沉桩

沉桩（共5篇）

1.沉桩 篇一

PHC管桩的沉桩有哪些工艺原理?

PHC管桩的沉桩工艺有锤击和静压两种，

静压施工法是通过压桩机的自重和桩架上的配重作反力将PHC管桩压入土中的一种沉桩工艺，在沉桩过程中，压桩力可直观、安全、准确地读出并自动记录下来，因而对桩承载力控制及判断精确度高; 桩身质量及沉桩长度可用直接手段进行监测，人为干扰因素少，难以弄虚作假。因此，静压法单桩承载力比锤击法可靠，沉桩质量深得业主的信赖，

静压施工法无震动，无噪音，很适合在市区及其他对噪音、震动有限制的地点施工。如学校、医院、办公大院及住宅小区等附近区域内施工均可采用静力压桩，以使附近单位和居民的正常工作、生活环境不受噪音、震动干扰。在环保意识日益增强的现代社会，静压法施工这一优势将会得到进一步的体现。

静压法施工工程造价费用高，所以它的应用频率相比锤击法沉桩还是很低的，常见的大多是锤击法沉桩。

2.沉桩 篇二

静压预制桩是依靠机械设备对预制混凝土桩施加的垂直压力,把桩身压入地基土中形成复合地基,达到提高地基整体承载力的目的。与打入桩相比较,静压桩具有节省材料、无振动、低噪声等优点,所以静压施工法得到较快发展。同时静压桩没有人工挖孔桩的施工抽水引起的危害和钻孔桩施工泥浆满地的烦恼,很适合城市地区使用。所以一些发展前沿城市的工业与民用建筑的基础工程中,静压桩在三大桩基(钻孔灌注桩、人工挖孔桩和预制桩)中已经占到65%。

2 静压桩的成桩机理

事实上,静压桩的施工终压力与极限承载力是两个不同概念,不仅性质不同,而且数值大小也会不同。静压桩在静压力的作用下沉入地基土中时,桩侧表面与桩周土体摩擦力是滑动摩擦力,这种滑动摩擦力特别小,而且在同一土层中基本保持不变,不随桩身入土深度的增大而累计增大,这从压桩贯入阻力曲线即可看出,压桩阻力是随桩端处土体的软硬程度即桩端处土体的抗冲剪阻力的大小而波动,静压桩沉桩穿越土层一般是软弱松散的,含水量较高,孔隙比较大,当静压桩垂直受力下沉时,桩尖直接使土体产生冲剪破坏,同时桩周土体也产生剪切挤压破坏,孔隙水受冲剪挤压作用形成不均匀水头,产生了超孔隙水压力。这样扰动了土体结构,使桩周的一倍桩径范围内的土体抗剪强度降低,黏性土发生稠化,粉土、砂土发生软化。压桩一旦终止,随着时间的推移,超孔隙水压力会慢慢消散,桩周土体固结,土的抗剪强度逐渐恢复,甚至超过原始强度。土体基本恢复后,原来施工下沉时桩侧的滑动摩擦力变成承载时的静摩擦力,静压桩才获得工程上所需要的所谓特征承载力。根据统计数据分析,静压桩的极限承载力中,不管桩尖持力层是黏性土层、粉土层、砂土层还是风化岩层,桩端所能提供的端承力约为终压力的45%～55%,其余部分要靠桩周土体抗剪强度的恢复来补充,根据许多静压桩的试验资料分析,静压桩属于端承摩擦桩或摩擦端承桩时,当长细比大概为50时,桩极限承载力约等于桩的终压力值;长细比大于60时,桩的极限承载力一般大于终压力值;长细比小于40时,极限承载力就会小于终压力值。

3 试验

3.1 模型试验介绍

3.1.1 总体装置

本模型试验总体装置主要由加压装置、反力装置、模型箱及测读系统组成。加压装置由千斤顶、量力环和压力表组成;测读系统主要由应变测量仪、各种型号的土压力盒、沉降标等组成。

