根据录入的计算公式计算_预制桩极限承载力标准值快速计算方法研究

　　摘 要&＃xff1a;以《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中单桩竖向极限承载力的原位测试法计算理论为基础&＃xff0c;借助常见的Excel电子表格&＃xff0c;仅仅需要人工输入几个必需的原始数据&＃xff0c;从根本上减化了人工逻辑判断和数值计算的工作量&＃xff0c;极大地提高了判断与计算的准确性和效率。　　关键词&＃xff1a;静力触探&＃xff1b;单桥&＃xff1b;双桥&＃xff1b;极限承载力&＃xff1b;逻辑判断&＃xff1b;计算　　1 引言　　混凝土预制桩广泛地应用于一般粘性土、软土、黄土和砂土地区的市政、公路等土木工程中&＃xff0c;如何初步地估算出混凝土预制桩的极限承载力标准值&＃xff0c;更好地服务于桩基础的设计工作&＃xff1f;静力触探(单桥法、双桥法)是目前比较常用的原位测试方法。但是该方法在测试数据的逻辑判断和数值计算的工作量相当大&＃xff0c;必须考的限制因素很多&＃xff0c;工程技术人员稍不留神&＃xff0c;就会在繁杂的、重复的计算过程中走入误区&＃xff0c;导致计算的偏差和错误。本文主要就是利用Excel电子表格的逻辑判断功能和数值计算功能&＃xff0c;根据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)中单桩竖向极限承载力的原位测试法数据计算处理标准&＃xff0c;实现了混凝土预制桩的极限承载力标准值的原始数据录入、中间过程自动计算、计算结果清晰呈现。　　2 单桥静力触探法计算的规范依据　　Quk&＃61;Qsk&＃43;Qpk&＃61;u∑qsikli&＃43;αpskAp

　　当psk1≤psk2时

　　psk&＃61;(psk1&＃43;βpsk2)/2　　

　　当psk1&＃xff1e;psk2时

　　psk&＃61;psk2

　　式中字母变量含义　　Qsk、Qpk──分别为总极限侧阻力标准值和总极限端阻力标准值&＃xff1b;
　　u──桩身周长&＃xff1b;
　　qsik──用静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i层土的极限侧阻力&＃xff0c;按照图1折线取值&＃xff1b;
　　li──桩周第i层土的厚度&＃xff1b;
　　α──桩端阻力修正系数&＃xff0c;可按表1取值&＃xff1b;
　　psk──桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值(平均值)&＃xff1b;
　　Ap──桩端面积&＃xff1b;
　　β──折减系数&＃xff0c;按表2选用&＃xff1b;
　　psk1──桩端全截面以上8倍桩径范围内的比贯入阻力的平均值&＃xff1b;
　　psk2──桩端全截面以下4倍桩径范围内的比贯入阻力的平均值&＃xff0c;如桩端持力层为密实的砂土层&＃xff0c;其比贯入阻力的平均值超过20MPa时&＃xff0c;则需要乘以表3中系数C予以折减后&＃xff0c;再计算psk&＃xff1b;

表1 桩端阻力修正系数α

　　注&＃xff1a;桩长15m≤l≤30m&＃xff0c;α值按l值直线内插&＃xff0c;l为桩长(不包括桩尖高度)。

表2 折减系数β(可内插)

表3 系数C(可内插)

表4 系数ηs值

图1 qsk-ps曲线图

　　注&＃xff1a;1)图中直线A(线段gh)适用于地表下6m范围内的土层&＃xff1b;折线B(线段oabc)适用于粉土及砂土土层以上(或无粉土及砂土土层地区)的粘性土&＃xff1b;折线C(线段odef)适用于粉土及砂土土层以下的粘性土&＃xff1b;折线D(线段oef)适用于粉土、粉砂、细砂及中砂。
　　2)psk为桩端穿过的中密-密实砂土、粉土的比贯入阻力平均值&＃xff1b;psl为砂土、粉土的下卧软土层的比贯入阻力平均值。
　　3)当桩端穿过粉土、粉砂、细砂及中砂层底面时&＃xff0c;折线D(线段oef)估算的qsik值需乘以表4中的系数ηs值。
　　4)单桥探头的圆锥底面积为15cm2&＃xff0c;锥角60°&＃xff0c;底部带7cm高滑套。3 双桥静力触探法计算的规范依据　　Q_uk&＃61;Q_sk&＃43;Q_pk&＃61;u∑l_iβ_if_si&＃43;αq_cA_p

