静压桩的沉桩机理及常见问题分析

静压桩的沉桩机理分析探讨

摘要：

本文探讨了静压桩在沉桩过程中的机理，阐述了沉桩的终压力与极限承载力的关系，并对工程中常见质量问题及处理方法进行了分析。

关键词：管桩桩基静压法极限承载力压桩力

1 前言

在我国沿海地区,建筑场地覆盖层一般均为海相沉积物,软弱土层较厚,建筑物基础大部分采用桩基。预应力混凝土管桩由于质量容易保证，且又能在工厂进行标准化生产，施工方便快捷，目前被广泛地应用在建筑工程当中。预应力混凝土管桩在沉桩施工时有两种方法，一种为锤击法，一种为静压法。由于静压法具有无噪音、无振动、无冲击力等优点，目前一般均采用静压法施工。静压法是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。

2 静压桩沉桩机理

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，随着压桩力的增大，桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时，土体产生塑性流动或挤密侧移和下拖，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较大,土体主要向桩周水平方向挤开，此时，桩身必然会受到土体的强大法向压力，从而使所引起的桩周摩阻力，当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力，桩将继续下沉；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，由于桩周土体发生急速而激烈的挤压，土中孔隙水压力急剧上升，土的抗剪强度大大降低，直至降低到重塑强度。当桩周土质较硬时，剪切破坏面发生在桩与土的接触面上;当桩周土体较软时，剪切破坏面一般发生在邻近于桩表面处的土体内，通常将桩周摩阻力从上到下分成三个区：上部空穴区，中部滑移区，下部挤压区。与此同时桩尖处土体也在扰动重塑、超静孔降水压力作用下，土体的抗压强度也大大下降。预应力混凝土管桩在静压施工中，因接桩或其它因素影响而暂停压桩的间歇时间的长短，对继续下沉的桩尖阻力无明显影响，但对桩侧摩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，并与地基土层特性有关，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 终压力与极限承载力

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。从大量的工程实践看，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，但是粘性土中的短桩，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，最终极限承载力有时达不到桩的终压力。因此桩的终压力与极限承载力是两个不同的概念，两者数值上不一定相等，其主要与桩长、桩周土及桩端土的性质有关，但两者也有一定的联系。静压预应力混凝土管桩在施工时应控制好终止条件，一般可按以下条件进行控制：

1）对于磨擦桩，按照设计桩长进行控制，但在施工前应先按设计桩长试压几根桩，待停置24h后，用与桩的设计承载力特征值两倍的压桩力进行复压，如果桩在复压时几乎不动，即可以此进行控制。

2）对于端承桩或磨擦端承桩，按终压力值进行控制：

○1对于桩长大于21米的端承磨擦桩，终压力值一般取桩的设计极限承载力；当桩周土为粘性土且灵敏度较高时，终压力可按设计极限承载力0.8～0.9倍。

○2当桩长小于21米，而大于14米时，终压力按设计极限承载力的1.1～1.4倍取值；

○3当桩长小于14米，终压力按设计极限承载力的1.4～1.6倍取值；

○4超载压桩时,一般不宜采用满载连续复压法,但在必要时可以进行复压；

4 施工中常遇到的问题

预应力混凝土管桩在静压施工中，常常遇到桩达不到设计标高，而桩压不下去的情况。产生这种现象的原因有以下几个：

○1桩端停在砂层中接桩，中途间断时间过长。

○2压桩机部分设备工作失灵，压桩停歇时间过长

○3施工降水过低，土体中孔隙水排出，压桩时失去超静水压力的“润滑作用”。

○4桩尖碰到夹砂层，压桩阻力突然增大，甚至超过压桩机能力而使桩机上抬。

○5桩尖遇到密实的粉土或粉细砂层时打桩会产生“假凝”现象，但间隔一段时间以后，又可继续打下去。

○6布桩密集或打桩顺序不当，使后大的无法达到设计深度，并使先打的桩上升涌起。

○7打桩间隔时间过长，摩阻力加大。

针对以上常遇问题，在施工时应避免桩端停在硬夹层中接桩，常常检查压桩设备，降水水位适当，以最大压桩力作用在桩顶，采取停车再开，忽停忽开的办法，使桩有可能缓慢下沉穿过硬夹层。打桩应注意顺序，减少向一侧挤密的现象，打桩应连续进行，不宜间歇时间过长，如必须间歇时，不宜超过24h。

在进行场地地质勘察时应根据建筑总平面图、建筑物类型、结构形式、平面尺寸及地下室范围、层数与层高、跨度与柱间距、荷载、基础变形要求等布置勘探点，对砂土和粉土尚应布置标准贯入、圆锥动力触探试验，为合理选择桩型和桩基持力层、估算单桩极限承载力和桩基沉降量、判断沉桩可能性等提供依据；设计时应合理选择持力层和桩长，合理划分桩的分节长度，尽力避免桩端停在硬夹层中进行接桩；为了避免桩基施工可能引起土的松弛效应和挤土效用对相邻基桩的不利影响，以及桩群效用对基桩承载力的不利影响，布桩时应该根据土质情况确定桩的最小中心距。

5 结语

静压桩的沉桩机理非常复杂，与土质、土层排列、硬土层厚度、桩数、桩距、施工顺序、进度等有关,有待进一步研究。静压桩施工中出现的问题也各种各样，对预应力混凝土管桩桩基质量进行检测时，可采用动测法检测桩身是否出现断裂等缺陷，检查桩数不宜少于总桩数的15%。经低应变动测法检查出的Ⅲ类桩，宜按Ⅲ类桩的30%进行高应变动测或按10%进行静载荷试验，经复测合格并经设计确认后可按合格桩使用，对不合格桩应采取可靠措施进行加固处理，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，对静压桩沉桩机理会有更深入的了解，为桩基施工提供更可靠的技术依据。