中船第九设计研究院工程有限公司上海200063
摘要：本文从一个工程为例介绍了按新加坡基础规范进行桩基础设计的要点，介绍了普通打入桩的设计方法，并提出了一种负摩擦桩施工新方法，为相似工程提供设计施工参考。
关键词：新加坡规范；深厚砂层；负摩擦；桩基础。
1.规范体系
虽然在欧洲已大规模地启用欧洲标准来代替英国标准，但新加坡由于地域狭小、资源缺乏，忧患意识强，同时地处航运中心而经济发达，经济承受能力强，对工程质量要求高，故大都采用英标进行设计施工，要求取得较高的安全性，对混凝土和基础部分等通用工程设计施工内容出版新加坡标准，大多在英标基础上进行修订补充，有的较现行英标还要保守，如混凝土规范CP65①，基础规范CP4：2003②等，基础规范中桩基部分采用允许承载力和安全系数的概念。
2勘探
按新加坡标准，勘探布孔间距一般不大于50m，桩基设计主要以标贯SPT击数和取样中对土性的描述进行，牵涉到软土层的鉴别时，常常会运用带孔压测量的静力触探CPTU，与标贯结合使用效果好，标贯一般间距2m。新加坡标贯的技术参数与我国规范基本一致，锤重、落距和贯入深度都是一样的。
3桩基承载力
3.1桩基承载力公式（CP4-2003）
打入桩和灌注桩桩基承载力公式：
桩基承载力Qu=fsAs+qbAb
其中各参数根据标惯的经验取值如下：
侧阻力fs=KsN（N：标贯SPT击数）；
端阻力qb=Kb（40N）。
对于打入桩：Ks=2~5，fs≯200kPa；Kb=6~9，qb≯18MPa；
对于灌注桩：Ks=1.5~2.5，fs≯150kPa（较密实粘土）；
Ks=2~5，fs≯300kPa（密实胶结残积土）；
Kb=1~3，qb≯10MPa。
安全系数：抗压为2.5；抗拉为3.0。
3.2桩基负摩阻力公式
桩身穿过欠固结土层时，必须考虑负摩阻力，负摩阻力须与工作荷载加在一起验算桩身承载力。中性点深度根据桩属摩擦桩或端承桩，分别取Ln=0.6~1.0Ls，另外CP4-2003认为负摩阻力允许有个折扣系数η取0.67，在桩力较小又在高压缩性粘土层中时η一般取1。
Qal＝（Qb＋Qsp）/Fs≥Pc＋ηQsn
其中：Pc—上部结构传来的工作荷载；Qsn—负摩阻力，Qsn=ΣfsnAsn；Asn—发生负摩阻力的桩表面积；
fsn—单位面积的负摩阻力，对粘性土采用总应力法（α法），对无粘性土采用有效应力法（β法）。
α法：，α：系数；Cu：不排水剪强度。
β法：；K：侧压力系数，竖向有效应力，土与桩间外摩擦角。
对系数的取值可参考相关经典文献和论文，如美国NAVFAC7.2及《PILEDESIGNANDCONSTRUCTIONPRACTICE》第5版等。
3.3桩基础设计
按新加坡建设局（BCA）桩基指引要求③，设计图纸须对应钻孔，表述各分区桩长和对应钻孔，注明计算所用的锤重（一般为液压锤）、锤落距、压缩量、贯入度、设计桩长。图纸须明确按海利公式验收，监理须按图纸逐根旁站，逐根桩验收签字。对深送桩来说，万一在开挖面作试验桩承载力达不到要求，承包商就有大面积验收通不过的风险，所以在新加坡一般很少有深送桩施工。
设计复核：当偏位超过75mm，须补充结构计算，一般为重新建模计算内力，验算结构强度；另一种简化方式为用增加钢筋来解决桩移位造成的附加弯矩、剪力。
当桩长与原设计桩长误差超过20%时，必须向BCA补报桩基设计调整报告（DesignAmendmentReport）包括补勘，大应变，锤击数推断，并调整设计参数，申报设计修改待批准后实施，桩基施工完工后须向BCA报竣工图（AsBuiltDrawing），然后才能进行上部结构施工。
3.4桩基础施工验收
根据要求，每根桩施工时必须以实际桩长、锤重、跳高等参数按海利公式（HileyFormula）计算桩基承载力，按公式计算的承载力极限值需满足2倍的工作荷载。
3.5桩基础检测
按BCA要求，桩基检测标准要求如下：
A）极限破坏试验（2.5倍工作荷载）数量为0.5%，最少1根；
B）工作荷载试验（2.0倍工作荷载）数量为1%，最少2根；
C）大应变（PDA）试验数量为2%，最少2根。
以上这些比例是针对一般房屋建筑而言，对大型工程数量如某工程有桩2万根，按比例定试桩数偏多，对具体工程，极限试验有时不做，工作荷载试验数量双方商定，大应变一般为1%，发现问题桩另外增加检测桩数。
4工程实例
4.1正常桩设计
