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中外标准体系下桩基侧摩阻力计算方法对比分析 尚 涛1，李晓辉2（1.中国路桥工程有限责任公司，北京 100011；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220）摘要：本文以实际工程的桥梁勘察设计为例，在介绍欧、美、中三种标准体系下桩基侧摩阻力计算方法流程的基础上，分别采用欧标体系下的旁压测试方法、美标体系下标准贯入和室内试验方法及中标体系下标准贯入和室内试验方法对桩基侧摩阻力进行了计算。通过不同体系下桩基侧摩阻力计算的对比分析，为以后在欧、美规范的执行国别实施类似桥梁项目提供借鉴。关键词：桩基；侧摩阻力；标准体系；勘察设计；计算；研究 中图分类号：TU473.1+2 文献标识码：A 文章编号：1004-9592（2023）04-0046-04 DOI:10.16403/ki.ggjs20230410 Comparative Analysis for Calculation Methods of Pile Foundation Lateral Friction under Chinese and Foreign Standard Shang Tao1,Li Xiaohui2（1.China Road and Bridge Corporation,Beijing 100011,China;2.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.,Tianjin 300220,China）Abstract:In actual bridge survey and design projects,based on the introduction to the related calculation methods specified in European,American and Chinese standards,pile foundation lateral friction is calculated by using the lateral pressure test method in European standard,SPT and laboratory test methods in American standard and Chinese standard respectively.The comparative analysis result can provide a reference for similar bridge projects executed in the countries where European or American standards apply.Key words:pile foundation;lateral friction;standard system;survey and design;calculate;study 引引 言言 桩基侧摩阻力是桩顶受压之后桩侧表面发生的岩土阻力，是桥梁桩基计算时的重要指标，在垂直荷载作用下桩身各土层的极限摩阻力计算过程比较复杂1。该指标的获得，有时是根据原位测试手段来测试和计算获得，有时是通过取样试验获得岩土层的关键指标、进而计算或查表获得，方法不尽相同。本文以非洲某桥梁设计为例，采用欧、美、中三种标准体系中的不同方法，得出了桩基侧摩阻力，并进行了对比，研究了不同规范体系下桩基侧摩阻力计算方法及其特点。1 各标准体系下桩基侧摩阻力的计算方法各标准体系下桩基侧摩阻力的计算方法 针对不同的岩土层，欧、美、中规范标准体系中给出了不同的侧摩阻力计算方法，依托的手段也各有侧重。1.1 欧标体系下桩基侧摩阻力计算方法欧标体系下桩基侧摩阻力计算方法 对于勘察工作布置和岩土计算，欧洲规范在收稿日期：2021-12-01 作者简介：尚涛（1983-），男，硕士，高级工程师，主要从事中外公路、港口勘察设计研究工作。46Port,Waterway and Offshore Engineering 资料性附录中给出了较详细的设计指导2。欧标采用的原位测试手段中，旁压测试（PMT）是最经常使用的手段之一，旁压测试是利用仪器量测孔周和岩土体的径向压力与变形关系3，以取得岩土体力学、变形性质指标的原位测试方法。旁压试验在国内及美国应用并不广泛，但广泛用于欧盟地区4。