经验公式法

经验公式确定单桩竖向极限承载力标准值Quk是一种沿用多年的传统方法。《建筑桩基技术规范》(JGJ94—2008)在《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)的基础上,积累了更为丰富的资料,使这种方法适用于各种类型的桩,用极限设计的形式表示。

(1)一般预制桩与灌注桩的竖向承载力标准值。根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时宜按下式估算:

式中 Qsk,Qpk——分别为单桩的总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值(kN);

　　qsik,qpk——分别为桩周第i层土的极限侧阻力标准值和桩端持力层极限端阻力标准值(kPa),无经验时可参照表9-3和表9-4选用;

　　u,Ap——桩周长(m)和桩端面积(m2); li——桩周各层土的厚度(m)。

表9-3　桩的极限侧阻力标准值qsik kPa

表9-4　桩的极限端阻力标准值qpk kPa

续表

(2)大直径桩(d≥800mm)竖向承载力标准值:

式中 qsik——桩周第i层土的极限侧阻力标准值,如无当地经验值时,可参照表9-3选用,对于扩底桩变截面以上2d长度范围不计侧阻力;

　　qpk——桩径为800mm的极限端阻力标准值,可对于干作业(清底干净)可采用深层载荷板试验确定;当不能进行深层载荷板试验时,可按表9-5取值;

　　ψsi,ψp——大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数,按表9-6取值。

表9-5　干作业挖孔桩(清底干净,D＝800mm)极限端阻力标准值qpkkPa

表9-6　大直径灌注桩侧阻力尺寸效应系数Ψsi及端阻力尺寸效应系数ψp

(3)钢管桩竖向承载力标准值:

式中 qsik,qpk——取与混凝土预制桩相同值;

　　λp——桩端土塞效应系数,对于闭口钢管桩λp＝1,对于敞口钢管桩宜按式(9-15)和式(9-16)计算;

　　hb——桩端进入持力层深度;

　　d——钢管桩外直径(mm)。

对于带隔板的半敞口钢管桩,应以等效直径de代替d确定λp;de＝d/n;其中,n为桩端隔板分割数,如图9-6所示。

图9-6　隔板分隔

(4)嵌岩桩竖向承载力标准值。嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准值,由桩周土总极限侧阻力和嵌岩段总极限侧阻力组成。当根据室内试验结果确定单桩竖向极限承载力标准值时,可按式(9-17)～式(9-19)计算

式中 Qsk,Qrk——分别为土的总极限侧阻力标准值、嵌岩段总极限侧阻力标准值;

　　qsik——桩周第i层土的极限侧阻力,无当地经验时,可根据成桩工艺按表9-3取值;

　　frk——岩石饱和单轴抗压强度标准值,黏土岩取天然湿度单轴抗压强度标准值;

　　ζr——桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数,与嵌岩深径比hr/d、岩石软硬程度和成桩工艺有关,按表9-7采用;表中数值适用于泥浆护壁成桩,对于干作业成桩(清底干净)和泥浆护壁成桩后注浆,ζr应取表列数值的1.2倍。

表9-7　桩嵌岩段侧阻和端阻综合系数ζr

【例9-1】 某预制桩采用强度等级为C30的混凝土,尺寸为300mm×300mm,桩长10 m,穿越厚度l1＝3m,液性指数IL＝0.75的黏性土,进入密实的中砂层,长度l2＝7m。桩基同一承台中采用3根桩,桩顶离地面1.5m。试确定该预制桩的竖向极限承载力标准值和基桩竖向承载力设计值。

【解】 (1)确定单桩极限承载力标准值。

①按桩身材料强度由(9-8)进行计算:

Q≤ψcfcAp＝0.75×15×300×300＝1012.5(kN)

②按经验公式(9-12)计算单桩承载力标准值。

由表9-3查得桩的极限侧阻力标准值qsik为:

黏土层:IL＝0.75,qsik＝50kPa;

中砂层:密实,qsik＝80kPa;

桩的入土深度h＝1.5＋3＋7＝11.5m≈10m,查得预制桩桩长为10m时,qsik的修正系数为1.0。

由表9-4查得桩的极限端阻力标准值qpk为:

密实中砂,h＝11.5m,查得qpk＝5500～7000kPa,取qpk＝6000kPa。

故单桩极限承载力标准值为:

Quk＝Qsk＋Qpk＝uΣliqsik＋Apqpk＝4×0.3×(50×3＋80×7)＋6000×0.32

＝852＋540＝1392(kN)

应取二者中小值,故单桩极限承载力标准值为Quk＝1012.5kN。

(2)确定基桩竖向承载力设计值: