更合理的预制桩承载力估算方式介绍(必须学习)

摘要:预制单桩竖向设计承载力估算值上海地基基础规范与上海岩土工程勘察规范都给出了2种计算公式：

1、采用静力触探资料,按地基土对桩的支承能力确定.(简称静力触探法)

2、依据土性确定各层土的桩周极限摩阻力和桩端处土的极限端承力.(简称查表法)

初步调查,目前设计单位估算预制单桩竖向设计承载力一般都是根据勘察报告提供的桩侧极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力Fp,再按照规范提供的单桩竖向承载力估算公式计算的.而勘察报告里提供的预制单桩竖向设计承载力与桩侧极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力Fp,一般都是根据静力触探比贯入阻力Ps查规范表内插得到,有的勘测单位先用静力触探比贯入阻力Ps计算桩侧极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力Fp,再与规范表比较,取小值.

2010版上海地基基础规范条文解释表7.2.5反映出静荷试验法、经验参数法、静力触探法三种确定预制桩单桩极限载承载力可靠指标分析,结果静力触探法可靠指标仅次于载荷试验法.

注：上表“经验参数法”就是“查表法”.

本文例举1个”河口砂嘴砂岛”与1个”潮带”地貌类型地区工程案例来说明.这些地区用静力触探法确定单桩承载力估算值与工程实际施工情况较为接近.

关键词：勘察报告、静力触探比贯入阻力Ps、土埋藏深度、极限侧摩阻力标准值Fs.桩端极限端阻力Fp.

近几年来对于上海临港及周边地区建筑工程基础桩施

工工程中沉桩困难的问题引起了同行们的重视,大家提出了不少解决的办法：例如正确选择打桩设备、制定确实可行的施工方案、控制桩端进入持力层深度等办法,这些办法在解决沉桩困难方面起到了一定作用,但是效果不是十分明显.那么沉桩困难问题主要出在那里？是设计单位设计的预制单桩长度

太长承载力太高还是勘察报告提供估算预制单桩竖向承载力桩侧极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力Fp太保守？在处理沉桩困难的工程案例过程中,发现由于勘察报告中提供估算预制单桩竖向承载力的桩侧极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力Fp偏保守,导致设计单位设计的桩太长,这类问题确实存在,但是要解决此类保守的问题是很困难的,因为现在没有判别保守的标准,而且也不在审图公司的工作范围内.上海地基基础规范与上海岩土工程勘察规范条文解释中对于用静力触探法估算预制单桩竖向承载力都有肯定的说法,例如上海岩土工程勘察规范条文解释14、5、2条“采用静探方法确定单桩承载力,已被勘察人员和设计人员广泛使用,其估算值与实测值较为接近,…”上海地基基础规范条文解释中7、2、5表,也反映出用静力触探法估算预制单桩竖向承载力可靠指标仅次于载荷试验法.本文根据2个沉桩困难工程处理的案例,想说明用静力触探法估算单桩承载力确实比查表法更接近工程实际情况,这对于解决沉桩困难是否有一定的启示作用,供同行们参考.

(一)

第一个工程案例：

1:工程概况:上海某工程,二层物流仓库,建筑高度24M,建筑面积28238M2,±0.000相当于绝对标高4.700M,室外地平相对标高-0.600M,绝对标高4.100M,基础工程桩采用预应力钢筋混凝土管桩,桩选用国家标准图集《预应力混凝土管桩》（10G409）,工程桩编号为PHC600-AB-110-33,桩长33M,分三节,每节11M.单桩竖向抗压承载力设计值2200kN,单桩

竖向极限抗压承载力设计值4700KN,总桩数646根,桩顶绝对标高2.100M,桩端绝对标高-30.900M,基础型式为桩+承台基础.施工方法为静压,静压桩机吨位为8000KN.在施工过程中,第三节桩普遍出现还剩2M左右长的桩无法送至桩端设计标高,也就是说再打桩要打断了.

2:本工程所在的地貌类型为”河口砂嘴砂岛”地貌类型,勘察报告提供的桩侧极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力Fp表如下:

桩侧极限摩阻力标准值Fs和桩端极限端阻力标准值Fp表：

注：

1：“土层埋深、备注”这二栏作者为了分析问题加上去的.

