沉樁終壓力與極限承載力的關系論文

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摘要：本文探討了靜壓樁在沉樁過程中的機理，闡述了沉樁的終壓力與極限承載力的關系，并對工程中常見質量問題及處理方法進行了分析。

關鍵詞：樁；基礎；施工

1前言

靜壓法施工是通過靜力壓樁機的壓樁機構以壓樁機自重和機架上的配重提供反力而將樁壓人士中的沉樁工藝。由于這種方法具有無噪音、無振動、無沖擊力等優點．適應今后對綠色巖土工程的要求}同時壓樁樁型一般選用預應力管樁，該樁作基礎具有工藝簡明，質量可靠，造價低，檢測方便的特性。

2靜壓樁沉樁機理

沉樁施工時，樁尖“刺入”土體中時原狀土的初應力狀態受到破壞，造成樁尖下土體的壓縮變形，土體對樁尖產生相應阻力，隨著樁貫人壓力的增大，當樁尖處土體所受應力超過其抗剪強度時，土體發生急劇變形而達到極限破壞。土體產生塑性流動(粘性土)或擠密側移和下拖(砂土)，在地表處，粘性土體會向上隆起，砂性土則會被拖帶下沉。在地面深處由于上覆土層的壓力，土體主要向樁周水平方向擠開，使貼近樁周處土體結構完全破壞。由于較大的輻射向壓力的作用也使鄰近樁周處土體受到較大擾動影響，此時，樁身必然會受到土體的強大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗，當樁頂的靜壓力大于沉樁時的這些抵抗阻力，樁將繼續“刺入”下沉。反之，則停止下沉。

壓樁時，地基土體受到強烈擾動，樁周土體的實際抗剪強度與地基土體的靜態抗剪強度有很大差異。隨著樁的沉人，樁與樁周土體之間將出現相對剪切位移，由于土體的抗剪強度和樁土之間的粘著力作用，土體對樁周表面產生摩阻力。當樁周土質較硬時，剪切面發生在樁與土的接觸面上-當樁周土體較軟時，剪切面一般發生在鄰近于樁表面處的土體內，粘性土中隨著樁的沉人，樁周土體的抗剪強度逐漸下降，直至降低到重塑強度。砂性土中，除松砂外，抗剪強度變化不大，各土層作用于樁上的樁側摩阻力并不是一個常值，而是一個隨著樁的繼續下沉而顯著減少的變值．樁下部摩阻力對沉樁阻力起顯著作用，其值可占沉樁阻力的50％～80％，它與樁周處土體強度成正比，與樁的人士深度成反比。

粘性土中，樁尖處士體在擾動重塑、超靜孔降水壓力作用下，土體的抗壓強度明顯下降。

一般將樁摩阻力從上到下分成3個區：上部柱穴區，中部滑移區，下部擠壓區。施工中因接樁或其它因素影響而暫停壓樁的間歇時間的長短雖對繼續下沉的樁尖阻力無明顯影響，但對樁側摩阻力的增加影響較大，樁側摩阻力的增大值與間歇時間長短成正比，并與地基土層特性有關，因此在靜壓法沉樁中，應合理設計接樁的結構和位置，避免將樁尖停留在硬土層中進行接樁施工。

3終壓力與極限承載力

在靜壓樁施工完成后，土體中孔隙水壓力開始消散，土體發生固結強度逐漸恢復，上部樁柱穴區被充滿，中部樁滑移區消失，下部柱擠壓區壓力減小。這時樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從大量的工程實踐看，粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時的終壓力要大，在某些土體固結系數較高的軟土地區，靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一二倍，但是粘性土中的短樁，土體強度經一段時間的恢復，摩阻力雖有提高，但因樁身短。側摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不大，最終極限承載力達不到樁的終壓力。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個不同的概念，一些初接觸靜壓樁的設計、施工人員往往將兩者混為一談。兩者數值上不一定相等，主要與樁長、樁周土及樁端土的性質有關，但兩者也有一定的聯系。汕頭市總結本地經驗提出了自己的做法，對一些設計承載力較高的工程，終壓力值宜盡量達到設計取值的1．5～1．7倍，并視土質及布樁情況考慮復壓-對于14～21m的中長樁，終壓力控制在設計值的1．7～2倍以上，宜復壓3次I而小于14m的短樁，終壓力控制在設計值的2—2．5倍以上，并復壓3—5次。

4常見質量事故分析及處理

總結土木建筑學會近年對一些靜壓樁工地質量事故進行咨詢處理的一些案例，如白云區蕭崗的華建苑工程，中山大學住宅樓工程，農墾公司住宅樓工程，曉港中干警宿舍，世紀廣場商住樓工程等等，可以發現一些常見問題。

