计表(平均值)

3.4 单桩极限承载力标准值估算

1)桩基设计参数见表3。

表3 桩基设计参数

2)单桩极限承载力标准值。通过估算用理论公式法确定单桩极限承载力标准值为1 345 kPa;静力触探法确定单桩承载力标准值为1 433 kPa;标准贯入试验法确定单桩承载力标准值为1 371 kPa。3种方法确定单桩承载力平均值为1 383 kPa(特征值为692 kPa)，取该值作为桩基试桩设计值。

3.5 静载荷试验法

施工前先进行场外试桩4根，桩长为22.0 m，桩径300 mm的预应力管桩。通过现场试桩，4根试桩的单桩极限承载力分别为1 467 kPa，1 517 kPa，1 481 kPa，1 506 kPa，其平均值为 1 493 kPa，极差为50 kPa，50 kPa/1 493 kPa=0.033 5=3.35% ＜30%。根据《建筑地基基础设计规范》规定取试桩平均值作为施工图设计依据，即单桩竖向承载力特征值为747 kPa。

综合分析，当极差小于平均值的30%时，可选用3种方法估算单桩承载力平均值作为初步设计依据，当极差大于平均值的30%时，可选用最小值作为初步设计依据。本项目拟采用单桩承载力740 kPa作为桩基工程桩设计值，这样处理既安全科学，又经济合理。在不做桩基静载荷试验时，用其他3种方法确定单桩承载力也可以满足设计要求。

4 结论与建议

确定单桩竖向承载力的途径和方法很多，目前理论方法总结为两方面:一是按照桩体钢筋混凝土结构强度确定单桩承载力，二是按地基对桩体的支撑力确定，取二者最小值作为桩基设计值。正常情况桩体强度易满足结构荷载要求，一般需要地基土对桩体支撑力满足要求即可。而按地基对桩体的支持力确定桩承载力的方法包括现场试验方法、经验公式方法、理论计算方法及经验值方法等。实际施工图设计中地基土对桩体承载能力应结合实际情况分析，且根据不同的行业要求及受力边界条件分别确定。《建筑桩基技术规范》对单桩竖向极限承载力标准值的确定作了如下规定:1)一级建筑桩基应采用现场静载荷试验，并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定;2)二级建筑桩基应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算，并参照地质条件相同的试桩资料，综合确定，当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，仍应由现场静载试验确定;3)对三级建筑桩基，如无原位测试资料时，可利用承载力经验参数估算。上述规定明确了静载试验是确定单桩竖向承载力的第一标准，其他方法是静载试验的补充。因此，在桩基设计时应根据拟建物桩基设计等级及当地经验选用不同的方法进行单桩承载力设计值计算。

［1］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］.

［2］GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范［S］.

［3］JGJ 72-2004，高层建筑岩土工程勘察规程［S］.