滨海软土地区钻孔桩桩端承载力研究
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摘要:本论文根据天津滨海地区桥梁工程设计施工中收集到的数据，对滨海软土地区钻孔桩桩端承载力进行了分析研究。通过对桩端承载力的工程实际测量值与理论计算值进行对比，指出了目前设计理论计算中对桩端承载力取值存在的问题， 并对这一问题的产生原因进行了深入分析，同时对该问题给出了解决办法。本论文工程测量数据来自天津地区的大型重点工程，对天津市滨海软土地区的桩基设计有很好的借鉴作用，对其它滨海软土地区的桩基设计也具有一定的参考价值。
关键字：钻孔桩桥梁软土桩基承载力
中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：
1. 引言
天津市滨海地区多为海积平原和海积冲积平原，其地质条件较差，土层厚度大且承载能力较小，属于典型的滨海软土地区。笔者多年在该地区从事桥梁设计、施工工作，在工作中搜集了大量的工程实测数据，经过对试桩桩端承载力与理论计算结果的认真比较分析，发现两者存在较大差异。因此对滨海软土地区的钻孔桩端承力进行了进一步研究。由于钻孔灌注桩桩底沉淀土的存在，造成桩基端承力大大减小，目前设计计算中虽对此情况已经予以考虑，但实测工程数据表明，目前对其考虑仍显不足。为减少工程隐患，本论文对此进行研究分析并给出了解决方法，希望对广大工程技术人员的工作起到指导借鉴作用。
桩基础是桥梁工程的重要组成部分，有着悠久的使用历史，并且目前仍被广泛采用。桩基础根据受力条件分为摩擦桩基础和端承桩基础。滨海软土地区土层具有厚度大、承载力低的特点，故在滨海软土地区桥梁工程多采用钻孔灌注桩基础，从其受力角度来看，多为摩擦桩基础。桩基础作为将桥梁荷载传递到地基上的重要受力构件，是桥梁设计施工的重要组成部分。桩基础的承载能力直接影响到桥梁的安全性、耐久性，因此对桩基础进行试验研究具有极高的工程应用价值。
2.目前桥梁桩基端承力计算方法
目前对公路桥梁桩基承载力的计算，在设计中多按照《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63—2007（以下简称规范）的相关规定进行计算。在该规范中对于钻孔灌注桩（摩擦桩）单桩轴向受压容许值计算公式如下：
（1）
通过公式（1）可知，钻孔灌注桩（摩擦桩）桩端承载力容许值计算公式如下：
（2）
式中—摩擦桩单桩轴向受压承载力容
许值（）；
—桩身周长（）；
—土的层数；
—承台底面或局部冲刷线以下各土层的厚
度（）；
—与对应的各土层与桩侧的摩阻力标准
值（）；
—桩端截面面积（）；
—桩端处土的承载力容许值（）；
—摩擦桩单桩轴向受压时桩端承载
力容许值（）；
—修正系数；
—桩端处土的承载力基本容许值
（）；
—容许承载力随深度的修正系数；
—桩端以上各土层的加权平均容重
（）；
—桩端的埋置深度（）；
—清底系数。
清底系数取值规范中规定如下：
清底系数值表1
注：1. 、为桩端沉渣厚度和桩的直径。
2. 时，；
时，，且。
下面以京沈高速公路桥梁桩基础为例，说明钻孔灌注桩桩端承载力计算公式的计算过程。
该桩基现场实测桩径为0.84，桩长为38.4，根据地质勘察资料，桩端处为黏土层，桩端处土的承载力基本容许值，桩端以上各土层的加权平均容重18，计算该桩基桩端承载力如下：
根据规范及地质勘察资料，得：
（取规范最小值）
将上面各数据代入公式（2）中，得：
该桩基实测桩基端承力容许值为277，而理论计算值为500.6，据此分析该桩基端承力容许值理论计算值是实测值1.81倍，若采用此理论计算端承力值容易造成工程隐患。
3.工程实测桩基端承力数据介绍