2：“备注”一栏里的数据来自上海地基基础规范“7.2.4-1预制桩、灌注桩桩周土极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力标准值Fp”表.

再看一下设计单位估算单桩承载力静力触探测试成果表中G1孔静探曲线图:

G1孔静力触探孔比贯曲线图

▼

注:从上图可以看到桩长33m桩端Ps值达到26Kpa,属于非常密实的砂质粉土,桩长31m桩端Ps值一下子降到17Kpa.

3:设计单位根据勘察报告提供的上表参数用查表法估算单桩承载力计算如下:

表一:用查表法计算Φ600单桩承压承载力设计值G1孔

注:设计图纸单桩竖向承载力设计值定为2200KN.4:用静力触探法估算单桩竖向承载力”计算如下:计算Fs:②34460③2

KPa/50=89.2

KPa

1530KPa/50=31.0KPa,

④760KPa/20=38.0KPa,⑤

890KPa/20=44.5KPa,

x0.025+25=78KPa.

KPa.

⑥2140⑦100计算Fp

2140+5/6x11120=5705.33取5700

表二:用静力触探法计算Φ600单桩承压承载力设计值G1

孔(桩长33m)▼

表三:用静力触探法计算Φ600单桩承压承载力设计值G1孔(桩长31m)

结论:上面3张计算表格反映出按照静力触探法估算:①如果桩长与原设计一样33m,比查表法单桩竖向承载力可以提高(2661-2200)/2200=21%.

②如果桩长31m,单桩竖向承载力估算值达到2551KN也满足了设计2200KN要求了,这样施工中沉桩困难的问题也不存在了.

6:最后设计单位对于工程沉桩困难处理结果:根据施工静压机沉桩桩长31m压力数据辨别桩极限承载力已经达到超过工程设计4700KN要求,设计单位为此修改原设计,把工程基础

桩桩长33m改为31m.后来桩施工结束后经过桩竖向承载力检测满足设计要求.

(二)第二个工程案例:

1:工程概况:上海某工程,三层冷库与仓库,±0.000相当于绝对标高6.050M,基础工程桩采用预应力钢筋混凝土管桩,桩选用国家标准图集《预应力混凝土管桩》（10G409）,工程桩编号为PHC600-AB-130-28,桩长28M,分二节,每节14M.单桩竖向抗压承载力设计值2000kN,单桩竖向极限抗压承载力设计值4200KN,基础型式为桩+承台基础.施工方法为锤击,锤重10.3吨,在施工过程中,第二节桩普遍出现还剩1M左右长的桩无法送至桩端设计标高.

2:本工程的地貌类型为”潮坪”地貌类型,勘察报告提供的桩侧极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力Fp表如下:

桩侧极限摩阻力标准值Fs和桩端极限端阻力标准值Fp表：

注：

1：“土层埋深、备注”这二栏作者为了分析问题加上去的.

2：“备注”一栏里的数据来自上海地基基础规范“7.2.4-1预制桩、灌注桩桩周土极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力标准值Fp”表.

再看一下估算单桩承载力静力触探测试成果表中G1孔静探曲线图:

G1孔静力触探孔比贯曲线图

注:从上图可以看到桩长28m桩端Ps值达到17Kpa,属于非常密实的砂质粉土,桩长27桩端Ps值一下子降到12Kpa.

3:根据勘察报告提供的上表参数采用查表法估算单桩承载力计算如下:

表四:用查表法计算Φ600单桩承压承载力设计值G1孔(桩长28m)

4:根据静力触探法估算单桩竖向承载力如下:计算Fs:②3100KPa,⑤

920KPa/20=46

KPa,

KPa.

⑥2230⑦100计算Fp

x0.025+25=81KPa.

(2230+9580)/2=5905取5900KPa.

表五:用静力触探法计算Φ600单桩承压承载力设计值G1孔(桩长28m)

表六:用静力触探法计算Φ600单桩承压承载力设计值G1孔(桩长27m)

结论:上面3张计算表格反映出按照静力触探法估算:①如果桩长按照原设计一样28m,预制单桩竖向承载力比查表法可以提高2707-2000)/2000=35%.

②如果桩长27m,用静力触探法估算预制竖向单桩承载力2665KN也满足了设计2000KN要求了,沉桩困难的问题也不存在了.