1)加载机采用的是瑞士生产的Amsler脉冲试验机(见图1),主要用来对结构构件进行波动应力疲劳试验或静载荷试验,静载荷试验时可多点同步加载,同时还具有荷载保持功能。

主要技术指标如下:a.脉冲量:400 cm3/次;b.频率:200次/min～800次/min,无级调速;c.脉冲千斤顶:50 kN/100 kN,100 kN/200 kN,250 kN/500 kN,500 kN/1 000 kN四种(见图2)。摆式测力计量程有1/10,1/4,1/2,1四种。所加荷载通过脉冲试验机的表盘就可以直接读出,每级荷载加载精度可以满足试验的要求。

2)百分表与数据采集仪。百分表:量程为5 cm,最小分辨率均为0.01 mm(如图3所示)。

数据采集仪:该应变采集仪的通道多达100个,能够满足试验测点的数量要求,并实现了与电脑的连接,试验中可对应变值进行实时观测,同时还具有数据的自动采集和自动分析功能,为试验提供了极大的方便(如图4所示)。

3.1.2 模型箱

试验所用模型箱是一个长80 cm,宽80 cm,高120 cm由钢板和有机玻璃连接而成的方箱,模型箱内填的砂为天然砂。

3.1.3 模型桩

每根模型桩沿长度方向每隔10 cm对称粘贴应变片,见图5。

3.2 试验过程

我们将沉降点布置在地面处,每组荷载加载后10 min读百分表和数据采集仪,读数开始后15 min加第二级荷载(即每级荷载间隔时间为15 min,读数为5 min),卸载完后10 min时读卸载读数。

3.3 试验结果

试验结果见表1,表2。

4 结语

1)由模型单桩垂直荷载试验数据的拟合分析,所得各级荷载作用下竖向土阻力f1沿深度z的变化符合函数方程:

f1=3.303ue-3 462u。

2)由本次砂箱中模型静压预制成桩垂直荷载试验,所取得的桩、土荷载的资料来看,试验所得数据基本合乎规律,试验比较正确。

摘要：结合静压桩的优点,阐述了静压桩的成桩机理,介绍了砂层中静压预制沉桩模型试验,通过逐级加荷的方式,考虑砂土密度,桩身表面粗糙度等因素来研究静压预制桩的荷载传递特性,并得出相关结论。

关键词：静压桩,成桩机理,模型试验,荷载

参考文献

[1]吴炳.桩和桩基的刚度系数及其应用——桥梁墩台桩基的计算方法[J].桥梁建设,1977(3):52-54.

[2]卢世深,林亚超,王邦楣.桥梁地基基础试验[M].北京:中国铁道出版社,1984.

3.沉桩 篇三

【关键词】沉桩工艺；建筑施工；应用

当前，我国的建筑施工中，混凝土施工成为了非常重要的组成部分，同时在混凝土沉桩施工方面也做出了相关的规定，同时这些规定也在施工当中得到了非常广泛的应用，同时也在施工的过程中实现了很好的效果。笔者结合自己的实际经验对此施工工艺进行相应的阐述。

1、初期打桩准备

在预制桩的施工建设当中能够采用的施工方法有很多，但是无论采用哪种施工方式，都需要在施工的前期做好打桩的准备，所以在施工的过程中一定要对每一个环节都进行严格的控制，通常我们所说的打桩准备就是打桩工艺在施工之前的准备工作，这个环节当中的施工质量会对之后的施工质量产生非常重要的影响，通常的情况下在施工的过程中，在不影响施工质量的情况下，施工人员在进行桩基施工的过程中经常会采取拼装的方式来完成，拼装施工能够有效的提高施工的效率，从而更好的保证施工期限能够达到施工的标准和要求，为了能够更好的保证施工的质量，在施工之前应该先对施工地点按照施工的需要进行适当的清理，同时要对运输通道内部的一些影响车辆运行的障碍物进行及时的清理，在施工之前要对施工现场的排水设施进行检查，保证施工的排水顺畅无阻，同时还要对施工环节中的各个参考数据进行反复的测量和校正，这样才能充分的减少重复施工的可能。

