靜壓樁的沉樁機理及常見問題分析（二）
發布時間：2010-01-14 共1頁
3 終壓力與極限承載力
在靜壓樁施工完成后，土體中孔隙水壓力開始消散，土體發生固結強度逐漸恢復，上部樁柱穴區被充滿，中部樁滑移區消失，下部樁擠壓區壓力減小，這時樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從量的工程實踐看，粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時的終壓力要，在某些土體固結系數較高的軟土地區，靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一二倍，但是粘性土中的短樁，土體強度經一段時間的恢復，摩阻力雖有提高，但因樁身短，側摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不，最終極限承載力達不到樁的終壓力。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個不同的概念，一些初接觸靜壓樁的設計、施工人員往往將兩者混為一談。兩者數值上不一定相等，主要與樁長、樁周土及樁端土的性質有關，但兩者也有一定的聯系。汕頭市總結本地經驗提出了自己的做法,對一些設計承載力較高的工程,終壓力值宜盡量達到設計取值的1.5∽1.7倍,并視土質及布樁情況考慮復壓;對于14∽21m的中長樁,終壓力控制在設計值的1.7∽2倍以上,宜復壓3次;而小于14 m的短樁,終壓力控制在設計值的2∽2.5倍以上,并復壓3∽5次。
廣東省《靜壓樁基礎技術規程》編制組通過量樁基資料的統計分析，提出一個樁的極限承載力與終壓力之間的關系經驗公式：
當L≤14m時，Quk=αRsm =（0.6～0.85）Rsm
當14m＜L＜21m時，Quk=αRsm =（0.75～1.05）Rsm
當L≥21m時，Quk=αRsm =（1.0～1.20）Rsm
式中：Quk—靜壓樁單樁豎向極限承載力標準值
Rsm—靜壓樁的終壓力值
樁長一些，土質好一些，土體恢復系數α可取上限值；反之取下限值。這個經驗公式有下列兩個用途：一是已知終壓力、樁長及土質情況，可以粗估靜壓樁的極限承載力。如終壓力為3600KN，樁長7m，土體恢復系數取0.6，則估算樁的極限承載力Quk =0.6×3600=2160KN；二是已知單樁豎向極限承載力、樁長和土質情況，可選擇壓樁時的終壓力值。如樁長為7m，土體恢復系數取0.7，要求樁的極限承載力達2400KN，則終壓力值應為Rsm≥2400/0.7=3430KN，所以可選用3600KN壓樁機施壓。
4 常見質量事故分析及處理
總結土木建筑學會近年對一些靜壓樁工地質量事故進行咨詢處理的一些案例，如白云區蕭崗的華建苑工程，中山學住宅樓工程，農墾公司住宅樓工程，曉港中干警宿舍，世紀廣場商住樓工程等等,可以發現一些常見問題。
4.1 樁身上抬
由于靜壓樁是擠土樁，在場地樁數量較多，樁距較密的情況下，時常后壓的樁會對已壓的樁產生擠壓上抬，特別對于短樁，易形成所謂的吊腳樁。這種樁在做靜載試驗時，開始沉降較，曲線較陡，但當樁尖達到持力層，承載力又有明顯增加，沉降曲線又趨于平緩，這是樁身上抬的典型曲線。樁身上抬除了靜載沉降偏外，對樁而言可能會把接頭拉斷，樁尖脫空，同時增加對四周樁的水平擠壓力,導致樁傾斜偏位。在處理上施工前合理安排壓樁順序,同一單體建筑物一般要求先壓場地中央的樁,后壓周邊的樁;先壓持力層較深的樁,后壓較淺的樁。出現樁身上抬后一般采用復壓的辦法使樁基按正常使用，但對承受水平荷載的基礎要慎重。
4.2 引孔壓樁的問題
為了防止樁間的擠土效應太，或土質太硬而使樁身較短，施工中往往采用引孔壓樁的工藝 ，即先鉆比管樁略小規格的直徑鉆孔，深度是樁長的（2/3～1）L，然后將管樁沿預鉆孔壓下去。引孔應隨引隨壓，中間間隔時間不宜長，否則孔內積水，一是會軟化樁端土，待水消散后孔底會留有一定空隙；二是積水往樁外壁冒，削弱了樁的側摩阻力。
對于較硬土質中引孔壓樁還會有樁尖達不到引孔孔底的現象，施工完成后孔底積水使土體軟化，使承載力達不到設計要求。
4.3 樁端封口不實
當樁尖有縫隙，地下水水頭差的壓力可使樁外的水通過縫隙進入樁管內腔，若樁尖附近的土質是泥質土，遇水易軟化，從而直接影響樁的承載力。對于樁靴的焊接質量要求與端板間無間隙、錯位,保證焊縫飽滿,無氣孔。施焊對稱進行,焊拉時間控制得當,焊接完成后自然冷卻10分鐘左右方可施打,因高溫焊縫遇水后變脆,容易開裂。工程上比較有效的補救技術措施是采用“填芯混凝土”法，即在管樁施壓完畢后立即灌入高度為1.2m左右的C20細石混凝土封底，樁端不漏水，樁端附近水壓平衡，樁端土承受三相壓力，承載力能保持穩定。
4.4 樁頂(底)開裂