根据梅纳德旁压测试结果计算桩基侧摩阻力，计算公式如下5：isiszqPQ （1）式中：P 为桩周长；Zi为地层 i的厚度；qsi为单位桩基侧摩阻力，根据表 1 中给出的地层 i结合桩基类型，按图 1选取。表表 1 单位侧摩阻力的设计曲线选择单位侧摩阻力的设计曲线选择 黏土及粉士 砂砾石 泥灰岩土体类型 A B C A B C A B 风化岩无护壁 1 1/2 1/2 3 4/56泥浆护壁 1 1/2 1/21 1/2 2/3 3 4/56临时套管 1 1/2 1/21 1/2 2/3 3 4 钻孔灌注桩 永久套管 1 1 1 1 1 2 2 3 挖孔灌注桩 1 2 3 4 5 6封闭钢管 1 2 2 2 2 3 3 4 4预制混凝土 1 2 2 3 3 3 3 4 4挤土桩 沉管灌注 1 2 2 2 2 3 3 4 低压 1 2 2 3 3 3 5 5 压浆桩 高压 1 4 5 5 5 6 6 6 7 图图 1 轴向加载桩的单位桩基侧摩阻力轴向加载桩的单位桩基侧摩阻力 旁压试验适用于各种土层、风化岩和软岩，对一些难以取样的半成岩同样使用6，但不适用于饱和软黏土。1.2 美标体系下桩基侧摩阻力计算方法美标体系下桩基侧摩阻力计算方法 美标在无粘性土层中基本按照标准贯入和静力触探试验进行原位测试并计算侧摩阻力，与中标不同的是要对标贯成果进行修正；在粘性土层中根据不排水剪切强度采用法来计算确定侧摩阻力7。sq(ksf)可取为：usSq （2）式中：5.2/5.1),5.1/(1.055.05.1/,55.0auauaupSpSpS Su为不排水剪切强度（ksf）；为 粘结因子（dim）；Pa为 大气压力（=2.12 ksf）；对于无粘性土，采用法确定无粘性土中的桩基侧摩阻力必须按下式计算：2.125.0,0.4vsq （3）其中，对于砂土：15,15)135.05.1(15,135.05.1606060NzNNz 式中：v为土层中间深度的竖向有效应力（ksf）；为荷载传递系数（dim）；Z为地表至地下土层中间处的深度（ft）；N60为通过能量损失修正的标准贯入试验锤击数8（见公式4）（blows/ft）：60.0)(06.00.26075.0NCCCENzRSBm （4）式中：N60为考虑60%能量效率的修正值；Em为落锤效率因子；CB为钻孔直径校正因子；CS为取样方式校正因子；CR为杆长校正因子；N为野外测试的原始击数。1.3 中标体系下桩基侧摩阻力计算方法中标体系下桩基侧摩阻力计算方法 中标的侧摩阻力计算属于经验法，建设类基础规范要求的工作流程是首先采用原位测试或室内试验方法获得岩土体参数，例如砂土的密实47 度、粘性土的液性指数等，之后通过查表法结合工程师判断来确定各土层侧摩阻力标准值，最后进行承载力计算9。另外国内大直径灌注桩承载力计算时须考虑桩基的尺寸效应10。2 不同标准体系下桩基侧摩阻力计算实例不同标准体系下桩基侧摩阻力计算实例 非洲某项目拟建桥梁跨径组成为113 m，“U”型台，桩基础。项目勘察工作在工程地质调查测绘的基础上进行了钻探和原位测试。勘察工作共完成工钻探孔2个，旁压试验（预钻式）2 处，每个土层进行了标准贯入试验，同时完成了相关的物理力学试验。项目地层情况共4层（未见地下水）：第一层为中砂砾：棕红色，软，厚 4.05 m，标贯击数 3；第二层黏土：灰黄色，软，厚 4.15 m，通过液塑限和含水量计算IL=0.54，旁压极限压PLM=0.63 MPa，c=13.5 kPa，=22.7；第三层为全风化硅质板岩：灰色浅灰色，厚度 7.40 m，标贯击数32，PLM=2.45 MPa；第四层为强风化硅质板岩：岩芯总体较破碎，为碎块状，厚度未揭穿，标贯击数为 42，PLM=5.55 MPa。本次计算取值均按照钻孔泥浆护壁桩考虑。2.1 采用欧标体系进行桩基侧摩阻力计算采用欧标体系进行桩基侧摩阻力计算 通过现场旁压试验得出极限压力PLM，根据土层性质和极限旁压值来确定曲线类型，再通过极限旁压值查曲线得出侧摩阻力，并采用公式（1）进行计算：第一层中砂，松散，PLM较小，因此不考虑侧摩阻力；第二层黏土PLM=0.63 MPa，按图1中的曲线1取值，查得该土层侧摩阻力为30 kPa；第三层全风化硅质板岩，按图1中的曲线3考虑，PLM=2.45 MPa，查得该土层侧摩阻力为 140 kPa；第四层强风化硅质板岩，按图1中的曲线6考虑,PLM=5.55 MPa，统一按照5 MPa考虑，查得该土层的侧摩阻力为300 kPa。