上海地区合理确定预制桩设计参数的探讨-建筑论文

摘要：依据上海软土条件的现状，提出合理确定桩基设计参数时，应综合考虑多方面的因素。并从桩侧摩阻力与桩端承载力的相互关系，桩端阻力与桩端附近土层、桩的休止期、桩径等的关系进行详细的分析论证。

关键词：制桩设计参数、桩端阻力、相互关系

1、  前言

在桩基勘察报告中，需要提供相关土层的桩侧摩阻力与桩端承载力，以作为桩基设计的依据。但在确定某土层的桩基参数时，如果只单一的考虑该土层本身的本性，要想提供可靠而相对准确的桩基设计参数是不可能的。

本文主要从地基土角度分析影响桩的支承能力的因素，认为在上海的软土条件下合理确定桩基设计参数时，应综合考虑多方面的因素。

2、  桩侧摩阻力与桩端承载力的相互关系

桩的荷载传递规律是桩侧摩阻力先于端阻力发挥，但在桩的荷载传递过程中并不是桩侧摩阻力先全部发挥，而后端阻力发挥，桩侧摩阻力与桩端端阻力是发挥承载力中相互联系相互影响的两个部分，外部荷载逐渐增加的过程，既是桩侧摩阻力自上而下逐层发挥的过程，也是桩端承载力逐渐发挥的过程。

根据前人的研究，桩侧摩阻力在位移小于10mm时，就能充分发挥。其中，粘性土中位移约为5~7mm：砂土中约10mm。而发挥全部的桩端阻力需要较大的位移量，位移与桩端持力层和桩的直径D有关，砂性土约为D/12~D/10,粘性土约为D/4。假定桩径50cm的桩基，在砂性土中，位移4.2~5cm，粘性土中位移约为12.5cm，才发挥全部的桩端阻力。故桩侧摩阻力总比桩端阻力先充分发挥。

对于缓变形的桩，试桩时一般取变形在40~60mm所对应的荷载为极限承载力，此位移已远超过达到土的抗剪强度峰值的位移。这时桩的摩阻力早已全部发挥，而当持力层为粘土时，端阻力可能尚未全部发挥，若要达到端阻力全部发挥，桩的位移量相当大，以致桩侧土的抗剪强度已剧降在峰值以上，故桩的极限承载力相对较小；而持力层为较密实的砂性土时，当达到极限承载力时，桩侧土的抗剪强度可能还处在稳值段或下降不大，端阻力就已全部发挥，故桩的极限承载力相对较大。因此在确定桩的设计参数的取值时，应考虑到桩侧土和持力层的相互影响。

3、  桩端阻力与桩端附近土层的关系

桩端端阻力的确定不仅与桩端处的土层有关，还与桩端平面上下一定厚度的土层有关，勘察报告提供的各土层桩基参数及根据所提参数计算端阻力时，一般都难以反应上述因素，只有在采用静力触探方法估算端阻力，计算桩端附近静力触探比贯入阻力平均值P_sb时， 才考虑了上述因素。

该方法是在桩端全断面以上取d₁范围内的比贯入阻力平均值P_sb1,在桩端全断面以下取d₂范围内的比贯入阻力平均值P_sb2。当P_sb1≤P_sb2时，P_sb＝（P_sb1+βP_sb2）/2;当P_sb1＞P_sb2时，P_sb＝P_sb2。。β为折减系数，根据P_sb2/ P_sb1值取0.5~1.0。

另外，由于深度效应，桩端承载力与桩进入持力层的深度有关，当桩进入持力层深度不大时，桩端承载力随着桩进入持力层深度的增加而线性增大。当达到临界深度后，端阻力保持稳定。临界深度随持力层的覆盖压力增大而减小。

报告中对确定的土层一般提供唯一的一对侧摩阻力和端阻力参数，但也应该考虑上述因素，对受上下土层影响较大的桩基持力层，可采用分段提供，对需要考虑深度效应的持力层，可采用较大幅度提高桩侧摩阻力的方法，达到体现端阻力随深度线性增大的目的。

4、  与桩径的关系

上海地区微型桩（小于0.3m桩径的桩）的设计参数常在一般桩的参数基础上折减，通常取8折与试桩结果较吻合。因此认为微型桩的设计参数需作适当折减是由于土对不同桩径的桩有不同不过的摩阻力和端阻力。其实桩径对预制桩的参数影响很小。唯有微型桩采用折减值与实际较复合，这种情况与桩端位于可塑性粘性土层且浅部地层大部分为淤泥质土层时的土层情况相类似，实际上是因为微型桩的桩身和桩端大部分情况下均处于粘性土中的原因，粘性土中的参数应在原习惯取值基础上折减以与实际相符。

5、  与桩的休止期的关系

桩的承载力是以试桩结果为标准的，但桩的承载力是随休止期的延长而增大。上海地区桩端位于第5层和第6层粘性土层中的桩尤其明显，故桩的承载力也是个相对的变值。按规范，砂性土中桩的休止期为2周，粘性土中休止期为28天。但多个工程的试桩结果表明：粘性土中休止期为28天。但多个工程的试桩结果表明：粘性土中休止期为28天时桩的承载力远未达到其最后能达到的稳定值，即使采用规范中参数的下限值并稍作折减，也超出28天时的试桩值。故采用28天试桩值作为设计根据，过于保守，其28天的试桩值与其稳定值的比值大大小于休止期为2周的砂性中试桩值与其稳定值的比值。28天试桩所得承载力仅为一般经验估算值的70%~80%，当桩侧以软粘性土为主，且粘性土较大时，其比率更低，甚至仅为50%~60%。休止期需达到约45天，才与估算值接近。

因此，应尽量延长在粘性土中桩的休止期，使桩的载荷试验结果接近桩的实际稳定值。在粘性土中，应充分考虑粘性土受扰后强度随时间增长的效应远大于砂土，28天休止期远未达到稳定值，宜采用45天休止期。如将28天试桩结果估算桩的实际稳定值，宜乘以相应的修正系数。受现有试桩休止期标准的限制，应在勘察成果上阐明。

6、  结论

各土层的桩侧摩阻力系数除考虑本身土性外，还应考虑桩侧土和持力层的相互关系；桩端端阻力除考虑持力层本身土性外，还应考虑持力层厚度及下卧层的影响，为提高桩侧阻力和端阻力的发挥，桩端应尽量置于相对较硬的土层，且深入持力层一定深度，可适当提高持力层的桩侧摩阻力参数，以体现桩的临界深度的影响；在工程上桩的设计参数可不考虑桩径的影响，宜采用适当降低软粘性土的参数，提高中密以上粉性土和砂性土的参数，以统一微型桩和一般桩的设计参数；应充分考虑粘性土受扰后强度随时间增长的效应，根据上层组合对桩基参数相应浮动。