1.1桩位及打桩顺序的确定

在打桩施工的过程中，桩位的准确性对施工质量有着非常大的影响，同时，如果不能很好的保证施工的质量也无法保证施工的时间，通常的情况下桩位的确定和施工现场的具体情况有着非常密切的联系，所以在测量的过程中一定要选择适当的技术保证测量的准确性，从而提高了打桩的质量。

在确定了桩位的具体位置之后就要按照施工的要求进行打桩顺序的确认，这一施工工艺当中的施工顺序很大程度上都和挤土有关，所以在施工的时候还要充分考虑到挤土的方向，施工顺序的选择还要根据施工情况的不同来进行适当的调整。

1.2水准点的设置

为了能够对桩的具体位置进行有效的控制，在施工当中要设置一定的水准点，这样就能够更好的保证施工的过程中桩基的位置不会因为施工程序的欠缺而发生位置的变动，这样也就给整个施工带来了很大的质量保障，在当前的很多桩基施工当中都设置两个甚至多个水准点，从而能够更好的对桩位进行有效的控制，保证施工的质量。

2、打桩技术

打桩技术在施工的过程中是一个最重要的环节，打桩技术采用的是否合理对整个打桩的质量有着极其关键的影响，甚至可以说起到了决定性的作用，以下笔者对这项技术进行简要的介绍。

在进行打桩施工的过程中，要将已经安装好的打桩机放到指定的位置上，然后要按照相应的要求对桩锤和桩帽进行安装，在安装的过程中要保证其牢固性，同时还要对桩基的稳定性进行有效的控制，然后，就是要使用钢架上的钢丝绳将整个预备桩吊起来，使其保持在垂直的状态上，然后就是要根据施工的要求将预备桩吊到指定的位置上，同时还不能发生位移，在桩下落的过程中速度一定要慢，同时还要对操作的误差进行有效的控制，只有这样才能更加有效的保证桩的位置能够符合施工的标准和需要。

2.2打桩中需要注意的事项

正式打桩时，对桩的锤击力度要适当，尽量减小锤的落距；锤击过程中，等到桩插入土中的深度为1-2m时，要稳定住桩靴，避免桩发生偏斜；随后，等到桩靴完全稳定之后，再慢慢、合理的增大锤击力度和锤击落距。预制桩锤击时，如果桩的类型属混凝土管桩，那么锤击的最大落距不能超过1.5m，如果锤击时采用了落锤的方式，那么锤的最大落距不应超过1m。

另外，打桩过程中可能会因为工艺影响造成桩位附近土体发生隆起、位移等现象，致使桩位及施工场地附近的地下管线、道路等发生结构损坏，对人们的生活造成影响。为了避免这一现象发生，施工时应结合现场实际采取适当措施来对打桩进行控制，常见的方法有挖设震沟、控制好打桩速度、做好地下矿井排水等等。

3、做好打桩记录

打桩工程是一项隐蔽工程，为确保工程质量，分析处理打桩工程中常见的质量事故和为工程质量验收提供重要依据，必须对每根桩的施打进行测量并作记录。记录项目要包括锤击数、锤落距、最终贯入度、桩顶标高、偏位等。

如用落锤、单动汽锤或柴油打桩锤，在开始打桩时，即应测量记录桩身每沉落lm所需要的锤击次数以及桩锤落距的平均高度。在桩下沉接近设计标高时，应在规定落距下，每一阵（每10击为一阵）后测量其贯入度，当其数值达到或小于设计所要求的贯入度时，打桩即可停止。

4、打桩的质量控制

打桩常见的质量通病有桩顶碎裂、桩身断裂、桩身跳动回弹和桩顶位移。这些质量问题可能是由于施工前的障碍物排除不当、桩质量不符合要求、施工过程中桩锤选择不当、沉桩顺序出现问题或者贯入度不够引起。因此要对打桩进行严格的质量控制。