2.2 采用美标体系进行侧摩阻力计算采用美标体系进行侧摩阻力计算 第一层中砂层为松散层，不考虑侧摩阻力；第二层黏土，根据强度指标以及实际土层围压计算得出不排水剪切强度Su=98.2 KPa，代入公式（2）求得该层侧摩阻力为54 KPa。第三层全风化层，标贯击数N=32，对标贯成果按照公式（4）和表2进行修正，查表得出各相关因子，Em=0.8，CB=1，Cs=1，CR=1，计算得N60=30；并计算得=1.6，qs=239 kPa。第四层强风化层，标贯N=42，同样采用公式（4）得出N60=40，z=16.6 m，计算得=1.5，代入计算得qs=362 kPa。2.3 采用中标进行侧摩阻力计算采用中标进行侧摩阻力计算 第一层中砂，标贯击数小于10，根据行业规范中关于密实程度的划分11，分类为松散，因此该层不考虑侧摩阻力；第二层黏土，通过液塑限和含水量计算液性指数IL=0.54，根据文献9，查表找出侧摩阻力范围，采用内插法得出侧摩阻力为70 kPa；第三层全风化硅质板岩，根据标贯击数及地层情况描述，按密实角砾来考虑最为符合，查表得出侧摩阻力为150 kPa；第四层强风化硅质板岩，根据标贯击数及地层情况描述，按密实碎石考虑，查表取侧摩阻力为220 kPa。2.4 三种标准体系下桩基侧摩阻力参数差异三种标准体系下桩基侧摩阻力参数差异 综合上述，将三种标准下桩基侧摩阻力参数对比如下：表表 2 不同标准体系下侧摩阻力参数不同标准体系下侧摩阻力参数 地层 名称 中标得出侧摩阻力/kPa 欧标得出侧摩阻力/kPa 美标得出侧摩阻力/kPa 中砂 0 0 0 黏土 70 30 54 全风化硅质板岩150 140 239 强风化硅质板岩220 300 362 通过对比可看出，在粘性土中，中标得出的侧摩阻力较高，但在风化层中侧摩阻力偏保守；欧标根据旁压试验得出的黏性土侧摩阻力指标偏保守；美标在风化岩中得出的侧摩阻力偏高。3 三种标准体系下的计算方法对比分析三种标准体系下的计算方法对比分析 总体而言，不同规范计算的结果存在的差异性较大，主要是各自侧重的勘察方法的适宜性造成，一般来说，原位测试得出的成果更客观精4849 确，但这种试验代价大，使其应用受到限制12。欧标多采用原位测试的方法，成员国中以法国为代表的国家更倾向于采用旁压试验手段，但该方法中由于限定了最大净极限压力和最大桩基侧摩阻力，对于硬岩极限侧摩阻力取值则偏于保守。美标则更倾向于利用标贯试验成果，但未考虑到标贯手段在风化岩层中的适宜性，以及标贯试验本身的操作误差，因此在原始数据获得中也需要注意标贯结果与实际出现偏差。中标在勘察工作中，选用勘察方法灵活，但应注意规范给出的是建议值范围，查表时会有个人主观因素影响；对于一些岩石的风化层，规范中未给出建议值，需要根据岩土性质和测试指标来套用其他相似岩土层。因此，在查表得出侧摩阻力时，应充分考虑岩土特性，结合室内试验和原位测试手段成果来综合确定侧摩阻力。另外需要注意的是：在中标的工作体系中，勘察和设计是相对独立的两项工作，由不同的部门或单位去完成，而中标的查表法给的是一个取值范围，因此在勘察阶段的数据处理工作过程中，就可能出现勘察人员不熟悉设计目的而将数据处理的过于保守的情况。而欧标美标的工作体系中，从岩土参数获取、到参数使用和设计，均是地质工程师来完成，这样得出的数据和设计成果就会更严谨。总之，如果在条件具备的情况下，采用多手段结合的方式来进行桥桩勘察（例如旁压+标贯+室内试验的综合勘察方案），相互验证，得出的侧摩阻力会更加客观。4 结结 语语 1）欧标体系下桩基侧摩阻力的计算，主要采用旁压测试手段，通过极限侧摩阻力通过查表、计算得出地层的侧摩阻力，使用该规范时应注意不同曲线对于地层的适宜性；2）美标体系下桩基侧摩阻力的计算，主要采用标贯试验等原位测试和抗剪强度试验等方法，分别计算得出地层的侧摩阻力，使用该规范时应注意标贯的适宜性；3）中标体系下桩基侧摩阻力的计算，主要采用多种原位测试和室内试验手段，获得地层的岩土特性，通过查表法得出地层的侧摩阻力，使用该规范时应注意查表时的主观误差；4）综合来看，桥桩勘察尽量采用原位测试手段，辅以室内试验，与经验法进行对比验证，从而使得桩基侧摩阻力计算成果更为精确。参考文献：参考文献：1 朱晓伟,朱尔玉,白正伟.大直径钻孔灌注桩作摩擦桩设计桩端阻力试验研究J.铁道建筑技术,2020,(6):53.2 张寒,李翔宇.中外桩基础承载力计算方法对比研究J.建筑科学,2020,(10):20.3 化建新,郑建国.工程地质手册M(第 5 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