压预制桩穿透卵石层压桩力的预估与验证
摘要 ： 拟定静压预制桩穿透卵石层所要求 的压桩 力的估算 方法， 并根据实刹宰层 资料的分析兢计数据 ，验证所拟估算方法的确性。也指出进行估算所应具备的条件。
关键词 ： 静压预制桩 ；穿透卵石屡 ；压桩力 中图分类号 ：
静压预制桩作为几乎无公害且质量稳定、造价合理的桩型近十年来得到迅速推广t在部分地区几乎成了主导桩型 。但遇有软弱或中软土层中夹有碎石类土、主要是卵石层时，无法回避基桩是否必须 、 是否能够穿透卵石层的问题 。由于实践经验的缺乏和理论水平的限制 ，上述问题往往限髑了静压预制桩的应用。本文拟定一种概念明确、方法简单的穿层压桩力估算方法，并通过对福建省 xx 医院病房大楼154根桩径 500mm的预应力管桩压穿卵石层 的实际数据 (2001年1月份资料) 的统计分析，证明所拟的预估该桩型穿透卵石地层的计算方法基本满足工程要求。
1 工 程概况
实例工程 ×X医院 病房大楼为 十层框剪结构房屋，地下室底板埋深约4.5 m，建筑面积约16000 m 。建筑物占地面积约1280m。平面上呈倒“人” 字形对称布置。建筑场地地貌属山前冲洪 积平原 ， 地层及其性状简明描述如表 1，建筑桩基的布置如图 1。设计采用一500mm预应力管桩，壁厚125 mm，要求基桩穿越卵石层@ ，进入残积砾质粘性土层@一2约2m。设计要求终止压桩力 和单桩承载力设计值均不低于4500kN。桩机可提供的最大压桩力为5300kN。
表 I 场地地层及其性状展痰地层名称厚度 (m) 状态
0 杂填土0.8～1.4 可塑 @ 粉质帖土 3.9～10．{可塑N=6 0～i 43 @ 怩质砾 卵石 饥9～3.0 稿～中密 N = 3～20.6 母一 i拽积砂质帖性土 7.9～i6.9可～硬塑Ⅳ一8.5 ～2 9．{ @一2瘦积砾质帖性土2.0～7 8 坚硬Ⅳ>30 @ 强风化花岗岩 >5.0 坚硬 N>50
2 预估穿透卵石层的压桩力
2 ．1 计算模式 已有基桩“冲切”持力层的验算公式常见的是《建圉建筑桩基平面布置筑桩基技术规范] , J GJ 9 4—9 4的式( 5.2.1 3一1.2.3) 。其中的式 2.3是计算桩底之下“ 假想基础 ’ ’ 厦：
· 收 稿 日期 } 2001 —05—22 作者简介 陈书申( 19 41一)， 男． 福建长乐人． 副教授， 主要从事岩土工程研究。
的附加应力的公式 。由于施工时是单根桩往下压， 故以宜借用其中的式 3。原公式 1是用于承载力验算的,现要求确定最大压桩力 Ⅳ( 图 2),故 其不等号应反向,并取承载力的极限值,即将 +7Z≤ 妇／变为相应 + 7Z≥ A = 0 78 5 2t t gO) = cⅣ 一 乱 M ～ ． (n + · 一 (1) (2)
则 Ⅳ ≥ ( — ZZ)A~+ Q ( 3)
式中各物理量的含义及其确定方式如下 ： — — 下卧层顶面的极限承载力 (kPa) 。桩基规范中为。其原意是软弱下卧层经深度修正后的地基极限承载力标准值。该值在目前国内规图2穿层力估算筒图范体系中尚难直接确定 。 故改用极限承载力,不但意义明确，且可借用公式(2) 推算,具体处理详后。
yz一 白重应力 ( kPa) 。 A—0. 785(n+2 t·t ) ——图 2中的“假想基础 ” 底面面积(mz) 。 ‘ = t·卜一 极限侧阻力。
2 ．2 本例预估压桩力 Ⅳ目的在于确定Ⅳ随厚度变化的上包线值 。以下计算中指标取值应体现这一原则 。 2 ．2 ．1 下卧层顶面的极限承载力该层为残积砂质粘性土层④一 1。其 c、P值取卵石层底下 2m之内的层④一 1的土工试验成果 。 由 于仅见 ZK3、 5、 7、 9的4只样本.不适于统计。又因越近卵石层底面往往强度越低 ， 故统计时取算术平均值作为计算指标较为合适 ， 即取 c=2 3. 9 kPa、 9 , =12.7 。 。考虑 到公式中M 项相对而言很小,故仅取两项并取=2 , 则算式为= 2( d+ M ) 当12.7时，Md=2.02，M =4.51，又取 =12.5m、y0 =20 kN／m ．则=l226kPa 。 2.2.2 预估要求压桩力计算“ yz” 时,对单桩 y应计桩重,取 7=20 kN／ m~,则 7Z = 20× 12．5= 250 kPa 在 Ⅳ 中,与前一项对 比处于次要地位,因计算的是临界穿层压力,卵石层不计. 故沂也L 取 =l】.0m。因此瓯 = 0.5 = 0.5a "× 70× 11= 1209 kN ’ 本例卵石最薄处 f 一=O ．9 O m>0.5 B 0.5 D, =o.2 5 m， 按 E．f E, =3取值,0=2 3 l l .估算不 同t值要求之Ⅳ于表 2， 绘于图 4。 寰 2 卵石厚度f与预估压桩力Ⅳ之问关系3穿越卵石层的实测压桩力统计