4．1樁身上拍

由于靜壓樁是擠土樁，在場地樁數量較多，樁距較密的情況下，時常后壓的柱會對已壓的樁產生擠壓上抬，特別對于短樁，易形成所謂的吊腳樁。這種樁在做靜載試驗時，開始沉降較大，曲線較陡，但當樁尖達到持力層，承載力又有明顯增加，沉降曲線又趨于平緩，這是樁身上抬的典型曲線。樁身上抬除了靜載沉降偏大外，對樁而言可能會把接頭拉斷，樁尖脫空．同時大大增加對四周樁的水平擠壓力，導致樁傾斜偏位。在處理上施工前合理安排壓樁順序，同一單體建筑物一般要求先壓場地中央的樁，后壓周邊的樁。先壓持力層較深的樁，后壓較淺的樁。出現樁身上抬后一般采用復壓的辦法使樁基按正常使用，但對承受水平荷載的基礎要慎重。

4．2引孔壓樁的問題為了防止樁間的擠土效應太大，或土質太硬而使樁身較短，施工中往往采用引孔壓樁的工藝，即先鉆比管樁略小規格的直徑鉆孔，深度是樁長的(2／3～1)L，然后將管樁沿預鉆孔壓下去。引孔應隨引隨壓。中間間隔時間不宜大長．否則孔內積水，一是會軟化樁端土，待水消散后孔底會留有一定空隙。二是積水往樁外壁冒，削弱了樁的側摩阻力。

對于較硬土質中引孔壓樁還會有樁尖達不到引孔孔底的現象，施工完成后孔底積水使土俸軟化，使承載力達不到設計要求。

4．3樁端封口不實

當樁尖有縫隙，地下水水頭差的壓力可使樁外的水通過縫隙進人樁管內腔．若樁尖附近的土質是泥質土，遇水易軟化，從而直接影響樁的承載力。對于樁靴的焊接質量要求與端板間無間隙、錯位，保證焊縫飽滿，無氣孔。施焊對稱進行，焊拉時間控制得當．焊接完成后自然冷卻10分鐘左右方可施打，因高溫焊縫遇水后變脆。容易開裂。工程上比較有效的補救技術措施是采用“填芯混凝土”法．即在管樁施壓完畢后立即灌入高度為1．2m左右的C20細石混凝土封底，樁端不漏水，樁端附近水壓平衡，樁端土承受三相壓力．承載力能保持穩定。

4．4樁頂(底)開裂

由于目前壓樁機越來越大，最重可達6800KN，對于較硬土質，管樁有可能仍然壓不到設計標高，在反復復壓情況下，管樁樁身橫向產生強烈應力，如果樁還是按常規配箍筋，樁頂混泥土抗拉不足開裂，產生垂直裂縫，為處理帶來很大困難。另一種情況就是管樁由軟弱土層突然進入硬持力層，沒有經過渡層，樁機油壓迅速升高，樁身受到瞬間沖擊力也容易引起樁頂開裂，如果硬持力層面不平整，樁靴卡不進土引起樁頭折斷破碎，樁機油壓又下降，再壓時壓力不穩定．吊線測量樁長發現比人士部分短。處理上事前改進樁尖形式(圓錐形樁尖易滑)，事后用壓力灌漿把樁底破碎混凝土粘結?。m當折減承載力設計值。

4．5基坑開挖

由于靜壓樁逐漸用在高層建筑中．基坑開挖不可避免。應根據開挖深度考慮是否需要先圍護開挖再沉樁的方案。邊打樁邊開挖是不可取的，先打樁后開挖應考慮對稱均勻．如在中間開挖把土堆在周圍就會造成四周和中心的土體高差懸殊．同時超孔隙水壓及震動會使管樁傾斜或折斷，所以合理制定基坑開挖方案是必不可少的。

5結語

靜壓樁的沉樁機理非常復雜．與土質、土層排列、硬土層厚度、樁數、樁距，施工順序、進度等有關，有待進一步研究。靜壓樁施工中出現的問題也各種各樣，最常用的處理方法是提高終壓力進行復壓。往往樁在做完靜載試驗發現不合格后．還要增加靜載試驗或大應變檢測，以確定更大范圍不合格樁數量分布。有時基坑已開挖，樁頭已鑿去位置難確定，壓樁機撤出現場，復壓或補樁有一定困難，這就要采取其它一些措施處理不合格樁，如灌漿補強、降低樁承載力標準或擴大承臺等。相信隨著工程實踐的不斷豐富．能為靜壓樁規程的制定提供更多的素材。