建筑・规划・设计 民营科技２０１２年第２期 静压桩施工沉桩阻力及沉桩挤土效应研究 张薇 （常州市康建建设工程有限公司，江苏常州２１３０２２） 摘要：静压桩具有桩身质量易于保证和检查，价格相对较低，以及施工工效高、无泥浆和噪音污染等优点，目前已成为我国工业 与民用建筑中，特别是软土地基上各类建筑中广泛采用的桩型之一。但静压桩也有其相对缺点，那就是它属于排土置换桩，容易对周边 环境造成不利的影响。随着人们环保意识的不断增强，对静压桩施工沉桩挤土效应带来的各种问题也越来越引起人们的重视。 关键词：沉桩机理；沉桩阻力；沉桩挤土 桩基础是土木ｌＴ程常用的基础形式之一。静压桩由于其诸多优 点而在软土地基城市建设中获得日益广泛的应用。 然而，由于受桩型选择和设备选型等因素的影响，静压桩在施工 前要对其沉桩阻力进行估算，评价沉桩可能性；另外，静压桩都是挤土 桩，部分工程施工前要分析沉桩挤土效应的影响，并提出防护措施的 地基中，硬土中的桩端阻力还将受到分界处粘土层的影响，上覆盖层 为软土时，在临界深度以内桩端阻力将随压人硬土内深度增加而增 大。下卧为软土时，在临界厚度以内桩端阻力将随压人硬土的增加而 减少。 ２．２桩摩阻力。一般将桩摩阻力从上到下分成三个区：上部柱穴区， 建议。 中部滑移区，下部挤压区。施工中因接桩或其它因素影响而暂停压桩 １静压桩施工沉桩机理 的间歇时间的长短虽对继续下沉的桩尖阻力无明显影响，但对桩侧摩 静压桩的沉桩机理非常复杂，与土质、土层排列、硬土层厚度、桩 阻力的增加影响较大，桩侧摩阻力的增大值与间歇时间长短成正比， 数、桩距、施工顺序、进度等有关。静压桩沉桩机理沉桩施工时，桩尖 “刺人”土体中时原状土的初应力状态受到破坏，造成桩尖下土体的压 缩变形，土体对桩尖产生相应阻力，随着桩贯入压力的增大，当桩尖处 土体所受应力超过其抗剪强度时，土体发生急剧变形而达到极限破 坏，土体产生塑性流动（粘性土）或挤密侧移和下拖（砂土），在地表处， 粘Ｉ生土体会向上隆起，砂『生土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆 土层的压力，土体主要向桩周水平方向挤开，使贴近桩周处土体结构 完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较 大扰动影响，此时，桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩 周摩阻力和桩尖阻力的抵抗，当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗 阻力，桩将继续“刺入”下沉。反之，则停止下沉。有时基坑已开挖，桩头 并与地基土层杼ｆ生有关，因此在静压法沉桩中，应合理设计接桩的结 构和位置，避免将桩尖停留在硬土层中进行接桩施工。 ３沉桩挤土效应 静压桩因具有无噪音，无振动，无冲击力，施工应力小等诸多优 点而得到了较为广泛的应用。但是，静压桩属于挤土桩，其产生的挤土 效应会对周边环境造成不利的影响，严重者可能造成邻近的建筑物开 裂，道路隆起以及地下管线断裂等工程事故。因此，能有效地预估静压 桩产生的挤土效应以及采取能够减少挤土效应的施工措施都具有非 常重要的工程意义。 桩周土体在沉桩过程中，受到径向挤压和竖向剪切作用，应力应 变状态发生很大的变化，离桩体一定范围内的土体结构、密度及含水 已凿去位置难确定，压桩机撤出现场，复压或补桩有一定困难，这就要 量发生改变，导致土的物理力学性质也发生改变，压桩时桩周土层被 采取其它一些措施处理不合格桩，如灌浆补强、降低桩承载力标准或 压密或挤开，使土体产生水平移动或竖直隆起，可能造成紧邻已压人 扩大承台等。 