1概述

 

　　静力触探试验(CPT)是在竖直方向上利用液压机把圆锥探头以一定速率压入土层中，利用探头中的传感器，通过自动记录仪来存储贯入过程所得到的各种数据，这些数据反应了地基土的各种测量参数，如土类的判别、土的物理性质、土的强度等。由于它的测试精度高、功能齐全，具有快捷、准确、经济、节省人力等优点，而且成果的可靠性与再现性好，并且测试成果处理的自动化和微机化程度很高。因此，在实际工程项目中静力触探越来越得到重视，尤其在滨海软土地区，双桥静力触探应用很广泛。同时，天津滨海平原地区采用预制桩尤其是预应力管桩越来越多。通过工程实践发现，由于土质特征地区性差异的缘故，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）提供的双桥静力触探估算预制桩单桩极限承载力的公式进行计算，其结果与单桩静载试验结果差距较大，影响了静力触探成果的应用。因此，有必要建立一个适合天津滨海平原地区的双桥静力触探估算管桩单桩极限承载力的计算公式，以提高估算结果的准确性，从而提高工程初步设计的精度。

 

　　2确定计算公式

 

　　2.1基本规程

 

　　双桥静力触探的基本参数和规程如下：

 

　　(1)探头圆锥底截面积为15cm2，双桥探头侧壁面积为300cm2，锥尖角为60度；

 

　　(2)探头应匀速垂直压入土中，贯入速率以1.2m/min；

 

　　(3)探头测力传感器应连同仪器、电缆进行定期标定，室内探头标定测力传感器的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度漂移、归零误差均应小于1%现场试验归零误差应小于3%；

 

　　(4)深度记录的误差不应大于触探深度的士1%；

 

　　(5)当贯入深度超过30m，或穿过厚层软土后再贯入硬土层时，应采取措施防止孔斜或断杆，也可配置测斜探头，量测触探孔的偏斜角，校正土层界线的深度。

 

　　预应力混凝土管桩的单桩静载试验严格按照《建筑桩基检测技术规范》（JGJ106-2003）执行。

 

　　2.2公式选取

 

　　为便于分析计算使用，以《建筑桩基技术规范》为主并参考其它一些研究成果，选定双桥探头静力触探资料计算预应力混凝土管桩单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：

 

　　式中：—锥尖阻力修正系数；

 

　　—桩端平面上、下探头阻力，取桩尖平面以上4d（d为管桩的直径）范围内按厚度的加权平均值，然后再和桩尖平面以下1d范围内的值进行平均(kPa)；

 

　　—桩端面积，含敞口的面积(m2)；

 

　　—桩身周长(m)；

 

　　—桩身长度(m)；

 

　　—桩周土极限侧摩阻力(kPa)；参考桩基规范，与静力触探侧摩阻力的关系采用幂指数方程拟合，并转换为线性表达式进行相关性分析，见下式：

 

　　2.3公式中有关参数的分析思路

 

　　根据天津滨海平原地区的地层特点，桩端一般为可塑粘性土或饱和粉土、砂土，其中密实状态的粉土与砂土的力学性质基本一致；参考桩基规范，并根据地区特点和经验作适当调整，确定锥尖阻力修正系数对仍粘性土取2/3，对饱和粉土、砂土取1/2。

 

　　重点求解式2、式3中的系数A、B。通过收集到的多个天津地区工程项目的资料（包括勘察双桥静力触探资料和单桩静载试验报告）进行汇总分析整理，按如下思路进行：①计算桩端平面上、下探头阻力，进而计算出修正后桩端极限阻力；②用单桩静载试验测得的极限承载力标准值Quk减去得到桩的总侧阻力；③通过桩的总侧阻力以及桩径桩长等参数，求出桩周土极限侧摩阻力；④根据勘察报告提供的数据按厚度加权计算出桩身范围土的静力触探侧摩阻力；⑤依据对应的与，按照式3，采用线性回归法中的最小二乘法计算出参数A、B。通过数据整理，推算出参数A=21.675，参数B=0.147，代入式2得：

 

　　（式4）

 

　　联立式1和式4，即可得到通过双桥静力触探成果估算预应力混凝土管桩单桩竖向极限承载力标准值的计算公式。

 

　　3工程实例验证

 

　　下面通过一个典型工程的资料对上述公式的可靠性作初步验证。工程位于天津市西青区，场区地层分布、静力触探成果数据以及依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）采用物性指标经验参数法确定的桩基设计参数。

 

　　该工程桩端持力层选择了可塑状态⑤1粉质粘土层，桩型为Φ400mmPHC型预应力混凝土管桩，试桩桩长（桩端入土深度）20m。共进行6棵场外试桩单桩静载试验，均加载至破坏，取破坏前一级荷载作为单桩竖向极限承载力Quk，其中4棵桩Quk为1700kN，2棵桩Quk为1850kN，Quk平均值为1750kN。

 

　　按照表3-1的地层资料，根据本文给出的估算公式进行计算。桩端平面上、下探头阻力；桩端持力层为可塑粘性土，锥尖阻力修正系数取2/3；桩身范围土的静力触探侧摩阻力按厚度加权平均值，依据式4得；将这些数据以及桩长、桩径等参数代入式1，得：。

 

　　采用《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）提供的静力触探估算预制桩单桩承载力的公式计算的结果为Quk=2047.7kN。采用经验参数法计算的结果为Quk=1328.4kN。

 

　　由上面的数据比较可知，本文提出的估算公式所得结果更接近于静载试验结果，桩基规范的静力触探估算公式所得结果偏大，而经验参数法计算的结果明显偏小。通过初步验证，本文提出的估算公式对天津地区的地层是适用的，可靠性比较高。

 

　　4结语

 

　　4.1本文提出了适于天津平原地区的双桥静力触探预估预应力管桩单桩极限承载力的公式，通过实例初步验证，其预估的结果与单桩静载试验确定的承载力基本吻合，具有一定可靠性。

 

　　4.2后期收集更多的测试数据进行统计分析，可以对估算公式中的有关参数进行修正，使其更精确，更具实用性。

 

　　4.3今后尚可采取一些技术手段，针对天津平原地区常见的三类土（淤泥质土，一般粘性土，饱和粉土砂土）分别推导静力触探侧摩阻力与桩周土极限侧摩阻力之间的关系，使估算公式进一步科学化，提高估算结果的准确度。

 

　　参考文献

 

　　[1]孟高头.土体原位测试机理、方法及其工程应用[M].北京：地质出版社.1997.

 

　　[2]刘松玉，吴燕开.论我国静力触探技术（CPT）现状与发展[J].岩土土工程学报.2004