3.1 资料来源与处理根据勘察钻孔分布与平面布桩特点,以卵石层厚度变化为主要标准.将154根基桩分成12个第4期陈书申： 静压预制桩穿透卵石层压桩力的预估与验证l2区统计。图3示典型的基桩压力与人土深度的过程曲线.对图示各特征点的压力分别统计. 容易接近问题的本质。
3.2 典型压桩过程线的描述及资料可靠性认定 典型曲线的特点 ： 0 ～n段示浅层端阻力出现.a～ 段 示粘性土层摩 阻力逐渐增长 .6～c段表 明压至卵石层端 阻陡增.c ～d段表示在穿透卵石层过程中,随着桩底的卵石层厚逐渐减小.穿层 压力逐渐下降.点d与点 6压力 差 主要表明穿层后侧阻力较穿层前有所增长 .d～ 段 与 n～ 6段类似 .过了 点,大约过了标贯 Ⅳ=2 5～30的界限,且越深越硬， 压力急剧上升,终止 压桩.表 3是对 a、 b d、 f 点压力的统计与结果分析.由分析认定资料数据 合乎逻 辑,可以推 断资料的可靠性 。 八土鼍虚z ／ m
圈 3 压桩力一人士深度典型过程曲线衰3各特征点 l 2组压力统计结果囊分析平均层厚( m) 3． 0o 2 3 0 2 3 0 2．1 4 1．9 O 1． 80 1．5 4 1 4 0 1 3 O 1 2 5 1 ．1 5 o．9 O 由厚到薄穿层压力(1 0 kN) ≥52 8 486 475 4 82 437 4 30 3 48 4 00 410 3 93 3 04 255 组 1未瞻穿连表中可以看 出 l～6组穿 层压力大小与卵 石层厚薄顺序基本一致 ， l l～1 z组 也符合同一规律作为外包线相关性均较好。7～l 0的大 小次序的对应与数 据的相关性虽然稍差。但总体亦属正常。表 4数据点绘于图 4，以便与估算资料对比 。
4 讨论
4.1 估算的准确性从图4可以看出，估算 压力较多数点的实测压力略偏大，可以说估算的准确性基本符合工程需要 。
4.2 估 算存在的问矗总体看. 层厚较薄时估计压力偏小。可能是模式存在圈4 卵石层厚与穿层压桩力关系缺陷.供本倒仿照采用的 J OJ 9 4—9 4规范公式本质上是“软弱下卧层承载力验算公式”。下卧层承载力破坏是一种渐进的过程.也是一种能量消耗的过程.当被穿层厚小、假想基 础底面小、 因而穿层 较快时,这一性质可能表现为桩机压力表瞬间压力峰值较计算为高。其准确的预估方式待 今后探讨
4． 3 估 算方法的改进
26 重庆建筑大学学报第23卷
与他岩土工程问题一样，理论的更新或完善几乎完全依赖实验和试验， 主要是足尺模型试验 和原型观测 。为了进一步提高穿层压力预估的准确性，应选择典型工程，详细记录穿层前后的压桩 力变化过程，增加测读次数并提高涮读精度，并对典型桩埋设传感器，这样我们的认识水平可以有所提高 。
5 结论
1)按照 目前的认识， 静压预制桩穿透中密卵石层所要求的压桩力主要与卵石层厚和该层的下卧土层的极限承载力有关。
2)预估压桩力可仿照桩基软弱下卧层承载力验算的单桩模式，但公式应加以改造，状态应取为极限状态。
3)建议刺甩《建筑地 基基础设计规范 ) ( GBJ T-89 ) 厂t公式乘2后用以计算，取代桩基规范 OGJ9 4—94) 中的口。
4)上述 A计算对c、 值的精度要求很高。所以遇有类似工程时，应在刚穿透卵石层后的 0.5 ～1.0 m范围内。对下卧层取样试验或原位测试的统计样本应增加，精度应提高。因为计算A时t 对9的变化非常敏感。
5)本例的计算与实测对比表明,对于薄卵石层( 如≤3倍桩径) 估算的穿层压力往往偏低。对此类情况,建议计算值加大20％作为预计的压桩力,以保证略有储备。
6)今后应提高资料测 读与原型测试水平 ,使对这一 问题的解答更接近实际,从而也能更好地满足工程要求 。
参考文献 ：
[1 ] J GJ 94—94， 建筑桩基技术规范 ( s]， [2] GBj7—89。 建筑地 基基础设计规范[ S]
