用单桩抗压试验反分析CFG桩的设计参数

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摘要：利用CFG桩单桩抗压试验成果，结合地层资料和规范，利用逆向分析的方法确定各地层的极限端阻力标准值qpk和极限侧阻力标准值qsik。可将试桩成果推广应用到场地附近任意桩长桩径的cfg桩设计中。

关键词：CFG桩；试桩；设计参数；反分析

Abstract: uses the single cement-flyash-gravel pile loading test results and stratigraphic data, combined with the specification, using the inverse analysis method to determine the ultimate shaft resistance qsik and ultimate tip resistance qpk of each layer of strata. Pile test results can be applied to the CFG pile design of any pile length and any pile diameter near the construction site.

Key words:CFG pile;single pile testing;design parameters;reverse analysis

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

通常针对CFG桩进行试验时，均采用复合地基静载试验的方式，优点是成果直观，缺点是复合地基试验得出的数据为桩的承载力和桩间土的承载力的综合，不利于分析桩体本身的受力状态。采用CFG桩单桩压桩试验则能获得单桩承载力，通过反分析各地层的桩设计参数qsik和qpk，就可以将试桩成果推广应用到任意桩长桩径的桩型设计上。

1工程实例概述

首钢京唐钢铁厂在曹妃甸地区进行了24根CFG单桩压桩试验，分4个试验区进行。共完成23根有效的压桩试验，试验终止条件和单桩竖向抗压极限承载力的确定均按《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）执行，静载试验成果汇总如表1。

表1单桩静载试验成果汇总表

2场地工程及水文地质条件

2.1地形地貌

厂区地貌上属于滨海浅滩。曹妃甸一带为滦河三角洲平原海岸，具有双重岸线特征，其中内侧大陆岸线为沿滦河古三角洲前沿发育的冲积海积平原。吹填后地面标高3-3.5m。

2.2地层岩性特征

根据勘察报告，在深度80m范围内，地基土主要由第四纪全新世海相沉积和第四纪上更新世海陆交互沉积的粘性土、粉土和砂类土所组成，其地层岩性如表2所示：

表2场地地层物理力学指标

2.3地层岩性特征

根据勘察报告，各试验分区的地层分布如表3所示：

表3各试验区地层厚度及深度汇总表

3计算公式及分析方法

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002），CFG桩单桩竖向极限承载力标准值计算公式为：

Rk=Rsk+Rpk=u∑qsikli+ qpkAp（1）

式中 Rsk、Rpk——分别为单桩总极限侧阻力和总极限端阻力标准值；u——桩身周长；

li——桩穿越第i层土的厚度；Ap——桩端面积；qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；qpk——桩的极限端阻力标准值；

为了分析的方便，引入物理量qsk，令qsk＝（∑qsikli）/l，即桩的全长平均极限侧阻力标准值。

所以公式（1）可以表示为：

Rk =ulqsk+qpkAp （2）

在上式中，Rk、u、l、Ap均为已知值，只有qsk、qpk两个未知数。

解两个未知数，理论上是可以建立二元一次方程组求解的，但是因为实际工程中试桩得出的数据并不都是极限值，且受限于加荷分级，真正的承载力极限值很难测得，所以解用方程组的方法求出来的qsxk和qpk值很难精确。

根据估算，本工程的CFG桩侧阻力在总承载力中占80%以上， qsk对结果的影响占绝对优势。所以不妨先根据规范和经验确认影响较小的端阻力qpk的值，代入公式（2）中，即可求出比较合理的qsxk。

4计算qsk值

不具体考虑每根桩的承载力，将每一组的3根桩视为一个整体来研究，以桩组号代表，A1-400代表A1试验区直径为400mm的这一组CFG桩。

表4 试验成果汇总表

根据表9的计算结果，综合考虑极限端阻力标准值qpk=1500kPa。根据这个极限端阻力标准值，代回公式（2）中，可求得qsk，将每个区两种桩型的qsk求取平均值。如表5所示。

表5计算得出的各试验区qsk值汇总表

5采用试算的方法确定qsik值

接下来就需要计算各地层的qsik了。桩的全长平均极限侧阻力标准值公式

qsk＝（∑qsikli）/l（3）

这里采用试算的方法。拟定一组比较合理的qsik，代入公式（3），看试算得出的qsk值与表5的qsk的吻合情况。然后以第1组qsik值为基准进行调整得到多组qsik值，均代入公式（4），试算得出的qsk值与表5的qsk的吻合情况最好的一组即为最符合要求的一组。

先根据规范和勘察报告取了第1组qsik，代入公式（3），获得1组试算qsk值明显比表5的值小，说明参数保守，以这组数据为基础进行调整，又试算了4组qsik值，如表6，试算结果如表7。

表6试算的qsik值

第1组的试算结果与表5的值相比偏小，第2组偏大，第3组合第4组试算结果很接近，综合考虑规范推荐值，取第4组试算值作为这次逆向分析的成果参数。

表7 试算得出各区的qsk值

这里要重点说明一下A2区，其他三个区在试桩前均进行了强夯，只有这个区没有。未经处理的吹填砂为松散状态，侧摩阻力本应很小，规范建议值是小于22kPa，实际肯定也不会有多大，但是从第一组试算结果来看，22kPa小的太多，通过试算，应在50kPa-65kPa之间，不合常理，这点可能是因为顶部形成扩大头造成的。试桩过程中，没有强夯过的A2区，在吹填土层提钻速度变慢，混凝土充盈系数明显变大。夯前的吹填土qsik增大的原因可能是松散的吹填砂发生了塌孔，在CFG桩顶端形成扩大头，一方面桩径变大引起侧阻力变大，另一方面扩大头底部端阻引起端阻力变大。因为对充盈系数或浆液扩散的情况不清楚，无法定量的分析侧阻和端阻两者变大的幅度，所以在这里将这两个变大的阻力均加到吹填土的qsik上，形成一个等效的qsik。

6结论

通过对首钢曹妃甸厂区试桩成果数据的逆向分析，得出试验场地附近区域CFG桩的极限端阻力标准值qpk和极限侧阻力标准值qsik如表8所示。

表8极限端阻力标准值qpk和极限侧阻力标准值qsik

注：夯前计算值是因为顶部扩大头的影响，设计时应该不计其侧阻力甚至考虑负摩阻力。

反分析得出的数值与《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-94）给出的粉细砂的参考值基本相当，稍微偏小一点，比勘察报告给出的推荐值有较大幅度的提高。进行地基处理设计时可以参考这次反分析得出的参数，优化出合理经济的设计方案。

参考文献：

[1] JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范 [S].

[2] JGJ 94-94，建筑桩基技术规范[S].

[3] JGJ 106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].

[4] 常士骠，张苏明.工程地质手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.JGJ 106-2003，建筑基桩检测技术规范[S].

[5]雷晓艳.工程反分析问题及应用[J].华东交通大学学报，1996.9（3）：1-8.，张苏明.工程地质手册.北京：中国建筑工业出版社，2008.

作者简介：

贺诗选 （1978-），男（汉族），江西萍乡人，首钢地质勘查院北京爱地地质勘察基础工程公司工程四处主任，地质工程专业，工程师，国家注册岩土工程师，国家一级建造师，从事岩土工程勘察设计、施工工作。

周畅（1983-），男（汉族），湖北武汉人，首钢总公司建工部工程组副组长，土木工程专业，国家二级建造师，从事建设工程管理工作。