浙沪地区预制桩侧阻力与端阻力取值的探讨

2018-01-27顾耀龙王建华

浙江建筑 2018年1期

关键词：粘聚力单桩摩擦角

顾耀龙,王建华

(1.浙江建效工程监理有限公司,浙江杭州 310012;2.浙江省综合勘察研究院,浙江杭州 310011)

目前单桩承载力的计算多采用如下经验公式：

Quk=u∑qsikli+qpkAp

(1)

式(1)中:Quk为单桩竖向极限承载力标准值(kN)；

qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)；

qpk为极限端阻力标准值；

u为桩身周长；

li为桩周第i层土的厚度；

Ap为桩端面积。

式(1)中桩的极限侧阻力和端阻力的取值大多数情况是查表。由于表格的局限性,能用的参数较少,指标区间较宽,如果盲目按表取值或一味保守取低值,就会给建设工程造成浪费或埋下隐患。

笔者根据多年的工程经验总结,提出问题的初步解决方案和大家进行探讨,以求对桩的承载力问题进行深入研究。

1 预制桩的极限侧阻力的取值

1.1 理论公式

桩的极限侧阻力实质是土层的抗剪强度[1],用库仑定律表示有：

图1 土层的抗剪强度与桩侧阻力示意图

(2)

式(2)中：qsu为桩的极限侧阻力(kPa)；

σ′为桩侧有效正应力；

φ为桩侧土的内摩擦角；

c为桩侧土的粘聚力。

举例：土层1是高塑性黏土，内摩擦角φ=5,粘聚力c=28；土层2是低塑性粉质黏土，内摩擦角φ=25,粘聚力c=15,这两层土的液性指数是0.6,如果查表往往会得出侧阻力相同的结论。而公式(2)揭示不同内摩擦角和粘聚力的土侧阻力表现是不同的：在浅部,粘聚力较大的土侧阻力较大,而随着深度的增加和土压力的提高,内摩擦角较大的土侧阻力提高较快。

预制桩是挤土桩,桩在沉入土中排开土体,对土的结构产生扰动和孔隙水压的上升。尤其是黏性土,其强度中结构强度占的比重大,反映尤其明显。沉桩结束后,随着时间的增长,孔隙水压逐渐消散,土粒的重新排列和结构的重建,土的强度将逐步恢复,甚至超过了原来的强度。所以对于挤土桩,桩的极限侧阻力可以用下式表达：

qsu=bt(σ′tanφ+c)

(3)

式(3)中,bt为土的侧阻力时效系数。

1.2 经验公式

土的抗剪强度试验对土的质量要求较高,而土的塑性指数和液性指数不受土结构扰动的影响,比较容易取得。通过对不同年代不同性质土的力学指标与物理指标的相关分析得到桩的侧阻力与土层的物理指标一组经验公式,而粉土、砂土和填土则用土的力学指标与原位测试的相关分析得出其桩的侧阻力经验公式,见表1。

表1 浙沪主要地层预制桩极限侧阻力经验公式汇总表

IP为土的塑性指数；

IL为土的液性指数；

qc为静力触探试验的锥头阻力(MPa)；

fs为静力触探试验的侧壁阻力(MPa);

bt为桩侧阻力时效系数,在成桩后停歇足够时间后按1考虑。

2 预制桩的极限端阻力取值

桩的极限端阻力比桩的极限侧阻力要复杂些,除了要考虑桩端土层强度外,还要考虑桩端土层的厚度及上覆土层和下卧土层强度。

当桩端由松砂或软层进入均匀密实的持力层的深度小于某一深度时,其极限端阻力随深度线性增大,当进入该深度后其下还有足够的厚度时,其极限端阻力基本保持恒值不变。该基本不变的端阻力称端阻力稳值。我们将静力触探试验看作是一种微型桩的试验,其优点是直径小在进入一厚度较大的土层中时,上下土层对其锥尖阻力影响较小,容易分析端阻力稳值。不过这个“微型桩”在材质、形状、贯入速度和停歇时间上和混凝土桩有差别。根据原型预制桩的试验对比分析,通过回归分析得到一组土层的极限端阻力稳值公式。

当黏性土有土工试验参数时