　　f_si──第i层土的探头平均侧阻力(kpa);q _c──桩端平面上下探头阻力&＃xff0c;取桩端平面以上4d(d为桩的直径或边长)范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值(kpa)&＃xff0c;然后再和桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均&＃xff1b;
　　α──桩端阻力修正系数&＃xff0c;对于粘性土、粉土取2/3&＃xff0c;饱和砂土取1/2&＃xff1b;β_i──第i层土桩侧阻力综合修正系数&＃xff0c;粘性土、粉土&＃xff1a;β_i&＃61;10.04(f_si)^-0.55&＃xff1b;砂土&＃xff1a;β_i&＃61;5.05(f_si)^-0.45&＃xff1b;
　　双桥探头的圆锥底面积为15cm²&＃xff0c;锥角60°&＃xff0c;摩擦套筒高21.85cm&＃xff0c;侧面积300cm²。　4 Excel电子表格的编写　　4.1编写的Excel电子表格包括原始数据采集、过程数据计算、目标计算结论三大部分&＃xff0c;工程技术人员只需要将原始数据填入制定的空格中&＃xff0c;就可以一目了然地看到最终结论。
　　4.2单桥法
　　4.2.1单桥法需要录入的原始数据
　　桩径d&＃xff1b;桩长L&＃xff1b;地面高程&＃xff1b;承台埋深&＃xff1b;第一、二、三、四、五层土的底面高程&＃xff1b;第一、二、三、四、五层土的类别代码(粘土-1&＃xff1b;粉土-2&＃xff1b;粉砂-3&＃xff1b;细砂-4&＃xff1b;中砂-5)&＃xff1b;穿越第一、二、三、四、五层土的比贯入阻力p_si。
　　4.2.2单桥法自动计算的过程数据
　　桩端高程&＃xff1b;桩端面积&＃xff1b;桩身周长&＃xff1b;桩端以下4d处高程&＃xff1b;桩端以上8d处高程&＃xff1b;p_sk1&＃xff1b;p_sk2&＃xff1b;p_sk2/p_sk1&＃xff1b;α&＃xff1b;β&＃xff1b;c&＃xff1b;下卧层比贯入阻力p_skl&＃xff1b;p_sk/p_skl&＃xff1b;η_s&＃xff1b;第一、二、三、四、五层土的极限侧阻力q_sik&＃xff1b;∑q_sik·Li。　　4.2.3单桥法目标计算结论
　　总极限侧阻力标准值Q_sk&＃xff1b;总极限端阻力标准值Q_pk&＃xff1b;极限承载力标准值Q_uk。
　　4.3双桥法
　　4.3.1双桥法需要录入的原始数据
　　桩径d&＃xff1b;桩长L&＃xff1b;地面高程&＃xff1b;承台埋深&＃xff1b;第一、二、三、四、五层土的底面高程&＃xff1b;第一、二、三、四、五层土的类别代码(粘土-1&＃xff1b;粉土-2&＃xff1b;粉砂-3&＃xff1b;细砂-4&＃xff1b;中砂-5)&＃xff1b;第一、二、三、四、五层土的平均侧阻力fsi&＃xff1b;第一、二、三、四、五层土的探头阻力q_ci。
　　4.3.2双桥法自动计算的过程数据
　　桩端高程&＃xff1b;桩端面积&＃xff1b;桩身周长&＃xff1b;桩端以上4d处高程&＃xff1b;桩端以下1d处高程&＃xff1b;承台底面高程&＃xff1b;桩端高程&＃xff1b;桩端以上4d处比贯入阻力q_c1&＃xff1b;桩端以下1d处比贯入阻力q_c2&＃xff1b;桩端修正系数α、桩侧综合修正系数β&＃xff1b;p_sk1&＃xff1b;p_sk2&＃xff1b;p_sk2/p_sk1&＃xff1b;第一、二、三、四、五层土的 α_i、β_i、c_i&＃xff1b;∑f_si·L_i·β_i。　　

