岩 土 工程界第 四 卷 第6期通过 深 井 荷载 试验 测 定单 桩极 限 端 阻 力 标 准 值陈 ,J陈,庄峰1( 1.核 工 业 第 四 勘察院,石 家 0 50 02 1曾 微 河2王 长 科“2石 家庄市勘 察 测绘 设计研 究 院,石 家庄0 50 0 1 1 )[ 摘要 〕通过工程实 例,对 利 用 深 井荷 载 试 验测定 大 直径 人 工 挖 孔扩底 墩 单桩 极 限 端 阻力 标准 值,为 设 计 提供 准 确 可 靠 的 桩 基 设计参数 的 试 验及 取值方 法进 行分析探 讨。〔 关 键 词 〕 深 井 荷 载 试 验 单桩 极 限 端 阻 力标准 值林 姻簿 蒯彝 毋 奎依 据《 建筑桩基技术 规 范 》 ( J G J9 4一 9 4 )设计 大直径人工挖孔扩底墩 桩 时,单 桩 竖 向极 限 承载力标 准 值 可 按 下式 计算:u Qk =qk +Qp k 一 u艺么 i Q is k ls s +汽 gp k A p( 1.1 )式 中:争 i k一 桩 侧第i 层 土 的极 限 侧 阻 力标 准 值;咖 k一 桩径为8 0 0 m m 的 极 限 端 阻力 标 准 值,可 采 用 深层 荷载 板试 验 确 定;当 不能 进行 深 层 荷 载 板试验 时,可 采用 当 地经验 值 或 查 表 取 值;i g h s、卉一 大 直径 桩侧 阻、端 阻尺 寸 效应 系 数。单桩 极限 端 阻力标准 值 外k,是桩 基 设 计 中 的一 项 重 要参数,勘 察 人员 通 常 依 据 土 层 的 物理 力学 指标 及 标 准贯 入( 或动力 触 探 )试验数据,查《 建筑桩 基 技 术 规 范 》 (JG J 9 4一 9 4 )中相应 的承 载 力 表获 得,故带 有 很大 的 经 验性,如果 取 值 保 守,会 增加 建设成 本,取值 偏 大,则 会 给 建 筑物的 安 全带来 隐 患。随 着 建 筑 物 高 度 的 不 断 增 加,施加在单位 面积地 基 上的荷 重 越 来 越 大,对 桩端持力 层 承载能力 的要 求也 越 来 越高。通 过 可 靠 的 试验 手 段,准 确 测 定 外k 值,或 验 证 通过 其它 勘 察 手段获 得 的q 比 值,为 设计提供安全 可 靠 的 设 计参数,成为勘 察人 员 面 临 的 重 要 课题。鬓藻蒸绷魏囊 鑫鬓鑫 粼 ⋯ 纂貉在 石 家 庄地 区,为 了 减 小 试验 难 度 和 试 验成本,深 井荷 载试 验 一 般 在 建筑 物 基槽 开 挖完 毕,扩 底 墩施 工之 前进行。试 验井 可 取桩径 合 适 的 工程 桩 孔,条件 不 具 备 时需 单独 开 挖,具体试 验 方 法 如 下:( 1 )试 井截 面 为圆 形,直径 取0.8 一 1.Z m,并 有安全后 产 生 较 大 的 弯 曲,并逐渐 出 现 陡降。初 始 直线 段终点或其附 近的 某 一 点所 对 应 的尸 1 值 相 当 于 地 基 土 的临 塑 荷 载,可 作 为 土的 承载力 标 准 值。形 同密实砂 土 的- - 5 1 9 尸 曲 线,难 以 判 断 出 较 明显 的 转折点,按应变 值。 一1 % 一 2 多 经 换算得 到 的 S值 所 对应 的pl值 相 当 于 地 基 土 的 临 塑 荷 载,可 作 为 土的 承 载 力 标 准 值。对低 压缩性 土 应变。取 小 值,高压 缩性 土 应变。取 大 值。纂娜 臻顺域 雄滩舞趟 雄璀寒 裹葬现 行 的 国 家 土 工 试 验 方 法 标 准 中,对 固 结( 压 缩 )试验 中 需 施 加 的 压 力 建议 采 用1 2.5、25、5 0、1 0 0、2 00、4 00、8 0。、1 6 0o k Pa这 样 的 等 级。自然 界 绝大 多 数 土 的承载力基 本值 介 于 5 0 ~4 0 0 k aP。显 然 采 用 现 行 规 范 建议 的 压 力等 级 来 进 行试 验,会 造 成S 一 1 9 尸 曲 线在 1 0 0 一 4 00 k a P之间数 据点太 少,无 法 确 定 曲线 的 特 征 点。