刘辉辉

(四川省金核地质勘查工程有限公司，四川成都 610052)

在海外进行基础设施建设工程的投标工作，各个国家均有各自的规范条例。文莱达鲁萨兰国(简称文莱)现在基础建设中主要沿用英国的土木工程规范。我国的工程设计人员熟知国内规范，在投标过程中也往往根据翻译的结果与国内规范对比后，重新核算工作量。就桩基计算而言，外方提供的勘察设计成果与国内规范的计算结果往往存在一定差异，有时甚至差异较大。本文粗浅地分析英国标准与中国规范在桩基计算中存在差异的原因，希望能为国内的工程设计人员提供借鉴[1]。

1 单桩极限承载力计算

英国标准与中国规范中的单桩承载力计算方法存在着很多共同点，比如，单桩极限承载力均由单桩极限桩侧摩阻力和单桩极限端阻力共同组成，即

Qu=Qs+Qp

(1)

式中：Qu为单桩极限承载力标准值(kN)；Qs为单桩极限桩侧摩阻力标准值(kN)；Qp为单桩极限桩端承载力标准值(kN)。

桩基础承载力计算的区别主要在于桩土之间的摩擦力、桩端阻力如何取值。具体来说，在确定桩侧摩阻力和桩端阻力上，英国标准与中国规范中采用什么参数和什么样的经验公式，存在较大的差异。并且每个国家都有各自所“偏好”的勘察方式、原位测试试法和经验参数，桩基承载力确定方法也是如此[1]。

1.1 单桩极限桩端承载力

1.1.1 黏性土中的桩

1.1.1.1 根据不排水抗剪强度计算单桩极限桩端承载力

根据桩端处原状土的不排水抗剪强度确定单桩极限桩端承载力可按下式计算：

Qp=qpAp=NccuAp

(2)

式中：cu为桩端处原状土的不排水抗剪强度(kPa)，一般通过三轴剪切试验得到，如无可靠的试验指标一般可取cu=(4～5)N计算，N为桩端处未经修正的标准贯入击数。

Nc值一般取9，当桩端进入持力层的深度与桩径之比小于4时，Nc取6。此外BS8004中关于Nc的计算公式如下：

Nc=9×k1×k2

(3)

其中：

k1=2×(1+L/6B)/3

(4)

式中：L为桩端进入持力层的深度，B为桩身宽度或直径,k2的取值与桩的类型和cu有关，见表1。

表1 黏性土中k2取值

此法多用于非挤土桩如钻孔灌注桩的单桩极限桩端承载力计算。

1.1.1.2 根据标准贯入击数计算单桩极限桩端承载力

根据桩端处土的标准贯入击数确定单桩极限桩端承载力可按下式计算：

Qp=qpAp=αNAp

(5)

式中：α为桩端阻力换算系数，对于黏性土α值一般在70～200之间[4]；N取桩端以上3D以及桩端以下8D范围内未经修正的标准贯入击数平均值[5]。

BS8004中关于用标准贯入击数估算单桩极限桩端承载力，其极限端阻力为：

qp=100nbN

(6)

式中：nb为经验系数，取决于土层和桩的类型，对于桩端为黏性土的挤土桩nb=0.95～1.6；N为桩端处未经修正的标准贯入击数。

此法多用于挤土桩如预制桩的单桩极限桩端承载力计算。

1.1.2 非黏性土中的桩

单桩极限桩端承载力：

(7)

1.2 单桩极限桩侧摩阻力

国内任何土质的侧摩阻力都考虑，而国外省略硬黏土层上卧软土层的侧摩阻力[6]。

1.2.1 黏性土中的桩

单桩极限桩侧摩阻力：

Qs=qsAs=αcuAs

(8)

式中：α为粘结系数，主要与土层强度、作用于桩的有效上覆压力、桩的类型和施工方法有关。

(1)在缺乏可靠试验数据的情况下，置换桩的α值(表示为αrepl)可根据以下公式估算：

0.4≤αrepl=k1[1-k2loge(cu/100)]≤1.0

(9)

式中：k1和k2可分别取为0.45和1.0。

(2)在缺乏可靠试验数据的情况下，挤土桩的α值(表示为αdisp)可根据以下公式估算：

(10)

(3)佩克(1974)提出粘结系数)α与黏性土的不排水抗剪强度cu)的关系见表2。

表2 粘结系数与黏性土的不排水抗剪强度的关系

1.2.2 砂土中的桩

单桩极限桩侧摩阻力：

(11)

式中：Ks为水平土压力系数，δ′是桩与土层之间的摩擦角。Ks的取值与桩的类型及土层情况有关，具体见表3[3]。

表3 砂土中Ks的建议值

Ks还可根据桩的类型通过静止土压力系数K0计算，钻孔桩一般取Ks=K0，打入桩一般取Ks=(1～1.8)K0。

其中：

K0=1-sinφ

(12)

式中：φ为该土层的内摩擦角，δ′可取(0.5～0.8)φ[2]。

2 安全系数

国内规范[7]中单桩竖向承载力安全系数一般取2，英国标准BS8004[3]中推荐桩基承载力安全系数为2～3，在地质情况不是很明确的情况下取上限，地质情况明确且地质指标准确的情况下，可以取下限[6]。

3 工程实例

文莱某项目位于文莱首都斯里巴加湾市，为城市立交桥。根据外方提供的该立交桥的岩土工程勘察报告，以某钻孔按标准值进行计算，土层分布及参数见表4。

表4 某钻孔土层分布及参数

根据此钻孔资料，对直径400 mm钻孔灌注桩进行承载力计算，桩长按20 m考虑，计算结果见表5；对边长300 mm混凝土预制方桩进行承载力计算，桩长按16.5 m考虑，计算结果见表6。

从表5和表6量值上看，因为英国标准忽略了硬黏土层上卧软土层的侧摩阻力且安全系数取值较大，因此单桩极限承载力标准值与单桩竖向承载力特征值与国内规范存在一定差异，此差异随着桩长及上卧软土层厚度的增加会逐渐增大。

另外国内规范采用的经验参数法均是根据国内的土层统计得出的结果，并不一定适合当地土质情况，这也是差异存在的一个原因。

4 结束语

英国标准与中国规范在计算单桩承载力时的思路是一致的，均采用由桩间土的摩阻力与桩端土的端阻力共同组成；主要的区别在确定桩间土的摩阻力和桩端土的端阻力时采用何种经验公式。

英国标准在确定桩基参数时经验公式及计算方法较多，而中国规范主要依靠经验参数法。对于国外投标的工程，可以多参考当地的规范、手册或经验数据然后与中国规范相互参照，求同存异，取长补短，做到既能满足投标要求又不过于保守或激进。

表5 直径400mm钻孔灌注桩单桩承载力估算

表6 边长300mm混凝土预制方桩单桩承载力估算