端承桩地区桩基侧阻力的利用实践与探讨

端承桩地区桩基侧阻力的利用实践与探讨

李利华

宜昌市勘察测绘研究院有限公司  443000

摘要：通过对工程实例中桩基侧阻力进行试算，并进行试桩验证，提高桩基础实际承载力，对一定区域内类似地层的利用起到了较好的示范及促进作用。

关键词：桩基侧阻力，岩土工程勘察，单桩承载力

笔者工作地位于长江中游，城区及周边以丘陵地貌为主，沿江河谷地段大部分分布有卵石层，且局部胶结，但由于卵石层及上部覆盖层厚度变化很大，侧阻力计算值范围也变化很大，早期本地区桩基础多采用人工挖孔桩，桩端持力层一般选用中风化粉砂岩，该层承载力较高，且桩长一般在10米以内，计算桩基承载力时未考虑桩侧阻力的作用。但实际上，固结土层对桩的侧阻力比经验公式计算值要更高，在一定条件下可以合理利用，以节省基础施工的造价，尤其是工程量较大的情况下，节约的经济成本可观。

以笔者所经历的一个项目为例，项目位于长江北岸，与长江直线距离约100m，场地地层分别为素填土、圆砾、粉质黏土、卵石（局部胶结）、粉砂岩。拟建建筑物为3栋住宅楼和1层地下室，住宅楼结构形式为1栋18层框架剪力墙结构、2栋11层短肢剪力墙结构。拟采用桩基础，中柱荷载分别为2000KN，7000KN。

勘察钻探揭露地层情况为：第1层素填土（Q4ml），全场地分布，厚度0.5～5.5m，灰黄、灰褐色，主要由粘性土、风化砂岩碎块、卵石组成，局部少量炭渣、建筑垃圾，结构松软，稍湿，均匀性差，易压缩变形；第2层粉质黏土（Q4ai）,全场地分布，埋深0.5～5.5m，厚度3.9～12.0m，灰黄、灰褐色，软塑~可塑状，含少量Fe、Mn氧化物，夹粉砂薄层；上部粘性差，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等、韧性中等；第3层圆砾（Q4ai）,局部分布，埋深9.5～11.3m，厚度1.8～2.5m，灰褐色，粒径多为5～20mm，≥2mm的颗粒占总质量的50～60%，≥20mm的卵石占总质量的5～10%，颗粒呈圆形、亚圆形，排列混乱，母岩成分主要为灰岩、砂岩、石英砂岩等，颗粒较坚硬，呈强~中等风化，颗粒间无胶结，充填中粗砂及粘性土，稍密；第3层卵石（Q4ai），全场地分布，埋深5.5～14.8m，厚度3.4～11.8m，粒径多为30～150mm，其中≥20mm的颗粒占总质量的60～70%，≥200mm的块（漂）石占总质量的5～10%，颗粒呈亚圆形，交错排列，大部分接触，母岩成分主要为灰岩、砂岩、砾岩、石英砂岩、花岗岩及硅质岩等，颗粒坚硬，多呈中～微风化，局部颗粒间胶结较好，充填物主要为中粗砂及粘性土，结构中密；第5层粉砂岩(K1w)，灰红、暗红及浅灰色，夹多层泥岩薄层，层状构造、碎屑结构,泥、钙质胶结，根据其岩土风化程度不同，分为强风化粉砂岩和中风化粉砂岩。本文主要讨论上部土层对桩基侧阻力的作用，对基岩层不展开论述。

该项目勘察工作2006年进行，当时基础形式较单一，施工手段有限，大多数为人工挖孔灌注桩，条件允许情况下采用夯扩桩或沉管灌注桩，部分地下水较为丰富区域多采用机械冲孔灌注桩。勘察报告建议基础形式为机械冲孔灌注桩，11层建筑物以卵石层为基础持力层，18层建筑物以中风化粉砂岩为基础持力层，建议卵石承载力qpa取1600KPa,中风化粉砂岩承载力qpa取3000KPa，并针对不同桩径进行了单桩承载力估算。计算为大直径钻孔灌注桩。

由于拟建场地周边部分已建建筑物年代较久远，考虑到机械冲孔灌注桩施工噪音和震动较大，存在一定安全隐患，且大直径灌注桩经济成本较高，经比选，该工程桩基础最终选用预制混凝土方桩（由于桩端部分在江水水位涨落范围，选用方桩,尺寸450mm×450mm），以第4层卵石层作为桩基础持力层。勘察报告根据当时实施的湖北省地方标准DB42/242-2003《建筑地基基础技术规范》提出了各持力层的C值建议值，其中填土层为10kPa,粉质黏土层为30.4kPa，圆砾层和卵石层C值为0，桩长按13米考虑（进入持力层深度1m），根据以上参数分别计算工程桩的侧阻力和端阻力，单桩承载力计算值为624.96kN～1045.37kN。考虑桩长深度可调整，初步确定单桩承载力为1000kN（该值由设计单位确定）,实际单桩承载力根据试桩确定。

由于设计单位笔误，在图纸中误将单桩控制荷载写为10000kN，导致在试桩时，试桩桩端压入卵石层深度远超控制深度，却仍未达到终止条件。后经过复核，确认单桩承载力数据有误，但在试桩过程中发现单桩实际承载力远大于设计的1000kN，经过审慎论证，并考虑到桩的挤土效应和土层侧阻力利用，补充第3层圆砾C值建议值为80kPa，卵石层C值建议值为120kPa（当时执行的省标未提供卵石层C值，2014年换版时纳入），计算值为983.56～2244.96kN，考虑到卵石层埋深变化较大，桩端进入卵石层长短不一，议定将单桩荷载提高至2000kN，试桩极限荷载4000kN，待试桩完成后确定最终的单桩承载力数值。

于2#楼及地下车库选试桩3根（暂定编号2-1、2-2、2-3），3#楼选试桩4根（编号3-1、3-2、3-3、3-4），桩长分12米和13米两种，试桩结果2#楼试桩累计总沉降量分别为19.84mm、20.75mm、14.37mm，，残余沉降10.78～15.17mm,3#楼试桩累计总沉降量分别为10.87mm、13.83mm、13.00mm、11.05mm，残余沉降分别为3.65～5.61mm。试桩结果满足要求。

根据试桩结果，图纸会审最终商定单桩承载力特征值为1800kN,控制值加压10%，桩基静压施工时沉桩终压值按单桩15MPa控制（对应值4210kN）。由于3#楼区域卵石层中存在胶结层难以穿越，采用超前钻引孔的方式施工，超送桩及有效桩长短于6m的桩，报设计变更后进行补桩。

现该工程已投入使用十多年，场地稳定，未见不均匀沉降。预制桩承载力计算值比钻孔桩承载力计算值提高一倍以上，实际应用中也验证了各土层侧阻力的适用性。

该工程建设期间，正值预制桩进入市场推广时期，该项目的顺利实施及后续观测数据稳定，为预制桩在区域内的成功推广及应用起到了一定的示范作用。实践证明，合理利用场地内各岩土层的侧阻力，能显著降低地基基础施工成本，提高经济效益。