1問題的提出
樁基幾乎可應用于各種工程地質條件和各種類型的工程，尤其適用于軟弱地基。錘擊式沉管灌注樁以其諸多優(yōu)點，成為多層住宅、綜合樓的首選樁型。但其自身也存在一些缺陷和在設計施工中難以操作的指標，灌注樁沉管的貫入度的控制便是其中之一。本文擬通過工程實踐來對此進行探討。
一般認為，樁的貫入度與其極限承載力有直接的關系。貫入度通常依據(jù)現(xiàn)有的打樁動力公式結合當?shù)爻晒?jīng)驗確定。但灌注樁沉管的貫入度與樁承載力的關系是否可以用簡單的經(jīng)驗公式確定，或者簡單地套用當?shù)爻晒?jīng)驗，以及貫入度是否為一項控制性的設計指標，對于這些問題，筆者認為有必要作進一步的探討。
《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94-94)在灌注樁基礎設計中沒有貫入度設計的規(guī)定，僅提出灌注樁的貫入度"必須準確測量"，嚴格控制。《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GBJ7-89)也沒有引入灌注樁貫入度設計概念。顯然，貫入度作為灌注樁設計指標并由設計人員提出缺乏規(guī)范依據(jù)。
目前，采用灌注樁的一般是九層以下的二級建筑物。由于國家規(guī)范對二級建筑物沒有規(guī)定要進行現(xiàn)場試驗確定單樁承載力，而是"應根據(jù)靜力觸探、標準貫入、經(jīng)驗參數(shù)等估算，并參照地質條件相同的試樁資料，綜合確定"，因此這類建筑很少在設計施工前進行樁的現(xiàn)場試驗，設計人員依據(jù)現(xiàn)有的打樁動力公式結合當?shù)爻晒?jīng)驗確定貫入度。在施工時，對于以摩擦為主的摩擦樁，大多數(shù)情況下沉管達不到設計要求的貫入度，這時通常采用四個方法解決：(1)加深樁長;(2)復打樁;(3)擴大樁徑;(4)加樁。每種方法(有時二種、三種方法同時采用)都會增大工程量，增加成本。而這些做法都屬慣例，似乎沒有人會懷疑貫入度要求本身的合理性。當工程驗收時，單樁承載力檢驗合格，證明設定的貫入度"沒有問題"，又可以作為經(jīng)驗被采用。因此，如何把握貫入度，對于工程的安全性、經(jīng)濟性都有較大的意義。
2單樁豎向承載力的計算
2。1荷載傳遞機理
樁在荷載作用下，樁身上部首先受到壓縮，一部分荷載往下部樁身傳遞，另一部分則在樁與樁周土之間形成摩阻力。當荷載分級逐步加到樁頂時，樁身上部受到壓縮而產(chǎn)生相對于土的向下位移，與此同時，樁周表面受到土的向上摩阻力，樁身荷載通過樁周摩阻力傳遞到樁周土層中去，致使樁身荷載和樁身壓縮變形隨深度遞減。隨著荷載的增加，樁身壓縮量和位移量增加，樁身下部的摩阻力隨之進一步發(fā)揮出來。當樁周摩阻力全部發(fā)揮達到極限狀態(tài)后，若繼續(xù)增加荷載，則荷載量將全部由樁端土承擔。樁的這種傳遞理論，是符合靜壓試樁實際的，且已為許多樁的荷載試驗所證實。
2。2單樁豎向極限承載力標準值
單樁豎向極限承載力標準值按下式計算：
Rk=u∑qsikli+qpkAp(1)
式中 Rk--單樁的豎向承載力標準值;
qpk?--極限端阻力標準值;
Ap--樁身橫截面面積;
u--樁身周邊長度;
qsik?--樁側第i 層土的極限側阻力標準值;
li--按土層劃分的各段樁長。
貫入度的設計一般依據(jù)現(xiàn)有的打樁動力公式[3]，主要有格爾謝凡諾夫公式、工程新聞修正公式、海利公式和廣東打沉管灌注樁公式等。上述經(jīng)驗公式是根據(jù)功能原理和實驗推導出來的，適用對象為預制樁(包括鋼管樁);而灌注樁與預制樁在施工方法上有很大區(qū)別，如果套用上述經(jīng)驗公式設計灌注樁的貫入度，顯然是不恰當?shù)?。在工程實踐上，這種方法往往偏于安全，結果是使工程成本增加。
3工程實例
本例為東莞某學校的樁基實際工程。該小區(qū)位于東江形成的三角洲平原，屬于沖積地貌，地形平坦，場地土層分層描述如表1。
設計要求采用錘擊沉管灌注樁，樁端以中細砂層上部為持力層，樁長L=22m(從場地地坪算起)，樁徑ø=480mm，單樁承載力標準值為600kN。
沉管貫入度計算：
(1)格氏公式
式中e --打樁最后階段平均每錘的貫入度，cm;
n --樁及樁墊材料系數(shù)，無樁墊時，n=0。5;
ε --恢復系數(shù)，無樁帽時ε2=0。25;
Q --錘重，kN;
q --樁、樁帽、樁錘的非沖擊部分重量，kN;
H --落錘高度，cm;
A --樁的橫截面積，cm2;
m --安全系數(shù)，永久建筑為2;
Rk --單樁承載力標準值，kN。
根據(jù)現(xiàn)場設備情況和設計要求，有關參數(shù)取值為：
Q=30kN, q=26kN,A =1。810cm2，H=100×0。8=80cm，Rk=600kN