对打桩进行质量控制主要是使贯入度与沉桩标高满足设计要求，保证桩顶和桩身完好，另一方面是确保打入后的桩的偏差未超出允许范围。打桩的控制原则是，对于桩靴位于坚硬、硬塑的黏性土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时，以贯入度控制为主，也可以桩靴进入持力层深度或桩靴标高作为参考。贯入度是指每锤击一次桩的入土深度，而在打桩过程中常指最后贯入度，即最后一击桩的入土深度。实际施工中一般是采用最后10击桩的平均入土深度作为最后贯入度。测量最后的贯入度应在桩顶没有破坏、锤击没有偏心、锤的落距符合规定、桩帽和弹性垫层正常的条件下进行。如果沉桩尚未到达设计标高，而贯入度突然变小，则可能土层中夹有硬土层，或遇到孤石等障碍物，此时切勿盲目击打，应会同设计勘探部门共同研究解决。当出现了上述问题时，工程人员要做好记录，及时上报，并采取合理的补救措旋，防止问题扩大，修复或解决完成后也要做好记录，以备后续检查。

5、结语

在钢筋混凝土预制桩的施工当中，一定要注意对各项施工的有效控制，因为每一个施工环节对桩体的施工质量来说都是非常重要的，同时这项技术也是建筑施工当中非常重要的一项技术，只有提高了这项施工的质量才能更好的提高建筑整体施工的可靠性和安全性，从而也改进了建筑的施工质量。

参考文献

[1]姚慈辉，刘丽.水上钢管桩沉桩工艺[J].建筑技术，2004（03）

4.沉桩 篇四

沉桩挤土效应的影响范围和挤土的作用力是相当大的, 特别是在饱和的软土地区, 对基础埋深浅、结构差的建筑物和对变形敏感的地下管线等危害更大。现代化城市中大量的市政基础设施如地下铁道、合流污水渠道、煤气、供水电、通讯等管线都埋在地下, 如果在这些设施或其他一些建构筑物附近进行沉桩施工时, 沉桩挤土效应会对其产生很大影响。当将PHC管桩用作支护桩时, 在确定桩间距时就必须考虑沉桩挤土效应, 同时在基坑开挖过程中也要考虑挤土效应。所以研究PHC管桩的挤土效益以及其影响和预防措施是十分必要的。

1 沉桩挤土机理

沉桩施工时, 往往由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动, 改变了土体的应力状态, 相当于桩体积的土体向四周排挤, 成了桩周颗粒的复杂运动, 使桩周土体发生变化 (桩周土体变化状况如图1所示) , 这种变化主要表现为径向位移, 桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压, 桩周土体接近于“非压缩性”, 产生较大的剪切变形, 形成具有很高孔隙水压力的扰动重塑区, 降低了土的不排水抗剪强度, 促使桩周邻近土体会因不排水剪切而破坏, 与桩体积等量的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和隆起。

在地面附近的土体是向上隆起, 而在地面以下较深层土体, 由于覆盖土层压力作用不能向上隆起, 就向水平方向挤压。由于群桩施工中的迭加作用, 会使已打入桩和邻近管线产生较大侧向位移和上浮。桩群越密越大, 土的位移也越大。特别是在饱和粘性土地基中打入大批密集的桩群时, 桩周土体会产生比较大的应力和位移, 同时产生很高的超孔隙水压力。由于粘性土体的渗透系数小, 因而引起的超孔隙水压力消散慢, 对建设工程或周围环境带来较严重的不利影响, 沉桩产生的土体垂直位移和水平位移, 对邻近建筑物或管线的影响也可能会非常严重。

2 挤土效应对工程环境的影响

根据挤土效应的大小, 可把桩分为:挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩三类。挤土桩通常是指预制钢筋混凝土桩、木桩、沉管灌注桩等;非挤土桩如钻孔灌注桩、挖孔桩等;部分挤土桩如开口钢管桩、H型钢桩等。沉桩对环境的影响, 主要也是由于桩的挤土效应造成的, 桩土体积等代率越大, 其危害越大。

沉桩挤土效应对实际工程产生的影响主要表在以下几个方面:

