关于摩擦桩摩阻力计算在实际施工中的应用

关于静压预制管桩的摩阻力计算在实际施工中的应用

摘要：通过对预制管桩的市场发展前景、优点及成桩机理的阐述分析，并结合实例计算验证，分析静压预制管桩的摩阻力计算在实际施工中的应用，对桩基工程施工管理的重要意义。

关键词：静压、预制管桩、摩阻力、计算

随着中国建筑市场的发展，桩基工程在工程项目建设中占据重要位置。桩基工程涉及到两大主要方面：1、造价高。民用建筑高层住宅项目桩基工程造价占项目总造价约4%-10%；2、安全性要求非常高。万丈高楼平地起靠的就是坚实的基础，基础不好，上部结构可能发生结构性沉降，更严重的会发生主体坍塌。桩基工程中对以上两方面的控制主要集中在单桩承载力上，建设项目总体规划设计完成，承载力基本不会发生大的变化。因此实际施工中对单桩承载力的计算就显得尤为重要。

近几年，随着管桩生产企业的不断涌现，管桩产量大幅提高，价格也随之下降，并且国内建筑市场正大力推广工业化、标准化及绿色建筑施工，促使静压管桩在工业及民用建筑中得到广泛应用。静压预制管桩有以下优点：工厂化生产，生产速度快，质量便于控制；采用静压桩机进行施工，无噪声污染，并且对施工场地污染较小，可以环保作业，适合对绿色岩土工程的要求；施工过程快捷；与钻孔灌注桩相比，成本较低。因此静压预制管桩在桩基施工应用越来越多，在工程项目中所占的比例也越来越大。

施工方法采用静压抱压式沉桩，通过静力压桩机的压桩机构以压

桩机自重和机架上的配重提供反力而将桩压入土中的沉桩工艺。沉桩施工时，桩尖“刺入”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，粘性土体会向上隆起，砂性土则会被拖带下沉。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。压桩时，地基土体受到强烈扰动，桩周土体的实际抗剪强度与地基土体的静态抗剪强度有很大差异。随着桩的沉入，桩与桩周土体之间将出现相对剪切位移，由于土体的抗剪强度和桩土之间的粘着力作用，土体对桩周表面产生摩阻力。当桩周土质较硬时，剪切面发生在桩与土的接触面上；当桩周土体较软时，剪切面一般发生在邻近于桩表面处的土体内。

静压管桩施工过程中一般采用油压及桩长双控。在压桩过程中，管桩除了抵抗以上描述的桩周摩阻力及桩尖阻力外，还有压桩机构产生的动摩阻力。在压桩机构加油压的瞬间，可以将其视为给桩顶施加了一个动荷载。

对于较短的管桩，短小的桩长导致桩侧摩阻力相对较小，因此压桩机构所产生的动摩阻力对整个沉桩过程影响较大。为平衡瞬间加压

所产生的动荷载，就需要数值足够大的桩身侧摩阻力进行力的平衡，而此时的摩阻力将大于理论计算的数值，因此最终力系的平衡导致压桩的长度大于理论桩长。总而言之，压桩机构加油压的瞬间使较短的管桩在平均油压较小的情况下，进入土层的长度大于理论长度。此类桩宜采用油压值及桩长进行压桩的控制。

对于较长的管桩，由于桩侧摩阻力较大，因此压桩机构所产生的动摩阻力对整个沉桩过程影响较小。采用油压值控制沉桩过程中，如果实际压桩长度已经达到或长于理论桩长，在这种情况下仍旧继续压桩将会产生爆桩、桩顶或桩身破裂、桩身位移等情况。因此此类桩宜采用规范推荐的公式计算桩摩阻力，只要结果满足“设计荷载特征值”，用桩长主控是合理、经济的。工程桩开始施工前的试桩检测可以对此进行验证。本文采用武汉某厂房项目实例进行验证。

摩擦桩摩阻力的计算原理是桩身范围内每层岩土侧摩阻力及桩端处岩土端摩阻力的累加。下面以武汉某厂房项目预应力管桩基础为例进行摩阻力计算。见下图中26-26工程地质剖面图，由上至下的顺序此剖面中依次包含①素填土、②-1粘土、②-2淤泥质粘土、③-1粘土、③-2粘土夹粉土、④-1粉质粘土夹粉砂、④-2粉砂粉质粘土粉土互层、④-3含砾细砂等土层。

以C52勘探孔土层为例（为简化计算不考虑空孔），按以下公式进行计算：

F= πn i=1Dq sia ,i H i +πR 2q pa ,n

式中，F ——桩侧及桩端摩阻力，单位KN ；

H i——桩身范围每层岩土厚度，单位m；

q sia,i——每层岩土侧阻特征值，单位kpa；

q pa,n——桩端所在土层端阻特征值，单位kpa。

侧阻特征值及端阻特征值取值参照该项目地质勘查报告中《岩土测试参数及建议值表》。

1、由于计算①素填土厚度太小，其摩阻力忽略不计，从②-1粘土层开始计算。预应力管桩桩径D=400mm，26-26工程地质剖面图中②-1粘土层厚度H1=23.13-19.33=3.8m，查《岩土测试参数及建议值

表》

q sia,1=30kpa。因此②-1粘土层桩身侧摩阻力F1=3.14×0.4×30×

3.8=143.184KN

2、②-2淤泥质粘土层厚度H2=19.33-17.53=1.8m，q sia,2=12kpa。因此②-2淤泥质粘土层桩身侧摩阻力F2=3.14×0.4×12×

1.8=27.130 KN

3、③-1粘土层厚度H3=17.53-14.33=3.2m，q sia,3=33kpa。因此

③-1粘土层桩身侧摩阻力F3=3.14×0.4×33×3.2=132.634KN

4、③-2粘土夹粉土层厚度H4=14.33-7.93=6.4m，q sia,4=25kpa。因此③-2粘土夹粉土层桩身侧摩阻力F4=3.14×0.4×25×

6.4=200.960KN

5、④-1粉质粘土夹粉砂层厚度H5=7.93-3.83=4.1m，q sia,5=22kpa。因此④-1粉质粘土夹粉砂层桩身侧摩阻力F5=3.14×0.4×22×

4.1=113.291KN

6、④-2粉砂、粉质粘土、粉土互层厚度H6=3.83+19.35=23.18m，