为达 到利 用 压缩 试验结 果估算 承载 力 的 目 的,需对 压缩试验 的 加载 压力 等级进行 调整。各 地的 勘 察技 术 人 员 在积 累 工程 经验 的 基 础 上 对本 地区 不 同类 型 的 土 的承载能力 都 有 一 定 的 认 识,对 某 一 具体的 土层 可 采 用 较灵 活 的 压力等 级 组 合来 进 行 压缩 试验,从而达 到在 S 一 1 9 尸 曲 线 上 较容易 地 确 定转折 点 的 目 的。如 对承载 能 力 较 高 的 土( 如 f 0)1 8 O k pa),可 采 用2 5、5 0、10 0、15 0、2 00、2 5 0、3 0 0、3 5 0、40 0、5 0 0、6 0 0、8 0 0、16 0 0 k Pa的 压 力 等 级;对承载 能 力 较 低 的土( 如 f 0< 1 80k Pa),可 采 用 1 2.5、2 5、5 0、7 5、1 0 0、12 5、1 5 0、1 7 5、、5、3、、、6a的 压 力 等 级。戴 ; 藻彰荡现 场荷载试验 是 测 定 土的 承载 力 的 最基 本方 法,因 受设备、费用、时间 等 因 素 的限 制,我 国 很 多中 等 城市及 其以 下 的地 区 无 法 对本 地 区 各 种 类 型 的土 层 进 行系 统 的 荷 载试验 研 究。由 于土 的 地 区 差 异性 大,对 有 关 规 范 中未包 括的 特殊性 土层,在现 阶段,除 了 依 据 强 度理论公式评 价 承载 力 外,无其 它简 便 易行 的 方 法。建筑物 在 正 常使 用 极 限状 态 下,地基 土 的变 形均 被 限 制 在一 定 的 范 围 内。压 缩 试验 过程反映 了 土 在 外力 作 用下 的变 形性 状,根 据 压 缩 试验结 果 来评价 土的 承载 力 较 之 于用 强 度理论公式更 符合 地 基土 的实 际 受力状况。希 望这 篇 小 文 章 能 起 到 抛 砖 引 玉 的 作用,吸引 岩 土 工程界 人 士 采 用 更 好 的手 段 和 数据( 如 三 轴固 结试验结果 ) 分 析 研 究,为 土 的 承载力评价 增加 一 种 简便易行 的 科 学 方 法。仁参 考 文献 〕〔 1 〕 地基 及 基 础 ( 第 二 版 ),华 南 理 工 大 学、东 南 大 学、浙 江大 学、湖南 大 学 编,中 国 建 筑 工 业 出 版社,1 9 9 1 年作 者 简介:王 国昌 ( 19 6 9 年一 ),男。1 9 9 。 年毕 业 于 同 济 大 学 岩 土 工 程 专业,工 程 师。现从 事 工 程 勘 察 及 计 算机 应 用 管 理 工 作。通 讯 地址:安徽省铜 陵 市 淮 河 北 路 2 1号,铜 陵市规 划勘 测 设计 研 究 院邮政 编 码:2 4 4 0 003【收稿 日 期 〕一 一;【 责任编辑 〕 陈 仲。2 00 20 0 0 4 008 00 100 kP12 0 0 10 20 1 G E O T E C N I C A L E N G I N E E R!NGW O RL DV O L 4 N o 乃裁羹麟榔娜瓣( 1 )实例1某 工程 位 于 石 家 庄 市 中 心,地层地质 情 况见 表1。拟 建建筑物 主 楼 为 一 幢 2 6 层、高度 9 9m、地下2 层 的 塔楼,裙楼6 层,地下 2 层。基础 采 用 大直径人 工 挖孔 扩 底墩 桩,桩端持 力层为 第 ⑨层 砾砂( 地质 情 况见 表 1 )。基坑 开 挖 深度 约g m。为验 证 该持 力层 的 单桩 极 限 端 阻力 标 准 值能 否达到4 0 0 ok Pa,建设 方委 托我 院 对该 地 层进 行 了 深 井荷 载 试验。表1q n l: k 4 0 0P防护 措施。采 用 圆 形 刚 性承压 板,直 径为7 9 8 m m。