6:最后设计单位根据勘察单位对于勘察报告提供的桩周土极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力标准值Fp的修改,结合工程沉桩困难的具体情况,进行了桩长的修改,由桩长28m改为27m.后来桩施工结束后经过桩竖向承载力检测满足设计要求.

下面附勘察单位对于桩周土极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力标准值Fp的修改表七:

表七：桩侧极限摩阻力标准值Fs和桩端极限端阻力标准值Fp表：

上面2个工程案例用查表法与静力触探法估算

预制单桩竖向承载力汇总表七如下：

表七:用查表法与静力触探法估算预制单桩竖向承载力比较表

▼

项目

桩长

查表法（KN）2200

静力触探法（KN）26612707

静比查提高%

提高21%提高35%

第一个案桩长33m例

第二个案桩长28m2000例

(三)原因分析:

查表法带普遍性,具体到某个地方某个工程,必须结合当地的经验选择性的选用,静力触探法运用的数据就是本工程的原始实测数据,比较符合实际情况.与此同时规范提供的表里数据根据上海大量试桩资料通过科学手段统计出来的.当时的试桩资料主要集中在市区,随着建筑工程的发展,特别改革开放四十年来,市区以外的郊区得到了大发展,比如上海临港地区,这些地区的试桩资料肯定会促进规范表内容的更新.例如第一个工程案例,第⑦1层Ps值为11.12,而规范表⑦1层Ps最大11.0,已经超出规范了.

从另一方面来分析,目前一般勘察单位与设计单位在确定单桩承载力估算值时都想保守一点,怕工程基础桩检测达不到要求,但是从现在桩检测情况来看,达不到设计要求的少又少,甚至可以说基本没有.反而存在沉桩困难的情况,这也可以反映出在确定预制单桩竖向承载力估算值方面有需要改进的地方.

(四)结论与建议:

1:勘察单位提供预制单桩竖向设计承载力估算值与桩周土极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力标准值Fp必须结合地区经验.

2012版“上海岩土工程勘察规范”14.5.1条指出“桩基的单桩承载力应结合地区工程经验,根据桩型、规格,采用可靠的原位测试参数进行估算,并参照地质条件类似的试桩资料综合确定.”上面例举的第2个工程案例,工程基础桩施工过程中出现沉桩困难以后,在工程周围调查了一个施工中的工

程,发现他们勘察报告里提供的桩周土极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力标准值Fp不少比本工程大,勘察单位结合本工程沉桩困难的具体情况,再根据调查的资料对此作出了修改(详见上表七),这进一步说明了勘察单位提供桩周土极限摩阻力标准值Fs与桩端极限端阻力标准值Fp必须结合地区经验,最好参照地质条件类似的试桩资料综合确定.

2:根据上面2个案例,静力触探法估算预制单桩竖向承载力比查表法可以提高21%~35%,实际上现在一般设计单位与勘察单位对于目前查表法估算预制单桩竖向承载力的安全储备都有上面这样一个共识,从某一个试桩资料可以看到这一点,详见2017年第11期“上海建设工程咨询”“浅谈施工前预制桩试桩工作”一文.从文章中可以看到,设计单位在制定试桩方案时候,预制单桩竖向极限承载力按照查表法估算值提高15%进行试桩,而试桩结果提高了30%以上.根据试桩资料,再结合近几年来工程基础桩施工沉桩困难的实际情况,加上上海地基基础规范与上海岩土工程勘察规范2本规范又有明确的计算公式,所以建议在预制桩竖向承载力估算值的确定改变查表法的习惯做法,采用静力触探法,首先在”河口砂嘴砂岛”与”潮坪”地貌类型地区用起来,因为这些地区工程基础桩施工过程中沉桩困难比较多一些.

3:预制单桩竖向承载力估算值用什么方法确定,它直接影响到工程投资:

第一个案例：646根桩,桩长33m改为31m,按照每150元/m计算,可以节约投资”20万左右,加上施工过程中截桩,停工等加起来将近50万.

第二个案例：3500根桩,桩长28m改为27m,大约节约投资50多万.

从上面分析,很有必要重视与改变:预制单桩竖向承载力估算值方法的确定.