的桩产生上浮、桩位偏移和桩身翘曲折断。并可使邻近建筑物破坏、管 在静压桩施工完成后，土体中孔隙水压力开始消散，土体发生固 线断裂、煤气泄漏、道路不能正常用等。如果静压桩入土深度较深，或 结强度逐渐恢复，上部桩柱穴区被充满，中部桩滑移区消失，下部桩挤 者地下水位较浅，在沉桩过中会产生很高的超孔隙水压力，造成土体 压区压力减小，这时桩才开始获得了工程意义上的极限承载力。从大 破坏。为破坏的土体也会因超孔隙水压力的不断传播和消散而蠕变， 量的工程实践看，粘ｆ生土中，桩尖处土体在扰动重塑、超静孑Ｌ降水压力 导致土体垂直隆起和产生比较大的水平位移。高灵敏度的软粘土中产 作用下，土体的抗压强度明显下降。砂性＿土中，密砂受松驰效应影响土 生较高的超孔隙水压力，大幅度降低了土体中的有效应力。对已打入 体抗压强度减少，松砂受挤密效应影响土体抗压强度增大，在成层土 地基中，硬土中的桩端阻力还将受到分界处粘土层的影响，上覆盖层 为软土时，在临界深度以内桩端阻力将随压人硬土内深度增加而增 大。下卧为软土时，在临界厚度以内桩端阻力将随压入硬土的增加而 减少。在某些土体固结系数较高的软土地区，静压桩最后获得的单桩 竖向极限承载力可比终压力值高出一二倍，但是粘陛土中的短桩，土 体强度经—段时间的恢复，摩阻力虽有提高，但因桩身短，侧摩阻力占 桩的极限承载力的比例差异不大，最终极限承载力达不到桩的终压 力。因此桩的终压力与极限承载力是两个不同的概念，一些初接触静 压桩的设计、施工人员往往将两者混为一谈。两者数值上不一定相等， 主要与桩长、桩周土及桩端土的性质有关，但两者也有一定的联系。 ２静压桩施工沉桩阻力 土中的桩产生挤压，使其桩顶偏位、桩身挠曲、向上浮起。无论是土体 的垂直隆起还是水平位移，都要波及到沉桩范围外一定距离，这是沉 桩对周围环境产生危害的主要原因。 ４结论 静压桩施工中ｍ现的问题也各种各样，最常用的处理方法是提 高终压力进行复压。往往桩在做完静载试验发现不合格后，还要增加 静载试验或大应变检测，以确定更大范围不合格桩数量分布。有时基 坑已开挖，桩头已凿去位置难确定，压桩机撤出现场，复压或补桩有一 定困难，这就要采取其它一些措施处理不合格桩，如灌浆补强、降低桩 承载力标准或扩大承台等。相信随着工程实践的不断丰富，能为静压 桩规程的制定提供更多的素材。 参考文献 压桩的沉桩阻力随人土深度的增加而不断变化，沉桩阻力是对 【ｌ】广东省建设委员会．ＤＢＪ，Ｉ’１５—２２－９８预应力混凝土管桩基础技术 土层性质的综合反映，同时也为分析沉桩可能性及选择沉桩设备、推 规程［Ｓ１．１ ９９８． 算静压桩极限承载力提供了重要依据。目前在确定沉桩阻力的方法中 ［２］建筑施工手册编写组建筑施工手册［＾ ．第四版．北京：中国建筑工业 都假定某一位置处侧阻不随桩的贯人而变化，然而现实情况是同一层 出版社．２００３． 土的桩侧阻并不是一个常数，而是随着桩的贯入而变小。在土层某一 【３］翁振东．ＰＨＣ管桩静压法施工及质量管理探析叨．山西建筑，２００６， 固定的标高处，随着桩入土深度的增加，该处的侧阻值在不断地减小。 ３２（１６）：６８—６９． ２．１桩端阻力。粘性土中，桩尖处土体在扰动重塑、超静孔降水压力 【４］谢永利．大变形固结理论及其有限元分析 ．杭州：浙江大学，１９９４． 作用下，土体的抗压强度明显下降。砂睦土中，密砂受松驰效应影响土 【５】ＪＧＪ７９－２００２建筑地基处理技术规范ｆＳ］．北京：中国建筑工业出版 体抗压强度减少，松砂受挤密效应影响土体抗压强度增大，在成层土 社．２００２．