承 压 板可 采 用 厚 约 3 0 0~的现浇混 凝 土 板或 预 制 的 刚 性 板,现浇时 可 直 接在 外径 7 98 m m的钢 环 内 或 钢 筋混 凝 土 管 柱 内浇灌,紧 靠 承 压板 周 围外 侧 的土 层 高 度应 不小 于 承压 板直 径,以 尽量 保持半 无 限 体 内 部 的应 力状 态,避 免试验 时 土 的 侧向 挤 出。可用 立 柱 与 地 面 的加 荷装 置连 接,亦 可 利 用 井 壁护 圈 作反力加 荷。试验 时直 接 测 读 刚性 承压板 的沉 降,可对称地用2 一 4 只百 分表 或 位移传感 器 测 读。( 2 )加荷 等 级 可 按预 估 极 限 承载 力 的1 / 1 0 一 1 / 1 5 分 级施 加,最大 荷 载应达 到地基 土强 度破 坏;如 试验 目 的为验证 通过 其 它 勘察手段 获取 的 外k 值,应 加荷 至地 基 土 强 度 破坏或 大 于 需 验证 的 哪k 值。( 3 ) 每 级加 荷 后,第 一h内,每隔 巧 m i n 测 读 一 次,以 后 每 隔 3 0 m in 测 读 一 次。( 4 ) 在每 级 荷 载 作 用 下,当 连续Z h,每h 沉 降 量 小 于0.l m m时,则 认 为 已 经稳定,可 以 施 加 下一 级 荷 载。( 5 )当 出 现 下列 情 况之 一 时,可 终 止 加 载。a.沉降 急骤增 大,荷载一沉 降 ( P 一、 )曲 线 上有 可 判定极 限 承 载 力 的陡 降 段,且 沉 降 量 超 过0.0 4dd ( 为 承压板直径 );b.本 级沉 降 量 大 于 前 一 级沉 降 量 的5 倍 ;c.某 级 荷 载 下经 2 4h 沉 降 量 尚 未 稳定;d.如 试 验 目 的 为 验证 通 过 其 它 勘察 手段获 取 的哪 k 值,当 持 力层 土 层坚硬,沉 降 量较h,最大 加 荷 不小 于 需 验证 的g p k 值。警万土 名二 , 二 ,八瓜, 仄 吐 环( m )0 0 0 0 0 0 0八 U4 4内 h00 0 八八à叹U C UI L1 19ó 1 1 1 1 n 乙注L杂 填 土粉 质 粘 土粉 土细 砂中 砂粉 质 粘 土细 砂粗砂砾 砂粘 土0.0 3 ~ 1.52.6 ~ 3.75.0 ~ 6.79.0 ~ 1 1.21 1.2 ~ 12.72 0.2 ~ 2 0.82 0.9 ~ 2 1.42 2.3 ~ 2 2.83 6.5 一 3 8.14 0.6 ~ 4 1.8四柏 土4 0.6 ~ 4 1.8 3 0 0.卵 石6 0 0② ① ③ ⑤ ⑥ ④ ⑦ ⑧ ⑨ L彝 镶 殡礴缄舞濒瓤 旗蒸在《 高 层 建 筑岩 土 工 程勘 察规 程 》 ( JGJ 7 2一 9 0 )的 附录 六“ 深井荷载试 验要 点 ”中,判 定 极限 承载力 的 标 准有3条,即 满 足 前 三 条终 止 加荷条件 之 一 时,所 对应 的 前 一 级荷载。对 于 以 粘性 土 为 主的 地层 的荷 载 试 验,当荷载 加 至 一定程 度,会 出现地 基 土强 度 破 坏 的 特 征,而 对 于 中密 ~ 密实 状 态 的 砂 层、圆 砾及卵 石层,其荷载试验往 往 很难做 到满 足 以 上 三 个终 止 加 荷条件( 在 强 度 上 达 到破 坏 ) 因 此 常需 要 以 沉 降 量 来 判 取 极限承 载力 值。由 于q p k 是 桩基 设 计 中的 一 项 参数,故依据 深 井荷 载 试验尸 一 S曲 线 取 值 时,亦 应 满 足《 建 筑 桩 基 技术 规范 》( J G J 9 4 一 9 4 )中 的有 关 规定。假定 进行 一 根 桩 径8 0 0 m m的桩 基 的 单桩 竖 向 抗 压静载 试验,其 极 限 承载力 除 可 按明 显陡降 段的起 始点确定外( 针 对 陡 降 型 Q 一 S 曲线 ),还可 根据沉 降 量 确定: “ 对于 缓变 型 QS曲线 一 般 可 取 S~4 0 一6 0 m m 对 应 的 荷 载,对 于 大直 径 桩 可 取5 一 0.0 3 一 . 0 0 6 D( D 为 桩端直 径,大桩径取 低值,小 桩 径 取高 值 ) 所 对应 的荷 载 值;对 于 细长 桩( l/ d > 8 0 )可 取 S 一 6 0 一 8 0 m m 对 应的 荷 载” 。