本工程为原始海床面经近几年填砂成陆，原始海床面平均为地面下30m深左右，填砂大部分为松散～中密的中粗砂，标贯在7～30击，海床面原淤泥层未被清除，故填砂后在局部位置形成深厚砂层下的淤泥层，被称之为海泥层（MarineClay），一般厚度为0~5m，标贯在0~3击，淤泥层下即为硬土层，一般为砂质粉土或粉质粘土，标贯在50~100击。
在正常地层即无海泥的区域，桩基采用混凝土预应力管桩，桩径600mm壁厚100mm，强度C80，采用9t液压锤，落距650mm，设计受压工作荷载160t，弯矩101kN-m，设计桩长为33m~38ｍ，一般按桩尖进入大于50击的硬土层1m考虑，按海利公式设计贯入度取3mm，经对比D600管桩压弯组合能力曲线判断，桩身符合要求。计算桩基承载能力时，侧阻力系数取Ks=3，端阻力系数Kb=8，按前述公式计算所得承载力均能满足要求，桩基经静载和大应变测试均符合承载力要求。
4.2负摩阻桩设计
对有海泥的区域：海泥实际为原始淤泥和填砂的混合物，样本中粘粒含量不大，含水量也不大，但具有软粘土的物理力学特征，须按软粘土考虑。
以本工程为例，在局部150ｍ长狭长带布有2排桩基，纵横向桩距为9ｍ和4.2ｍ，在此区域勘探出有海泥层，以代表性孔为例，海泥层位于地面下32~36ｍ，标贯击数为0击和1击，取不干扰样深度位于32.5ｍ，经对取样进行颗粒分析结果：砾2％，砂19％，粉78％，粘1％，室内试验得不排水强度Cu（UU）=41KPa，含水量29%，孔隙比e0=0.97，塑限42%，液限25%。对其进行一维固结试验，得前期固结压力Pc=150kPa，固结系数Cv=1.516，体积系数mv=0.346。根据计算，该软土层的固结度为39%，判断该层土属于欠固结土。
处理：按此层土为欠固结考虑，若未经地基处理，桩基必须考虑负摩阻力。若进行地基处理，采用堆载加排水板处理理论上可以达到固结，但存在如下缺点：排水板深度深机械重，设计排水板总数不多，机械进出场费摊销不经济；对周边工程施工干扰大；经排水板处理后打桩时一旦打不穿上部砂层，将面临追加辅助措施的风险。经综合考虑，决定放弃地基处理方案，而是在桩上做文章，以消除大部分摩阻力为出发点。
有文献表明在桩周涂上沥青层用以减摩，沥青的作用可减少摩阻力90％以上。现场经采用热涂沥青管桩试打，在经加水冲法、加桩靴等辅助措施下，均无法满足设计的基本要求－穿透32ｍ厚的砂层至海泥层，主要原因是砂层厚度大，总摩阻力大，必须改进施工方法。经研究，最后决定采用全长套筒预钻孔再锤击施打沥青涂层管桩来解决上述问题。桩仍采用直径600mm的管桩，热涂沥青涂层以消除摩阻力，涂层厚6mm，其中第一节6ｍ桩不涂沥青以保留正摩阻力，沥青表面涂有石灰层防晒，预钻孔用于解决桩基打到位的问题，同时保护打桩时砂层对沥青的磨损，全长套筒主要用于防止桩周的松砂坍方。
桩承载力采用有效应力法计算：砂层内摩擦角取Ф=32°，土与桩间外摩擦角δ'取2/3Φ=21.3°，取侧压力系数K=K0=1-sinФ=0.518，负摩阻力折减系数η＝0.67，中性点取海泥层层底，沥青层的减摩作用为减少90％，经按前述公式计算得设计负摩阻力为160kN，则总的工作荷载应为1600+160＝1760kN，相应的对600的管桩，仍采用9t的液压锤，落距提高到750mm，只需提高贯入度由3ｍｍ/击调整为2.0ｍｍ/击，承载力计算满足要求。
具体施工工序为打设套筒→取土→放桩→锤击成桩→拔套筒，其中取土和打桩的过程伴随着接桩有几个循环。施工有些复杂，但经这样处理后，一次性解决了打桩穿过砂层、消除摩阻力等一系列问题，也顺利通过了一系列的设计审查。桩基承载力检测在套筒拔除前进行，经检测承载力满足要求。该部分桩基实际施工约为3个月，并得到了建设各方的认可。
5结语
（1）本文介绍了新加坡基础规范下桩基的基本设计要点，供相似工程设计参考。
（2）本文介绍了新加坡政府对桩基设计、施工的部分相关要求，供相似工程设计参考。
（3）本文根据实际工程，重点介绍了应用沥青涂层管桩，经预钻孔后锤击成桩的设计实例，来消除深厚砂层地基管桩负摩阻力，提出了一种负摩阻桩施工新方法。
参考文献：
[1]SINGAPORESTANDARDCP65：1-1999“CODEOFPRACTICEFORSTRUCTURALUSEOFCONCRETE”
[2]SINGAPORESTANDARDCP4-2003“CODEOFPRACTICEFORFOUNDATIONS”
[3]BCA（2009）“GUIDELINEONSUBMISSIONOFAMENDMENTANDRECORDPILINGPLANS”
作者简介：黄海云（1979.08-），男，工程师，从事港口和岩土工程设计。