静压预制桩应用中常见问题分析

摘要：静压预制桩由于具有明显的无噪声、无振动和冲击力、桩身质量可靠、施工快捷方便等优点而更受人们青睐。为更好应用静压预制桩，现就应用中常见的问题，根据实践中总结出来的经验，提出见解。
　　关键词：静压预制桩；问题分析；措施
　　1 应用实例
　　据近年来本地区桩型使用资料的统计和综合评价：预制桩使用率占50%；钻孔灌注桩占45%；其他桩占 5%。预制桩无论是技术因素、经济因素还是综合评价得分均**高，而预制桩则以静压预制桩为主。但静压预制桩在应用中也常遇到若干技术问题，需要及时分析和解决，以确保桩基达到规定的要求。
　　1.1 实例1
　　某工程地质特征：①杂填土、耕土层厚0.5～1.5m，湿、松散，含植物根系；②粉质黏土层厚1.0～2.3m，软塑、饱和，承载力特征值fak90kPa，侧摩阻力特征值qsa20kPa；③淤泥质粉砂层厚0.8～1.0m，松散、饱和，fak50kPa，qsa10kPa；④粗砂层 厚1.5～5.8m，松散、饱和，fak110kPa，qsa15kPa；⑤淤泥质粉砂层厚1.0～3.1m，松散、饱和，fak60kPa，qsa10kPa；⑥淤泥层厚22.2～24.4m，流塑、饱和，fak40kPa，qsa6kPa；⑦粉质黏土层厚1.0～2.3m，软塑饱和，f ak90kPa，qsa20kPa；⑧细砂层厚1.4～3.5m，中密、饱和，fak160kPa，qsa25kPa，预制桩端阻力特征值qpa2 800kPa；⑨砾砂层厚 12.5～14.6m，密实、饱和，fak360kPa，qsa65kPa，预制桩端阻力特征值qpa6 500kPa；⑩粉质黏土层揭露厚3.5m、未穿，软塑，饱和。
　　根据所受荷重及地质勘察资料情况，该工程采用C₈₀的PHC管桩（AB），规格为φ400mm和φ500mm，单桩竖向承载力特征值分别为1400kN和2000kN，以砾砂层为持力层，桩尖入持力层1m，用静压打桩。按打桩要求施用终压力达 4200kN 时，尚未达到入持力层1m的要求。7d后复压，终压达4800kN，压入深度为 0.5～0.9m，在细砂层较薄处入持力层深度符合要求，在细砂层较厚处入持力层0.5～0.6m。止压并静载检测单桩极限承载力均≥4000kN，沉降符合要求，竣工后观测沉降稳定，满足规范要求。
　　1.2 实例2
　　某4层楼工程地质特征：①杂填土、耕作土层厚2.1～3.5m，湿、松散；②淤泥质土层厚1.0～1.9m，流塑、含粉粒砂；③细砂层厚 1.8～2.5m，松散、饱和；④淤泥质土层厚3.1～4.3m，流塑、高压缩性；⑤粉质黏土层厚7.2～8.3m， 以粘粉粒为主，含粉砂、灰粉砂薄层，地基土fak190kPa，qsa45kPa；⑥淤泥质土层厚10.1～12.3m，流塑～软塑；⑦粉质黏土层 厚1.8～3.2m，可塑，fak150kPa，qsa 25kPa；⑧细砂层厚 3.1～4.5m，密实、饱和，fak180kPa，qsa43kPa。
　　该工程采用静压方桩，规格400mm×400mm，单桩承载力特征值为400kPa，以第⑤层粉质黏土为持力层，入土深4m以上，在试桩时，当达到持力层进入深度时，终压力只有350～450kN，7d后复压终压力为800kN，沉降0.03～0.05m。1月后经静载检测，单桩竖向极限承载力均≥800kN，沉降小于规定标准。竣工验收后，沉降均匀，符合设计要求。
　　2 静压桩沉桩机理
　　（1）静压桩属于挤土桩，压桩引起桩周土破坏，可分为 3 个区域（见图 1），紧贴桩表面结构完全破坏的土体为A区，保持原状而未被破坏的土体为C区，两者之间为B区。A 区土体由于挤压、静置和固结其强度将恢复，甚至超过原来强度，由于该区大约为45～200mm范围，牢固粘结于桩周并随其一起移动，以致可使桩的有效直径增大 5%～7%。在 A、B 区土体的分界面是桩达到极限破坏时的桩周土体剪切滑动面，而桩极限摩阻力则取决于B区土体逐渐增长的抗剪强度，同时桩端面积增大也相应提高了桩端阻力。
　　（2）桩周受力可分为3 个区段（见图2）：L1为无侧阻力区；L 2（0.4～0.6） L，为滑移区，其桩侧摩阻力小于原状土的静态侧摩阻力；L3（5～7）d，为挤压区，其桩侧摩阻力稍大于原状土的静态侧摩阻力。桩尖附近范围的桩周土挤压区，随着桩的压入受剪切而发生重塑，处于剪损软化状态，土的强度降为重塑土的残余强度，桩端、桩侧摩阻力降为残余阻力，从而将桩压入地基土层中，桩压入阻力为：qaqp+qs2+qs3，其大小及分布取决于土层地质、分布、桩入持力层深度、桩数和桩距、施工顺序及进度等的影响程度，在压桩终止后，土体中的孔隙水压力消散、桩周土径向固结、桩侧摩阻力显著增长，扰土重塑的桩端土体强度也恢复。桩的承载力随压桩休止时间的增长而提高，初期增长较快，后逐渐变慢，**终趋于一极限值，具有明显时效性。