⑴桩的抬高、挠曲及折断。排挤土要置换大量体积的土, 特别是桩密集的情况下, 打桩区内地面将会隆起或抬高, 若在饱和的软土中沉桩, 桩周土体中会产生很高的孔隙水压力, 这有可能使土液化, 进而使先打入的桩浮起。对于挤土桩而言, 有时前桩还没有凝结, 便受到后桩的挤土作用发生挠曲或断裂, 从而造成工程事故;

⑵打桩与基坑开挖相互影响。基坑开挖时大量卸载, 由于桩间土体中贮存着很大的挤土压力在瞬间释放, 导致工程桩上抬和产生与挖土方向一致的位移;

⑶在边坡或边坡附近沉桩时, 由于两边阻力不同, 可能会造成桩的位移, 继而会影响边坡的稳定性;

⑷桩后期承载力变化。对桩周土体来说, 由于沉桩过程是一个不排水的挤压过程, 所以桩周土体中存在着很高的孔隙水压力。当沉桩结束后, 孔隙水压力慢慢消散, 土体会发生再固结, 而再固结导致有效应力增加, 桩和土之间的摩擦力也随之增加, 因此单桩承载力也随着时间而逐渐增加。但是, 再固结又会导致桩间土土面下沉, 使得承台底面与土面脱离, 影响桩土的共同工作。

3 PHC管桩的挤土效应

PHC管桩有开口管桩和闭口管桩之分, 对于闭口PHC管桩, 其挤土效应与其它的实心桩挤土效应类似, 都属于完全挤土桩, 在此不再赘述。而对于开口PHC管桩而言, 其截面为空心环形管状, 故挤土效应与其它实心桩的挤土效应不同, 下面将详细分析开口PHC管桩的挤土效益。

开口PHC管桩在沉入土中时, 会产生“土塞”。“土塞”是开口管桩在承载力作用机理中区别于实心桩或闭口桩的最显著的特征。“土塞”从不完全闭塞发展到完全闭塞的过程是开口管桩从部分挤土桩发展为完全挤土桩的过程。在形成“土塞”前, 开口管桩属于部分挤土效应, 这是因为:在开口管桩沉桩过程中, 由于桩端土受挤压, 有一部分土进入管内形成“土芯”, 另一部分土则被挤向桩周, 这时挤土效应是部分的、不完全的。进入管内的土柱随着沉桩过程进行由不完全闭塞逐渐转化为完全闭塞状态的, 挤土效应也是随着闭塞效应同步发展的。沉桩初期, 土芯未受到压缩, 随着沉桩的继续深入, 进入桩管内的土芯不断增高, 土芯与桩内壁的摩阻力开始发挥作用, 土芯下部的土被压实。当土芯到达一定高度后, 由于管桩内壁与土芯的摩阻力作用, 产生了封闭效应, 即形成了“土塞”, 这时的开口桩的挤土效益就类似于闭口桩。

一般而言, 开口管桩内的土芯高度会小于管桩的打入深度。同时, 管桩内土芯大致可以分为两部分:完全压实和非完全压实。前人通过试验证明, 土芯的高度及闭塞效果与土性、桩径、壁厚、桩的入上深度、桩的入土方法及加载速率等诸多因素有关。

由于PHC管桩“土塞效应”的存在, 根据小孔扩张理论, 在确定塑性区半径与扩张孔半径比R/Ri时, 小孔初始半径可取PHC管桩的外半径凡与内半径凡的均值, 即Ri= (R1+R2) /2, 得出:

从式 (1) 可以看出, 小孔扩张压力几与小孔初始半径无关, 而仅取决于土的弹性模量E和不排水抗剪强度cu。

4 PHC管桩挤土效应对基坑的影晌

PHC管桩作为支护桩, 其挤土效应对基坑有较大的影响。从式 (1) 可以看出, 当土的性质确定后, 塑性区半径与扩张小孔半径之比R/Ri为一定值。在不排水条件下, μ=0.5;R/Ri仅与土的刚度E/cu比有关, 如图2所示。

从塑性区半径与刚度比关系的分析不难理解, 由于PHC管桩的桩距如果太小, 桩间土有可能全部进入塑性状态, 土的强度因扰动反而降低。塑性区半径的分析, 对于合理选择桩距是有一定参考价值的。