　　4.3.3双桥法目标计算结论
　　总极限侧阻力标准值Q_sk&＃xff1b;总极限端阻力标准值Q_pk&＃xff1b;极限承载力标准值Q_uk。
　　4.4计算公式编写关键要点解释说明
　　4.4.1单桥法桩端以上8倍桩径范围比贯入阻力p_sk1的计算公式&＃xff0c;应按照以下15种情况进行计算&＃xff1a;(1)第一土层层底高程h₁(第二土层层底高程h₂&＃xff0c;依次类推)≤桩端高程H(以下简称H)&＃xff1b;(2) h₁&＃xff1e;H且 h₁≤桩端以上8倍桩径处高程H1(以下简称H₁)&＃xff1b;(3)h₁、h₂都在H且于H₁之间&＃xff1b;(4)h₁、h₂、h₃都在H且于H₁之间&＃xff1b;(5)h₁、h₂、h₃、h₄都在H且于H₁之间&＃xff1b;(6)h₁≥H₁且h₂≤H&＃xff1b;(7)h₁≥H₁且H&＃xff1c;h₂≤H₁&＃xff1b;(8)h₁≥H₁且h₂、h₃都在H与H₁之间&＃xff1b;(9)h₁≥H₁且h₂、h₃、h₄都在H与H₁之间&＃xff1b;(10)h₂≥H₁且h₃≤H&＃xff1b;(11)h₂≥H₁且H&＃xff1c;h₃≤H₁&＃xff1b;(12)h₂≥H₁且h₃、h₄都在H与H₁之间&＃xff1b;(13)h₃≥H₁且h₄≤H&＃xff1b;(14)h₃≥H₁且H&＃xff1c;h₄≤H₁&＃xff1b;(15)h₄≥H₁且h₅≤H。
　　4.4.2单桥法桩端以下4倍桩径范围比贯入阻力p_sk2的计算公式&＃xff0c;应按照以下15种情况进行计算&＃xff1a;(1)第一土层层底高程h₁(第二土层层底高程h₂&＃xff0c;依次类推)≤桩端以下4倍桩径处高程H₂(以下简称H₂)&＃xff1b;(2) H₂&＃xff1c;h₁≤桩端高程H&＃xff1b;(3)h₁、h₂都在H且于H₂之间&＃xff1b;(4)h₁、h₂、h₃都在H且于H₂之间&＃xff1b;(5)h₁、h₂、h₃、h4都在H且于H₂之间&＃xff1b;(6)h₁≥H且h₂≤H₂&＃xff1b;(7)h₁≥H且H₂&＃xff1c;h₂≤H&＃xff1b;(8)h₁≥H且h₂、h₃都在H与H₂之间&＃xff1b;(9)h₁≥H且h₂、h₃、h₄都在H与H₂之间&＃xff1b;(10)h₂≥H且h₃≤H₂&＃xff1b;(11)h₂≥H且H₂&＃xff1c;h₃≤H&＃xff1b;(12)h₂≥H且h₃、h₄都在H与H₂之间&＃xff1b;(13)h₃≥H且h₄≤H₂&＃xff1b;(14)h₃≥H且H₂&＃xff1c;h₄≤H&＃xff1b;(15)h₄≥H且h₅≤H₂。
　　4.4.3单桥法计算公式中的桩端阻力修正系数αi、折减系数βi、系数ci、系数ηs都可以根据对应的参数进行内插确定。
　　4.4.4单桥法各土层的极限侧阻力q_sk&＃xff0c;以q_sk-p_s曲线图为基础&＃xff0c;根据土层的类别、与该土层相关联的上下土层类别、该土层比贯入阻力p_s分布区段等限制因素&＃xff0c;分各种不同的组合情况进行讨论计算。
　　4.4.5单桥法的∑f_si·L_i·β_i计算按以下25种情况分别进行计算&＃xff1a;(1)h1≤H&＃xff1b;(2)H&＃xff1c;h1≤地面以下6m处高程H6(以下简称H6)&＃xff1b;(3)h1、h2都在H与H6之间&＃xff1b;(4)h1、h2、h3都在H与H6之间&＃xff1b;(5)h1、h2、h3、h4都在H与H6之间&＃xff1b;(6)H6&＃xff1c;h1&＃xff1c;承台底高程H3(以下简称H3)&＃xff0c;且h2≤H&＃xff1b;(7)H6&＃xff1c;h1&＃xff1c;H3&＃xff0c;且H≤h2≤H6&＃xff1b;(8)H6&＃xff1c;h1&＃xff1c;H3&＃xff0c;且h2、h3都在H与H6之间&＃xff1b;(9)H6&＃xff1c;h1&＃xff1c;H3&＃xff0c;且h2、h3、h4都在H与H6之间&＃xff1b;(10)h1、h2都在H6与H3之间&＃xff0c;且h3≤H&＃xff1b;(11)h1、h2都在H6与H3之间&＃xff0c;且H≤h3≤H6&＃xff1b;(12)h1、h2都在H6与H3之间&＃xff0c;且h3、h4都在H与H6之间&＃xff1b;(13)h1、h2、h3都在H6与H3