笔者多年从事天津滨海软土地区桥梁工程的设计和施工工作，通过天津滨海软土地区诸多桥梁工程的桩基静载试验，得到了大量的单桩静载试验实测数据。现对部分工程桩的端承力实测数据归纳如表2所示。
桩基端承力试验成果表 表2
4.实测数据与计算数据对比分析
根据桩基试验实测数据对桩基端承力容许值进行计算，即采用表2中实测数据和公式（2）对桩基端承力容许值进行计算，计算结果如表3所示。
桩基端承力理论与实测结果对比表 表3
通过表3可以看出，公路桥梁钻孔灌注桩（摩擦桩）理论计算的桩基端承力容许值大大超过了桩基端承力实际容许值，这会造成钻孔灌注桩的实际承载力小于理论计算承载力，容易给工程安全留下隐患。
钻孔灌注桩端承力远小于桩端原状土承载力的主要原因是由于目前采用的钻孔工艺及清孔方法会导致桩底泥浆沉渣层的存在，桩底混凝土不是与桩底原状土紧密接触，而是其间夹有回淤泥浆层，使原状土的力学性能得不到发挥，造成桩基端承力大大减小，虽然目前理论计算对该因素已经予以考虑，但通过表3不难得出，目前理论公式清底系数的取值仍然是偏大的。为了使桩端承载力理论计算值更好的与实测值相符，下面利用实测数据对清底系数予以修正。
首先，根据公式2可以得出，清底系数可通过下式表示：
（3）
式中各符号意义同上。
为了使桩端承载力理论计算值与实测值相符，只需令理论计算端承力容许值等于实测端承力容许值便可求得两者相符时的清底系数。因此，利用表3可以得到修正后清底系数如表4所示。
清底系数修正后取值表表4
试桩编号 1 2 3 4
修正后清底系数 0.387 0.424 0.191 0.161
试桩编号 5 6 7 8
修正后清底系数 0.237 0.252 0.344 0.281
通过表4可以看出，钻孔灌注桩桩端承载力的发挥程度离散性较大，其大小除与桩端土层有关外，很大程度上受桩底清底情况的影响。收集上述实测数据的桩基作为数据采集桩，桩基的施工质量是偏优的，但仍远远达不到理论计算值，可见理论计算中采用清底系数明显偏大，根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》GB/T 50283—1999规定，采用数理统计方法，对清底系数取值进行分析可得，清底系数取值为0.131是符合工程可靠度的。
综上所述，按《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63—2007进行设计时，桩基清底系数取值在0.10～0.15之间是更符合实际的，目前桩基清底系数取值偏大。
5. 结论
滨海软土地区钻孔灌注桩端承力由于沉淀土的影响会大大降低。
目前对滨海软土地区钻孔灌注桩端承力的取值偏大，易造成工程隐患。
滨海软土地区钻孔灌注桩端承力计算中应对清底系数予以减小，以使理论计算更好的实际相符。
钻孔灌注桩桩端沉渣对桩基端承力有显著影响，应从施工工艺和施工措施上尽可能减小桩端沉渣厚度。
参考文献
1．《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63—2007 人民交通出版社2007年12月实施
2．《京沈高速公路桥梁工程钻孔桩静载试验报告》京沈高速公路项目经理部
3．《京沪高速公路新僻线钻孔桩静载试验报告》京沪高速公路项目经理部
4．《唐津高速公路津塘互通式立交桥静载试验报告》唐津高速公路项目经理部
5．《津滨高速公路胡家园立交桥静载试验报告》津滨高速公路项目经理部
作者简介：
吉禹霏 ：硕士学历， 工程师职称，目前从事桥梁设计
张文远：：学士学历，工程师职称，执业资格：国家一级建造师、英国皇家特许建造师，目前从事桥梁施工
陆广贤：高级工程师职称，目前从事桥梁设计