摘 要：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，借助常见的Excel电子表格，仅仅需要人工输入几个必需的原始数据，从根本上减化了人工逻辑判断和数值计算的工作量，极大地提高了判断与计算的准确性和效率。
关键词：静力触探；单桥；双桥；极限承载力；逻辑判断；计算
中图分类号：TU 443 文献标识码：A
　　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，如何初步地估算出混凝土预制桩的极限承载力标准值，更好地服务于桩基础的设计工作？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，必须考的限制因素很多，工程技术人员稍不留神，就会在繁杂的、重复的计算过程中走入误区，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，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，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
　　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；
　　u──桩身周长；
　　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，按照图1折线取值；
　　li──桩周第i层土的厚度；
　　α──桩端阻力修正系数，可按表1取值；
　　psk──桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值（平均值）；
　　Ap──桩端面积；
　　β──折减系数，按表2选用；
　　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；
　　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，如桩端持力层为密实的砂土层，其比贯入阻力的平均值超过20MPa时，则需要乘以表3中系数C予以折减后，再计算psk；

　　注：桩长15m≤l≤30m，α值按l值直线内插，l为桩长（不包括桩尖高度）。

Psk2/psk1	≤5	7.5	12.5	≥15
β	1	5/6	2/3	1/2

　　注：1）图中直线A(线段gh)适用于地表下6m范围内的土层；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；折线C（线段odef）适用于粉土及砂土土层以下的粘性土；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；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，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，锥角60°，底部带7cm高滑套。
　　3 双桥静力触探法计算的规范依据
　　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，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)，然后再和桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均；
　　α──桩端阻力修正系数，对于粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2；
　　β_i──第i层土桩侧阻力综合修正系数，粘性土、粉土：β_i=10.04（f_si）^-0.55；砂土：β_i=5.05（f_si）^-0.45；
　　双桥探头的圆锥底面积为15cm²，锥角60°，摩擦套筒高21.85cm，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，工程技术人员只需要将原始数据填入制定的空格中，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；桩长L；地面高程；承台埋深；第一、二、三、四、五层土的底面高程；第一、二、三、四、五层土的类别代码（粘土-1；粉土-2；粉砂-3；细砂-4；中砂-5）；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；桩端面积；桩身周长；桩端以下4d处高程；桩端以上8d处高程；p_sk1；p_sk2；p_sk2/p_sk1；α；β；c；下卧层比贯入阻力p_skl；p_sk/p_skl；η_s；第一、二、三、四、五层土的极限侧阻力q_sik；∑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；总极限端阻力标准值Q_pk；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；桩长L；地面高程；承台埋深；第一、二、三、四、五层土的底面高程；第一、二、三、四、五层土的类别代码（粘土-1；粉土-2；粉砂-3；细砂-4；中砂-5）；第一、二、三、四、五层土的平均侧阻力fsi；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；桩端面积；桩身周长；桩端以上4d处高程；桩端以下1d处高程；承台底面高程；桩端高程；桩端以上4d处比贯入阻力q_c1；桩端以下1d处比贯入阻力q_c2；桩端修正系数α、桩侧综合修正系数β；p_sk1；p_sk2；p_sk2/p_sk1；第一、二、三、四、五层土的 　　4.3.3双桥法目标计算结论