將有關數(shù)據(jù)代入格氏公式后得：
e=0。54cm/擊
(2)廣東打沉管灌注樁公式
式中 e--打樁最后階段平均每錘的貫入度，cm;
Q--錘重，kN;
H--落錘高度，m;
A--參數(shù)，樁徑ø=480mm, A=9;
B--參數(shù)，樁徑ø=480mm, B=120;
N --總錘數(shù)，此時取800錘;
Rk--單樁承載力標準值，kN。
將有關數(shù)據(jù)代入廣東打沉管灌注公式后得：
e=0。18cm/擊
由上述計算結果可知，廣東公式要求較之更加嚴格。該地成功經(jīng)驗為：對于樁徑ø=480mm、設備錘重為30kN、設定錘落距為1。0m情況，最后三陣錘擊，每陣10錘，貫入度<6cm。綜合考慮計算結果和當?shù)爻晒?jīng)驗，設計規(guī)定，最后三陣錘擊，要求貫入度控制在6cm/10擊以下。
但在實際施工中，樁管打至設計標高時，大部分樁貫入度都超過了設計要求，個別樁多達22～50cm/10錘，距設計要求相差很大。為了減小貫入度，對于部分貫入度較大的樁采用了灌砂復打，擠密砂土的新方法。考慮到本小區(qū)樁基工程量大，基樁總數(shù)約為3 000余根，為了工程安全和節(jié)省投資，并為后續(xù)施工提供依據(jù)，為此對貫入度較大的以及經(jīng)灌砂復打的樁，選擇了6根樁進行了靜載測試，有關數(shù)據(jù)如表2、3。
因為此次靜載測試目的并不是做樁的破壞試驗，所以最大試驗荷載以滿足設計要求為限。至最大試驗荷載時，沒有出現(xiàn)極限特征。
從測試試驗結果看出：(1)該地區(qū)的灌注樁沉管貫入度實際值是設計值的2～8倍(至設計標高時)，這時即使不加長樁長或復打，樁的承載力也完全能達到設計要求。可見貫入度設計值偏小。(2)對于貫入度特別大的3號樁，經(jīng)灌砂復打，測試結果表明，樁的承載力也能達到設計要求，且最大沉降量仍未超過規(guī)范極限值?？梢?，若嚴格控制貫入度不甚合理，
分析其原因有以下幾點：
(1)由于構造上的原因，錘擊式沉管灌注樁的預制樁靴比樁管外徑大6～8cm，施工時，土對樁管的擠壓力減少使樁管下沉阻力減少，因而使沉管貫入度增大。
(2)成樁后灌注樁的實際樁徑往往比管徑大6%～7%，這是因為樁靴直徑較大所致。由于實際樁徑擴大使得樁的承載力相應增加，因此盡管施工時的貫入度相對較大，但靜載試驗加載至最大荷載時沉降量仍然較小。
(3)灌注樁的實際樁身表面是凹凸不平的，樁身混凝土與周圍土互相咬合，致使土的摩阻力較預制樁大，且施工時樁管的摩阻力小于成樁后的摩阻力。
(4)沉管時由于連續(xù)錘擊震動，土體內摩擦角變化很大。而在樁身灌注混凝土28天后，進行靜載試驗時，土體結構基本穩(wěn)定，承載力有一定幅度提高。
(5)灌砂復打對樁周土和樁端土進行了擠密，使樁側摩阻力提高，樁端土的強度提高。
(6)打樁公式適用于預制樁和鋼管樁估算其打樁阻力，將它用于沉管貫入度的計算只是權宜之計。經(jīng)過綜合分析試驗結果，以及其成因分析，認為可以適當加大貫入度的設計值。為了安全起見，后續(xù)樁的貫入度控制在2倍設計值范圍內;個別貫入度較大的樁，采用灌砂復打的方法，將其控制在相同范圍內。該項工程竣工已近6年，運行正常。這說明當時貫入度控制原則是安全合理的。
4結論
(1)對于砂土地基，采用灌砂復打，充分利用其擠密效應，是一種經(jīng)濟有效地減小貫入度的方法。
(2)簡單套用現(xiàn)有的打樁動力公式設計沉管貫入度，有時與工程實際情況不符，將造成工程浪費。
(3)灌注樁貫入度作為一項設計施工指標，應該加以控制，但是應該避免盲目性。在無現(xiàn)場試驗確定單樁承載力的情況下，可以采用這樣的方法：在地質鉆探孔附近，土層分布和各土層的物理力學指標比較準確，宜先在此打樁，仔細做好記錄，在設計標高附近一定范圍內準確測量每10擊的貫入度。綜合分析貫入度的現(xiàn)場施工記錄、設計值，以及當?shù)爻晒?jīng)驗，調整實施的貫入度值，以盡可能地使貫入度控制值趨于合理。
參考文獻
[1]中國建筑科學研究院。建筑樁基技術規(guī)范(JGJ94-94)[S]。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1995
[2]中華人民共和國城鄉(xiāng)建設環(huán)境保護部。建筑地基基礎設計規(guī)范(GBJ7-89)[S]。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1989。
[3]陳載賦。鋼筋混凝土建筑結構與特種結構手冊[M]。成都：四川科學技術出版社，1994。
[4]J E 波勒斯。基礎工程分析與設計[M]。北京：中國建筑工業(yè)出版社，1987。