　　对于具有触变性的黏性土，在受压桩扰动下，桩周孔隙水受冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生超孔隙水压力，使桩周土体抗剪强度剧降，发生严重软化，土的强度剧烈降低，甚至发生流动。桩很易压下，一旦压桩休止，随时间推移，超孔隙水压力逐渐消散，土体固结、强度恢复，桩身与桩周土之间的摩阻力由滑动摩擦力变为承载时的静摩阻力，桩才获得工程意义上的极限承载力。对密实～中密砾砂土而言，在受压桩的扰动下，由于剪胀效应引起阻力增大，滑动摩阻力大于承载时的静摩阻力，而难以进入。若此时停压，则可导致桩极限承载力小于终压力值。
　　3 原因分析
　　静压沉桩的终压力，实际上是土体对桩的瞬间抗力，由沉桩机理可知，沉桩效果随地质特征、土层分布、设计技术要求和施工方法的不同而各不相同。
　　（1）实例1 出现沉降量大的原因分析；**工程采用C₈₀的PHC管桩，桩在进场时己按要求检查验收，施压严格按规程操作，桩身未发现异常现象，排除因桩身质量问题造成断桩、崩桩、斜桩引起的沉降现象。其次，施打桩按从中间向四周施压顺序，打桩方案合理，桩间距≥3.5d，未发现桩身上浮现象，而且终压4200kN＞2 倍单桩竖向承载力特征值，符合设计要求。但本工程以砾砂层为持力层，依据其剪胀效应和沉桩机理，压桩时桩既要克服砾砂层提高了的抗剪力，又要克服急速沉桩引起的动阻力、超孔隙水压力，且受力随入土深度、土密实程度增大而增大，从而降低实际承载力意义上的沉桩有效压力，使终压值达到要求，但仍未达到持力层深度和实际要求的极限承载力，沉桩休止后，超孔隙水压消散，孔隙水恢复，桩端土受水渗透，土稳定性差，颗粒产生部分滑动而软化，重新排列引发持力层承载力降低，从而造成实际极限承载力比终压力低，复压后产生较大沉降。在分清原因后，对未压至持入层的桩进行复压，终压力为 1.2 倍单桩竖向极限承载力，并对桩底腔随浇 C₂₅细石混凝土 1m 封底，防止桩端土遇水软化。该工程后经动测、静载检测，单桩极限承载力和沉降均符合要求。竣工后沉降观测未发现不均匀沉降。
　　（2）实例2 以粘质土层为持力层，使承载力提高。对该类型软土地基上的静压预制桩统计，发现在沉桩后随着时间的延长，桩的承载力普遍提高，有明显的时效性。其原因为：对具有触变性的粘质土，依据沉桩机理，它在受外来扰动时，土体强度急剧下降，甚至发生流动，土层承载力降低，出现少于单桩竖向承载力特征值情况，当休压后由于超孔隙水压消散，土体颗粒重新排列固结、桩超直径增大等原因，使土层承载力逐渐增大，初期增长快，后期慢，1 年后固结基本完成，**终承载力也趋于稳定，桩的承载力可达终压力的2 倍以上。
　　4 结语
　　（1）管桩施工出现问题，**应认真进行现场勘测，特别是以静载试验为主要依据进行分析，制订相应措施，并严格实施，同时做好观察、检测。
　　（2）静压桩的终压力不等于单桩竖向极限承载力，它实际上只是土体对桩的瞬间抗力。桩土间相互作用的机理复杂，土层地质性状多变和区域性差异大等诸多原因，使在确定终压力时应以静载试验为主，结合静力触探、标准贯入等原位测试数值，根据具体的地质、持力层、设计承载力、桩入土长度和桩身强度等情况来确定，做到既保质又节约。如以粘质土层为持力层，终压力可取0.9～1.1倍单桩承载力特征值，以砾砂层为持力层终压力可取1.2倍单桩竖向极限承载力。
　　（3）应注意持力层土质不同时的承载力因土质特征和时效性引起的差异问题，采取相应措施，确保桩基承载力和沉降符合要求。 对于粘质土层为持力层的，由于其触变性明显，时效性强，压桩时阻力较小，休压固结后单桩竖向承载力特征值可达终压力的 2 倍以上。对于以砾砂层或风化岩为持力层的，由于砾砂、风化岩的特征，实际单桩极限承载力小于终压力，应采用终压力为 1.2 倍单桩竖向极限承载力，并对管腔随浇 1m高 C₂₅ 混凝土封底，既可防止桩端土软化，确保达到设计要求，又使施工场地处理简便。
　　（4）静压桩适用于桩端持力层为硬塑～坚硬的黏性土层、中密～密实砂土、碎石土层、全风化岩层、强风化岩层的场地，**多可压入N＞50 的强风化岩表面。
　　（5）某工程普遍存在“上软下硬，软硬突变”的地质特征，在施工中易出现桩头破损、桩身断裂、硬夹层、上浮、孤石等问题，预先采取应对措施是可有效防止的。（如严格桩的进场验收，保证桩身质量。严格控制桩垂直度，遇硬夹层可增压慢速沉桩，遇孤石可用引孔法， 可能遇桩身上浮时合理采用沉桩顺序，根据具体工程可采用由中间向四周，从一侧到另一侧等方案施工。）如遇上述问题可采用相对控制措施，并对承载力不够的补桩，上浮的复压。
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