之间&＃xff0c;且h4≤H&＃xff1b;(14)h1、h2、h3都在H6与H3之间&＃xff0c;且H≤h4≤H6&＃xff1b;(15)h1、h2、h3、h4都在H6与H3之间&＃xff0c;且h5≤H&＃xff1b;(16)H3&＃xff1c;h1&＃xff1c;H0&＃xff0c;且h2≤H&＃xff1b;(17)H3&＃xff1c;h1&＃xff1c;H0&＃xff0c;且H6≤h2≤H&＃xff1b;(18)H3&＃xff1c;h1&＃xff1c;H0&＃xff0c;且h2、h3都在H6与H之间&＃xff1b;(19)H3&＃xff1c;h1&＃xff1c;H0&＃xff0c;且h2、h3、h4都在H6与H之间&＃xff1b;(20)H3&＃xff1c;h1&＃xff1c;H0&＃xff0c;H6≤h2≤H3且h3≤H&＃xff1b;(21)H3&＃xff1c;h1&＃xff1c;H0&＃xff0c;H6≤h2≤H3且H≤h3≤H6&＃xff1b;(22)H3&＃xff1c;h1&＃xff1c;H0&＃xff0c;H6≤h2≤H3且h3、h4都在H与H6之间&＃xff1b;(23)H3&＃xff1c;h1&＃xff1c;H0&＃xff0c;h2、h3都在H6与H3之间且h4≤H&＃xff1b;(24)H3&＃xff1c;h1&＃xff1c;H0&＃xff0c;h2、h3都在H6与H3之间&＃xff0c;且H≤h4≤H6&＃xff1b;(25)H3&＃xff1c;h1&＃xff1c;H0&＃xff0c;h2、h3、h4都在H6与H3之间&＃xff0c;且h5≤H。
　　4.4.6双桥法的Excel电子表格的编写方法与单桥法完全类似&＃xff0c;因为土层平均侧阻力f_si为原始数据&＃xff0c;无需换算&＃xff0c;因此较单桥法简单一些&＃xff0c;在此不再赘述。
　　4.4.7Excel电子表格编写的主要核心在于逻辑判断与计算&＃xff0c;以下仅举一例说明&＃xff1a;&＃61;IF(D3<15,0.75,IF(AND(D3>&＃61;15,D3<&＃61;30),0.6&＃43;D3/100,0.9))。
　　电子表格中D行3列为输入的桩长L原始数据值&＃xff0c;根据桩长内插计算得到桩端阻力修正系数α&＃xff0c;当存在多个限制条件时&＃xff0c;可采用AND语句来实现。
　　4.4.8当存在多种情况&＃xff0c;IF语句嵌套层次超过7层时&＃xff0c;可以将IF语句分成多组&＃xff0c;每组不超过7次嵌套&＃xff0c;不符合条件的计算值为零&＃xff0c;最后将每个组的结果累加起来&＃xff0c;因为只有一个与实际情况相符&＃xff0c;该项计算值非零&＃xff0c;其他情况都为零&＃xff0c;因此每个组的结果累加值即为符合条件的计算值。这样就有效地解决了嵌套层次超过7层的矛盾。5 电子表格算例　　5.1单桥法算例

　　将以上已知的原始数据录入到单桥法电子表格中&＃xff0c;马上可以得到总极限侧阻力标准值Q_sk&＃61;1807.0kN&＃xff1b;总极限端阻力标准值Q_pk&＃61;1582.8kN&＃xff1b;极限承载力标准值Q_uk&＃61;3389.8kN&＃xff0c;与手工计算结论相同。

　　5.2双桥法算例

　　将以上已知的原始数据录入到双桥法电子表格中&＃xff0c;马上可以得到总极限侧阻力标准值Q_sk&＃61;2117.7kN&＃xff1b;总极限端阻力标准值Q_pk&＃61;904.8kN&＃xff1b;极限承载力标准值Q_uk&＃61;3022.5kN&＃xff0c;与手工计算结论相同。　6 结论　　通过以上方法编制的Excel电子表格&＃xff0c;可以对单桥法、双桥法原位测试数据进行快速计算处理&＃xff0c;准确、快捷地估算混凝土预制桩的单桩极限承载力标准值。参考文献　　中华人民共和国行业标准.JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》.中华人民共和国住房和城乡建设部.

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来源&＃xff1a;基础工程咨询

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