如 果经 过 某 种 处 理,基 桩 的 侧 摩 阻 力 可 忽略 不计,由 公式( 1.1 )可 知,其 承 载 力 仅由桩端 阻力 提 供,故单桩 极限 承载力 标准 值 就是 相 应桩 径 的 单桩极 限 端 阻 力 标准 值 与 桩 底 面 积 的 乘 积。深 井荷载 试 验 在 严格 限 定 边 界 条件 的 情 况 下,可 以 近似 看 做 这种 假 定条 件 下 的 压 桩 试验,故对 于 缓变形 产 一 5 曲线,可 以 把 S 一 。.0 6d做为 判 定极 限承载力 的 标 准 之 一。基坑 开 挖 后,在 其 底 部 人 工开 挖 内 径1.O m、全程 现浇钢筋 混 凝 土 护壁的 试验 井 ( 如 图1 所 示 ),护 壁 厚度Z oc m,在 试 验井 底 部设 置 现 浇钢筋 混 凝 土 受力 圈 梁,以 供加荷使用。挖 至 第 ⑨ 层砾砂 顶 面 后,改 挖直径8 0 0 m m的圆井,深入该 层1.O m左 右,整 平底 面,放 人 外径 为7 9 8~( 底 面积为0.s m “ )的 模具,现 场 浇 筑 厚度 约4 0 0~的 素 混 凝 土承 压板。圈 梁及承压板混 凝 土 设 计 标 号为 C 3 0,养 护 至 设计强 度 后 进行荷载试验。本 次完 成 的 三 个荷 载 试 验 编号 分别 为1 号、2 号、3号,尸 一 S 曲 线如 图 2 所 示。试 验曲线 平滑,均 未有 明 显 拐 点,试 验点 地 基 土 未达到 强 度破 坏。1 号、3号 试 验 点 最大 荷载加 至4 0 0 k 0 N 耐,沉 降 量 分别 为3 2.7 6 m、4 2.95 m m,以 S / d 一0.0 6( 即 S~ 4 7.g m m )判 断,极限 承载 力 值 均 大 于4 00 O k N / m “ ; 2 号基 坑 底 面! ! ! ! !0 0 0 m m m匕州7 98 二卜图 1试验 井示惫 图32 第6 期2 0二 3 . 即 月口. 口, . 丽I , 掀 O号勺 . q 曰卷一一 城靶 m L I 甲 、酬岩 土 工程界S 伽 日深 井荷载试 验 尸S曲 线 《 实 例1 )为4 m 左 右,在粉质粘 土 层 下,才是 充 填物为 红 色软 塑 状粘土 的 卵石层。在勘 察 报告 中,没 有 第 ⑧层卵石 的土工 试 验和 原位 测 试 资料,也 未 提供 该 层 的 q n k 值。深井荷 载 试 验证明 第⑦ 层 极 限 承 载 力 远不 能 达 到4 0 0 0k Pa的 情况 下,设 计院 要 求 勘 察单 位 提 供第 ⑧层的承载力,拟将 该 层 作 为 桩端持 力层。勘察 单 位提 出 第 ⑧ 层 的q 冰 值 为 s 00 0 k P a,于 是我院 又 在 第 ⑧ 层 中进行深井荷载试验,验 证该值。荷 载 试 验尸 S曲线 见 图3中2 号 曲线,加 荷 至 2 1 0 0k N / 砰时,总沉 降 量达 到 5 0.8 1~,以、 / d 一 0.0 6 即`一 4 7.8 8~判 断,该点 极限 承 载 力小 于 2 1 0 0k N / 耐。在得知试验 结 果 后,建设 单 位 产 生 畏 惧 心 理,在庆 幸 及早发现问 题 的 同时,执意要 求设计 院不惜增 加 建 设成本,修 改基 础 方案。最终设计院将桩基 础 改 为 筏 板基 础。. ` 0 . 二2肋 l 皿朋2 4 朋, . 朋尸. 门石二二 t 一一一一一下- 一一P ( k P a )试验点荷载 加 至4 4 0 0 k N / m “ 时,沉 降尚能稳定,在 强 度 上并未达到 破 坏,但沉降 量 稍 大( 4 00 O k N / m “ 荷 载 对 应 的 沉降 量 为 5 1.7 5 m m ),S / d ~0.0 6 对 应 的 荷载 约为3 8 00 k N /砰。经 综 合 分析认 为,该 地层 单桩极 限 端 ...