建筑、公路、铁路钻（挖）孔灌注桩竖向承载力计算方法比较

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     建筑桩基技术规范经验参数法单桩竖向极限承载力标准值、公路桥涵地基与基础设计规范钻（挖）孔灌注桩的承载力特征值、铁路桥涵地基与基础设计规范钻（挖）孔灌注桩的容许承载力比较

一、深层平板载荷实验结果是地基承载力特征值还是桩端阻力特征值；

《建筑地基基础设计规范》附录D的“深层平板载荷试验”、《岩土工程勘察规范》的“深层平板载荷试验”和《高层建筑岩土工程勘察规程》的“大直径桩端阻力荷载试验”，这三本规范所规定的试验方法和试验条件都是一致的，仅在试验成果的表达上存在一些差别。这类试验的共同特点是在压板四周没有相当于一倍压板宽度的临空面，因此其试验结果包含了压板四周超载的影响（A类试验）；另一类试验虽然也可能是在基坑的底部或者人工挖孔桩的底部进行的平板载荷试验，因此有人也称其为“深层平板载荷试验”，但这种试验的试坑底部在压板的四周保持一倍压板宽度的临空面，与浅层的平板载荷试验的条件一样，这类试验不能反映超载对试验结果的影响（B类试验）。A类试验用于检测桩端阻力是合适的，如果在浅层，作为浅基础地基的持力层试验时，其结果当然也可以作为浅基础的地基承载力特征值使用，但已经包括了超载的影响，使用时不应再进行深度修改。

A类试验实例：

挖孔桩深13m，孔底土为黏土混角砾，勘察报告中该土层承载力特征值fak=240Kpa，桩端端阻力特征值qPa=1200Kpa，经孔底深层平板载荷试验得该土层承载力特征值880Kpa（极限1760/2=880），检测人员认为孔底深层平板载荷试验得该层土承载力特征值880Kpa就是桩端端阻力特征值，是模拟桩载荷试验得出的。分析：从试验数据来看，如果没有超载的影响，试验得到的地基承载力特征值是不可能那么大的，试验结果是桩端端阻力特征值。

B类试验实例：

人工挖孔桩，单桩最大荷载2900KN，桩径800~1000mm，扩底直径1700~3000mm，桩端持力层为第3层粉土层，该层土地质报告提供的承载力特征值为190Kpa，桩端端阻力特征值为1300Kpa。单桩荷载较大，静载试验有一定的难度，甲方与基桩检测部门未通知设计单位采用深层平板荷载试验检测，承压板为圆形，直径0.8m，压板面积0.5m*m。共做了6台试验，其中试验最大试验荷载为380Kpa时的最大沉降12.7mm,s/b=0.015。结论认为：该场地桩端持力层地基土极限承载力为380Kpa，特征值190Kpa，本场地桩端土层的变形模量33.2Mpa；结合本场地该土层的物理力学指标得到该土层的桩端承载力特征值大于1300Kpa，满足设计要。分析：扩底尺寸1.7~3.0m，孔底自由土面的直径与压板直径之比为2.1~3.5，在压板周围没有足够的超载来反映桩侧土层的作用，它实际是在桩端标高处做的浅层平板载荷试验，是常规的平板载荷试验，只能测定浅基础的地基承载力，而不能用于确定桩端阻力。

桩端阻力的确定可在没有将桩头扩大以前，采用与孔的直径相同的压板进行试验，能反映土层超载影响，所得结果地基承载力特征可近似认为是桩端端阻力特征值（试验条件与桩的工作条件存在差别，主要是试验时孔壁是临空的，而桩侧壁的作用是限制土体的变形，在桩与土体之间产生法向力和剪力，其结果会增大桩端阻力）。

二、桩端阻力特征值与极限端阻力标准值之间的关系:

               

         

         

上述两本规范的条文对比，发现《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）规定的桩端阻力特征值、桩侧阻力特征值，与《建筑桩基技术规范》所提供的桩的极限端阻力标准值及桩的极限侧阻力标准值之间只能存在着下列的相应关系：

这说明建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）的桩基设计方法是建立在桩端阻力和桩侧阻力同步发挥的假定基础上。近年桩的荷载传递机理的试验研究证明：桩端阻力和桩侧摩阻力实际上并不是同步发挥的。试验表明：桩侧发挥极限摩阻力所需要的位移很小，黏性土1~3mm，无黏性土为5~7mm；中长桩（L/d=25）除支承于岩石的桩外，其余各桩（桩端持力层为卵石、砾石、粗砂或者残积粉质黏土）在设计工作荷载下，端承载力都小于桩顶荷载的10%，在桩的工作状态下：桩端阻力的安全系数Kb大于2.0而桩侧摩阻力的安全系数Kf小于2.0；桩端阻力和桩侧摩阻力取用不同的安全系数的建议如下表：