将公式 (1) 绘制成扩张压Pu/cu与刚度比E/cu之间的关系, 如图3所示。从图中可以看出, 当刚度比较小时, 扩张压力的变化比较大, 刚度比超过600时, 扩张压力的变化逐渐减少:当刚度比超过1200时, 扩张压力趋紧近于一个渐进值Pu/cu≈7.5。从而可以估计出沉桩时桩对土的最大挤压力 (Pu) max=7.5cu。

PHC管桩在沉入土体中后, 对周围的土体存在着挤压力。当基坑被开挖时, 靠近工程桩PHC管桩一侧的挤压力被释放, 桩体将发生变形, 向卸土一方产生水平位移。试验和实践证明, 一般情况下分层开挖时的PHC管桩的内力和位移都比一次开挖到底的内力和位移值小。锚杆的施加能调节PHC管桩桩身的位移和弯矩, 没有施加锚杆时的PHC管桩桩身水平位移和桩身弯矩均比施加了锚杆的桩身水平位移和桩身弯矩大。

5 减小挤土效应影响的措施

PHC管桩的挤土效应对基坑的支护有较大影响。PHC管桩在基坑支护工程的间距受桩体挤土效应的影响, 且PHC管桩的挤土效应使开挖后的桩身位移和弯矩同时增大, 这对基坑支护很不利, 可通过设置锚杆来调节桩身的位移和弯矩, 控制桩身位移和弯矩在一定范围内。另外, 可以采取下列措施减小其挤土效益:

⑴控制布桩密度, 对桩距较密部分的管桩可采用预钻孔沉桩方法, 施工时应随钻随打, 或采用间隔跳打法, 但在施工过程中严禁形成封闭桩。

⑵控制沉桩速率, 一般控制在1m/min左右, 并根据桩的入土深度, 宜先长后短、先高后低, 日成桩量控制在3根/天。

⑶建议在PHC桩施工时设置减震沟、应力释放孔, 合理控制施工速度, 从而使沉桩挤土效应的不良影响得到减小。

⑷控制施工过程中停歇时间, 避免由于停歇时间过长, 摩擦力增大影响桩机施工, 造成沉桩困难。同时, 应避免在砂质粉土、砂土等硬土层中焊接, 制订合理的桩长组合, 合理确定桩体组合长度, 避免接头处于土层分界处及土层活动较多处, 以防土层活动时对桩身造成破坏。

⑸沉桩过程中加强邻近建筑物、地下管线的观测、监护, 并预备应急措施。

⑹施工人员必须持证上岗, 遵照桩机操作规程进行施工。工过程中应经常对照地质勘察报告, 遇到特殊地质条件或管桩难穿透的粉砂层时, 应格外注意沉桩应力的控制。

具体施工要根据具体工程现场的情况选取适当的防护措施, 施工过程中如能进一步挖掘和充分利用挤土效应, 节省投资, 方便沉桩, 则优势就更明显。

摘要：PHC管桩为挤土沉桩模式, 则沉桩过程中的挤土效应研究对设计、施工具有重要意义。通过研究PHC管桩的挤土机理和效应, 分析了PHC管桩的挤土效益对环境和工程的影响, 提出了一些预防措施以减小桩的挤土效益带来的危害。

关键词：PHC管桩,挤土效应,预防措施

参考文献

[1]中国建筑科学研究院.JGJ94—94建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 1995.

[2]中华人民共和国建设部.GB50007—2002建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 1995.

[3]杨生彬.李友东.PHC管桩挤土效应试验研究[J].岩土工程技术, 2006 (3) .

[4]周建凡.PHC管桩在深基坑工程中的应用研究.武汉理工大学硕士学位论文.2007.