　　总极限侧阻力标准值Q_sk；总极限端阻力标准值Q_pk；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，应按照以下15种情况进行计算：（1）第一土层层底高程h₁（第二土层层底高程h₂，依次类推)≤桩端高程H（以下简称H）；（2） h₁＞H且 h₁≤桩端以上8倍桩径处高程H1（以下简称H₁）；（3）h₁、h₂都在H且于H₁之间；（4）h₁、h₂、h₃都在H且于H₁之间；（5）h₁、h₂、h₃、h₄都在H且于H₁之间；（6）h₁≥H₁且h₂≤H；（7）h₁≥H₁且H＜h₂≤H₁；（8）h₁≥H₁且h₂、h₃都在H与H₁之间；（9）h₁≥H₁且h₂、h₃、h₄都在H与H₁之间；（10）h₂≥H₁且h₃≤H；（11）h₂≥H₁且H＜h₃≤H₁；（12）h₂≥H₁且h₃、h₄都在H与H₁之间；（13）h₃≥H₁且h₄≤H；（14）h₃≥H₁且H＜h₄≤H₁；（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，应按照以下15种情况进行计算：（1）第一土层层底高程h₁（第二土层层底高程h₂，依次类推)≤桩端以下4倍桩径处高程H₂（以下简称H₂）；（2） H₂＜h₁≤桩端高程H；（3）h₁、h₂都在H且于H₂之间；（4）h₁、h₂、h₃都在H且于H₂之间；（5）h₁、h₂、h₃、h4都在H且于H₂之间；（6）h₁≥H且h₂≤H₂；（7）h₁≥H且H₂＜h₂≤H；（8）h₁≥H且h₂、h₃都在H与H₂之间；（9）h₁≥H且h₂、h₃、h₄都在H与H₂之间；（10）h₂≥H且h₃≤H₂；（11）h₂≥H且H₂＜h₃≤H；（12）h₂≥H且h₃、h₄都在H与H₂之间；（13）h₃≥H且h₄≤H₂；（14）h₃≥H且H₂＜h₄≤H；（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，以q_sk-p_s曲线图为基础，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，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：（1）h1≤H；（2）H＜h1≤地面以下6m处高程H6（以下简称H6）；(3)h1、h2都在H与H6之间；（4）h1、h2、h3都在H与H6之间；（5）h1、h2、h3、h4都在H与H6之间；（6）H6＜h1＜承台底高程H3（以下简称H3），且h2≤H；（7）H6＜h1＜H3，且H≤h2≤H6；（8）H6＜h1＜H3，且h2、h3都在H与H6之间；（9）H6＜h1＜H3，且h2、h3、h4都在H与H6之间；（10）h1、h2都在H6与H3之间，且h3≤H；（11）h1、h2都在H6与H3之间，且H≤h3≤H6；（12）h1、h2都在H6与H3之间，且h3、h4都在H与H6之间；（13）h1、h2、h3都在H6与H3之间，且h4≤H；（14）h1、h2、h3都在H6与H3之间，且H≤h4≤H6；（15）h1、h2、h3、h4都在H6与H3之间，且h5≤H；（16）H3＜h1＜H0，且h2≤H；（17）H3＜h1＜H0，且H6≤h2≤H；（18）H3＜h1＜H0，且h2、h3都在H6与H之间；（19）H3＜h1＜H0，且h2、h3、h4都在H6与H之间；（20）H3＜h1＜H0，H6≤h2≤H3且h3≤H；（21）H3＜h1＜H0，H6≤h2≤H3且H≤h3≤H6；（22）H3＜h1＜H0，H6≤h2≤H3且h3、h4都在H与H6之间；（23）H3＜h1＜H0，h2、h3都在H6与H3之间且h4≤H；（24）H3＜h1＜H0，h2、h3都在H6与H3之间，且H≤h4≤H6；（25）H3＜h1＜H0，h2、h3、h4都在H6与H3之间，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，因为土层平均侧阻力f_si为原始数据，无需换算，因此较单桥法简单一些，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，以下仅举一例说明：=IF(D3<15,0.75,IF(AND(D3>=15,D3<=30),0.6+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，根据桩长内插计算得到桩端阻力修正系数α，当存在多个限制条件时，可采用AND语句来实现。
　　4.4.8当存在多种情况，IF语句嵌套层次超过7层时，可以将IF语句分成多组，每组不超过7次嵌套，不符合条件的计算值为零，最后将每个组的结果累加起来，因为只有一个与实际情况相符，该项计算值非零，其他情况都为零，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，马上可以得到总极限侧阻力标准值Q_sk=1807.0kN；总极限端阻力标准值Q_pk=1582.8kN；极限承载力标准值Q_uk=3389.8kN，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，马上可以得到总极限侧阻力标准值Q_sk=2117.7kN；总极限端阻力标准值Q_pk=904.8kN；极限承载力标准值Q_uk=3022.5kN，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，可以对单桥法、双桥法原位测试数据进行快速计算处理，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.