桩 型	桩端阻力的安全系数Kb	桩侧摩阻力的安全系数Kf
打入桩	2.6	1.9
钻孔桩	5.8	1.7

桩端阻力存在临界深度：桩端进入均匀持力层的深度h小于某一深度时，其极限端阻力一直随深度线性增加；当进入深度大于特定深度后，极限端阻力基本保持恒定不变，该深度称为端阻力的临界深度，该恒定极限端阻力为端阻稳定值。端阻稳定值一定的条件下：临界深度随覆盖压力（包括持力层上覆土层自重和地面荷载）的增大而减小，砂与碎石土的临界深度3~10倍桩径，随密度的提高而增大，粉土、黏性土的临界深度为2~6倍桩径，随土的孔隙比和液性指数的减小而增大；端阻稳定值与覆盖层厚度无关。

三、地基承载力特征值与极限桩端阻力之间的关系；

地基承载力和极限桩端阻力都是属于地基的承载能力课题，应力条件和边界条件不相同。极限桩端阻力是深基础的承载能力的一部分，但它和桩侧摩阻力是相互影响、共同作用的。深基础和浅基础承载机理的分析间下图：

从图可见，浅基础下地基的破坏面发展到地面，而深基础下地基的破坏面不发展到地面，在土体中形成犁头形，在深基础的侧面上构成法向压力和摩擦力，上覆土层并不直接影响到破坏面。在实用上对浅基础的破坏模式作了进一步的简化，地基滑动面只发展到基础底面标高，在分析力系中，不考虑基础底面标高以上土的抗剪强度，也不考虑基础侧面土的法向力和摩擦力。将基础底面标高以上土的作用仅考虑为超载的作用，当作堆放在基础两侧的重物。这些简化对于浅基础来说是容许的，也是偏于安全的。桩端阻力可以作为深基础来分析，分析时应考虑基础底面标高以上（即桩长部分）土的抗剪强度，也必须考虑土与桩的侧面之间摩擦力对端阻力的影响。

目前的规范所采用的对浅基础地基承载力的深度修正方法，是建立在浅基础地基承载力理论的基础上。与深基础的破坏机理有明显的差异，将浅基础的方法用于确定桩端阻力是不适合的（采用深度修正方式）。为了测定桩端以下土的极限端阻力，可以做深层平板载荷试验，用明德林课题进行分析，压板的直径应与孔径一致，这种试验可以反映超载的影响（试验条件与桩的工作条件存在差别，主要是试验时孔壁是临空的，而桩侧壁的作用是限制土体的变形，在桩与土体之间产生法向力和剪力，其结果会增大极限桩端阻力）。

四、建筑、公路、铁路钻（挖）孔灌注桩竖向承载力计算方法比较

《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008

根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系计算单桩竖向极限承载力，核心问题是经验参数的收集，统计分析，力求涵盖不同的桩型、地区、土质，具有一定的可靠性和较大使用性，《建筑桩基技术规范》采用极限端阻力标准值计算端阻。

《公路桥涵地基和基础设计规范》JTG3363-2019

         

《公路桥涵地基和基础设计规范》

上式采用修正后的桩端承载力特征值计算桩端阻力，地面线或局部冲刷线以下桩长最大值40m，桩端持力层分别为碎石土、砂土时，规定了桩端承载力特征值上限。

         

         

《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10093-2017

钻（挖）孔灌注桩的轴向受压容许承载力应按下式计算：

《铁路桥涵地基和基础设计规范》条文说明：根据古典承载力理论，认为土的承载力随覆盖压力的增加而增大；实验证明：观测到桩的端阻先随压入深度而增加，但当压入深度超过“临界深度”后，端阻基本保持为一常数，即所谓极限端阻，它不再随压入深度而增加。为达到极限端阻，桩进入该土层的深度必须超过某一“临界深度”，小于临界深度时，端阻随进入该土层的深度而增加。上式桩底地基土的容许承载力采用地基基本承载力加深度修正方法计算，地面线或局部冲刷线以下桩长最大值取10桩径。

5、结论：

    《建筑桩基技术规范》经验参数法计算单桩竖向极限承载力标准值、《公路桥涵地基与基础设计规范》公式计算钻（挖）孔灌注桩的承载力特征值、《铁路桥涵地基与基础设计规范》公式计算钻（挖）孔灌注桩的容许承载力：均有相应的理论依据与大量的工程试桩数据，计算方法相似。
     《建筑桩基技术规范》经验参数法计算公式简便具有一定的可靠性和较大使用性；《公路桥涵地基与基础设计规范》公式计算钻（挖）孔灌注桩采用修正后的桩端承载力特征值计算桩端阻力，修正公式与《建筑地基基础设计规范》GB5007-2011公式5.2.4相似；《铁路桥涵地基与基础设计规范》公式计算钻（挖）孔灌注桩，桩底地基土的容许承载力采用地基基本承载力加深度修正方法计算，桩长小于4d时修正公式与《建筑地基基础设计规范》GB5007-2011公式5.2.4一致，桩长大于4d时采用固定修正值加K2＇(h-4d）方式计算。
      三种计算方法本质还是采用深层平板载荷试验与明德林课题分析相结合的经验公式，仅用于估算桩的承载力，工程桩的竖向承载力均应以静载试验为准。