5.沉桩 篇五

在杭州东部及与之相邻的余杭、萧山、海宁等地区, 地面下20m广泛分布着一大片饱和的砂粉土 (砂质粉土和粘质粉土) , 该土层分布稳定, 厚度较大, 工程力学性质较好 (静力触探qc=5000～9000kPa) , 这一地区内的多层住宅、厂房、公建等建筑物桩基础一般均以该层为持力层。

笔者近年在区内多个工地试打桩时, 发现同一场地锤击式管桩的贯入度偏大、沉桩速率较快, 而同类型的静压式管桩又常发生沉桩困难 (如沉桩瞬间压力大、沉不到标高、断桩等) 。通过对该区部分静载试验资料分析对比, 发现锤击式管桩的极限承载力比同类型的静压式管桩一般偏小5%～25%, 且与桩的休止期有关。

因此, 了解管桩在砂粉土中的工作性状, 分析砂粉土中沉桩方式对承载力的影响因素, 对优化砂粉土地基中桩基础的设计与施工有重要意义。

2. 影响因素分析

2.1 桩对砂粉土的挤密分析

2.1.1 静压闭口桩的挤土效应

密实度变化分析:当桩静力压入层过程中, 桩周土体受到径向挤压, 土压力和孔隙水压力升高, 由于砂粉土一般存在较高的渗透性 (10-4cm/s) , 故孔隙水会较快排出, 而土的孔隙比会逐步减小, 密实度逐步增大。如果不计土层在沉桩过程中的厚度 (体积) 变化 (下同) , 当布桩密度 (即布桩率) 为m时, 土体中的平均孔隙比即由е0降为е1, 以公式表示为:

假设沉桩前土体的孔隙比为е0=0.95, 布桩密度为5%, 那么沉桩后土体的孔隙比降为е1=0.777, 即密实度由稍密状加密为中密状;假设沉桩前的孔隙比为е0=0.80, 布桩密度仍为5%, 那么沉桩后土体的孔隙降为е1=0.651, 即密实度由中密状加密至密实状。

应力变化分析:沉桩过程中假定桩尖到达处土体按“球穴扩张”, 即在半径为R范围内产生塑性区, 其外界是弹性区, 此时由于球穴扩张压在弹塑性交界的半径R处产生水平应力σR。据相关资料表明, 在桩周土体的塑性区内, 桩周土水平应力σR随着远离桩体的射线方向递减, 而随着桩周土体的体积收缩, 桩周土的孔隙比是沿着远离桩体的射线方向递增的, 直至接近天然孔隙比。即离桩越近, 土体产生的水平应力σR越大, 土被挤密的程度越大。这种桩周应力和密度的梯度分布状态, 有利于桩侧极限阻力的发挥, 即侧阻挤土效应系数等于1。简化为平面问题时可用公式表示为:

式中:d—桩体的有效直径;

R-距桩中心的距离 (挤密影响半径) ;

σd—距桩中心d/2处的水平应力;

σR—距桩中心R处的水平应力;

Cc—土的压缩指数;

ed—距桩中心d/2处土的孔隙比;

eR—距桩中心R处土的孔隙比。

2.1.2 静压开口桩的挤土效应

当开口桩静力压入砂粉土层时, 总会有部分桩端土进入管内, 由于砂粉土的内摩擦角较大, 粘聚力较小, 易在静压力下被挤密, 所以开口管桩在砂粉土中容易较早形成“土塞”, 随着桩端的阻力不断增大, “土塞”长度会不断增加, 且随着桩端阻力的作用, “土塞”变得越来越密实, 最终使端土处于完全闭塞状态, 即形成“全土塞”, 因此其端阻力发挥值与闭口桩基本相似;另外, 静压开口管桩, 其桩侧土的水平应力和密度变化亦与静压闭口管桩相似, 因而桩周水平应力梯度和密度梯度亦能得到保留, 即侧阻挤土效应系数等于或近似于1。

以P H C 5 0 0 (1 0 0) 为例, 当布桩密度为5%时, 假设沉桩前的孔隙比e0=0.95, 如果静压沉桩后进入桩管内的“土塞”长度占桩长的25%, 那么实际布桩密度相当于4.2%, 沉桩后桩侧土体的平均孔隙比下降至0.802。

2.1.3 锤击闭口桩的挤土效应

锤击式沉桩与静压式沉桩不同的是, 锤击式沉桩产生的瞬间, 动压应力使土体内产生很高的超孔隙水压力, 反复振动会导致稍密及中密的砂粉土产生液化, 以致桩周土体水平应力场和密度结构被破坏。虽然沉桩结束后随着超孔隙水压力的逐步消散, 砂粉土的密度也会逐步固结提高, 但桩周水平应力梯度和密度梯度却难以恢复如初, 因而锤击闭口桩的侧摩阻力发挥要低于静压闭口桩。

2.1.4 锤击开口桩的挤土效应

锤击式沉桩会使稍密及中密的砂粉土产生液化, 即使是在7℃地震作用下不液化的砂粉土, 在反复锤击震动作用下也可能产生液化, 此时在压应力作用下桩端液化土会迅速涌入桩管内, 造成实际布桩密度低于理论布桩密度, 即侧阻挤土效应系数小于1, 因而锤击开口桩对桩侧土体的挤密程度要低于静压开口桩。

以P H C 5 0 0 (1 0 0) 为例, 布桩密度5%, 假设沉桩前的土体孔隙比为e0=0.95, 如果液化砂粉土涌入管内长度占桩长50%的话, 那么实际布桩密度仅相当于3.4%。沉桩后桩侧土体的平均孔隙比降至0.829, 由此可见桩侧土体的加密程度低于静压开口桩。

2.2 桩管内“土塞”与闭塞效应分析

“土塞”的形成是一个极其复杂的过程, 会受到沉桩过程中孔隙水压力变化、剪切时的体积变化、振动、扰动等因素的影响。一般来讲, 静压沉桩过程中, 桩端土的一部分将进入管内形成“土塞”, “土塞”在端阻力作用下挤密, 呈超固结状态。也就是说, 压桩过程就是“土塞”的逐步形成及其结构强度不断增加的过程。据相关资料表明, 静压桩管内“土塞”结构强度一般能增加到对应原状土的1.5～2.0倍。所以, 只要桩端不是刚进入一个阻力明显增大的土体, “土塞”完全能胜任阻挡桩端下土体继续挤入的重任, 也就是说桩端闭塞效应系数等于或近似于1。

锤击沉桩过程中, 由于桩管反复振动, 扰动了“土塞”, 使其固结度和密实度不如静压形成的“土塞”。据相关资料表明, 锤击桩管内“土塞”结构强度大多与原状土相当, 最强的只能比原状土提高50%, 液化后甚至连原状土固结强度都达不到。所以, 尽管其形成的“土塞”长度较长, 但桩端土的闭塞程度较差, 因而其桩端闭塞效应系数小于1。

2.3 沉桩后桩和土保留的预压应力分析

尽管静压沉桩和锤击沉桩都作用压应力给桩和土, 甚至锤击沉桩时的瞬间压应力更大, 但静压沉桩后保留下来的压应力却更多些。埋有测力元件的静压桩静载试验资料表明:静压沉桩结束后, 有50%以上的端阻力仍保留在桩端部位, 只要载荷试验不接近极限, 其沉降量一般很小;锤击桩虽没有直接测力试验资料, 但锤击桩静载荷试验时桩顶沉降一般较大。因为判断桩的极限承载力高低取决于桩顶的沉降速率和总沉降量, 所以沉降量较大的锤击桩承载力较低。

3 结束语

砂粉土地基中管桩的极限承载力除与其力学性有关外, 还与沉桩方式有关。由于上述综合因素的影响, 造成了同类型锤击桩的极限承载力低于静压桩。据分析, 锤击桩的极限承载力要比静压桩偏低5%～25%。

砂粉土地基中锤击桩的极限承载力偏低程度存在一定的时效性, 即休止期较短时, 测得的承载力相差较大, 休止期较长时, 测得的承载力相差较小。据分析, 休止期达到25天时, 极限承载力相差一般仅在5%左右, 因此《建筑基桩检测技术规范》JGJ106—2003所规定的砂粉土休止期为7～10天, 此时所测得的承载力要比该桩实际承载力偏低, 趋于保守。