由于目前壓樁機越來越，最重可達6800KN，對于較硬土質，管樁有可能仍然壓不到設計標高，在反復復壓情況下,管樁樁身橫向產生強烈應力，如果樁還是按常規配箍筋，樁頂混泥土抗拉不足開裂，產生垂直裂縫，為處理帶來很困難。另一種情況就是管樁由軟弱土層突然進入硬持力層，沒有經過渡層,樁機油壓迅速升高,樁身受到瞬間沖擊力也容易引起樁頂開裂,如果硬持力層面不平整,樁靴卡不進土引起樁頭折斷破碎,樁機油壓又下降,再壓時壓力不穩定,吊線測量樁長發現比入土部分短。處理上事前改進樁尖形式(圓錐形樁尖易滑),事后用壓力灌漿把樁底破碎混凝土粘結住,適當折減承載力設計值。
4.5地質構造帶
廣州市區不少地段處在地質斷裂破碎帶上，如麓湖斷裂帶、瘦狗嶺斷裂帶等,在這些場地采用靜壓樁，由于受構造斷裂的影響，地層結構受到改變，破碎帶作為地下水通道常軟化持力層。壓樁時雖滿足終壓力及樁長要求,而靜載時樁又不合格。不合格樁長范圍可從8米至30米都會出現，與規程統計的經驗公式完全不符，在瘦狗嶺斷裂帶曾有壓樁長80米仍止不住,可見由于土體的破碎加上水的潤滑,土的抗剪強度基本散失,壓力不再隨樁長的增加而增加,這要特別引起重視。對于有軟硬夾層，尤其是硬夾層不厚的情況下，施工時樁尖到達硬夾層，由于超孔壓的反向作用，使樁的終壓力滿足設計要求，而施工完成后隨孔壓消散，土抗剪強度還沒恢復，靜載時樁尖土承受更的壓力，傳遞到軟弱下臥層后引起該層土壓縮增，進而樁頂下沉增加,位移不滿足要求。
4.6基坑開挖
由于靜壓樁逐漸用在高層建筑中,基坑開挖不可避免。應根據開挖深度考慮是否需要先圍護開挖再沉樁的方案。邊打樁邊開挖是不可取的,先打樁后開挖應考慮對稱均勻,如在中間開挖把土堆在周圍就會造成四周和中心的土體高差懸殊,同時超孔隙水壓及震動會使管樁傾斜或折斷,所以合理制定基坑開挖方案是必不可少的。
5 結語
靜壓樁的沉樁機理非常復雜，與土質、土層排列、硬土層厚度、樁數、樁距、施工順序、進度等有關,有待進一步研究。靜壓樁施工中出現的問題也各種各樣，最常用的處理方法是提高終壓力進行復壓。往往樁在做完靜載試驗發現不合格后，還要增加靜載試驗或應變檢測，以確定更范圍不合格樁數量分布。有時基坑已開挖，樁頭已鑿去位置難確定，壓樁機撤出現場，復壓或補樁有一定困難，這就要采取其它一些措施處理不合格樁，如灌漿補強、降低樁承載力標準或擴承臺等。相信隨著工程實踐的不斷豐富，能為靜壓樁規程的制定提供更多的素材。
（巖土）
在靜壓樁施工完成后，土體中孔隙水壓力開始消散，土體發生固結強度逐漸恢復，上部樁柱穴區被充滿，中部樁滑移區消失，下部樁擠壓區壓力減小，這時樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從量的工程實踐看，粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時的終壓力要，在某些土體固結系數較高的軟土地區，靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一二倍，但是粘性土中的短樁，土體強度經一段時間的恢復，摩阻力雖有提高，但因樁身短，側摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不，最終極限承載力達不到樁的終壓力。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個不同的概念，一些初接觸靜壓樁的設計、施工人員往往將兩者混為一談。兩者數值上不一定相等，主要與樁長、樁周土及樁端土的性質有關，但兩者也有一定的聯系。汕頭市總結本地經驗提出了自己的做法,對一些設計承載力較高的工程,終壓力值宜盡量達到設計取值的1.5∽1.7倍,并視土質及布樁情況考慮復壓;對于14∽21m的中長樁,終壓力控制在設計值的1.7∽2倍以上,宜復壓3次;而小于14 m的短樁,終壓力控制在設計值的2∽2.5倍以上,并復壓3∽5次。
廣東省《靜壓樁基礎技術規程》編制組通過量樁基資料的統計分析，提出一個樁的極限承載力與終壓力之間的關系經驗公式：
當L≤14m時，Quk=αRsm =（0.6～0.85）Rsm
當14m＜L＜21m時，Quk=αRsm =（0.75～1.05）Rsm
當L≥21m時，Quk=αRsm =（1.0～1.20）Rsm
式中：Quk—靜壓樁單樁豎向極限承載力標準值
Rsm—靜壓樁的終壓力值
樁長一些，土質好一些，土體恢復系數α可取上限值；反之取下限值。這個經驗公式有下列兩個用途：一是已知終壓力、樁長及土質情況，可以粗估靜壓樁的極限承載力。如終壓力為3600KN，樁長7m，土體恢復系數取0.6，則估算樁的極限承載力Quk =0.6×3600=2160KN；二是已知單樁豎向極限承載力、樁長和土質情況，可選擇壓樁時的終壓力值。如樁長為7m，土體恢復系數取0.7，要求樁的極限承載力達2400KN，則終壓力值應為Rsm≥2400/0.7=3430KN，所以可選用3600KN壓樁機施壓。
4 常見質量事故分析及處理
總結土木建筑學會近年對一些靜壓樁工地質量事故進行咨詢處理的一些案例，如白云區蕭崗的華建苑工程，中山學住宅樓工程，農墾公司住宅樓工程，曉港中干警宿舍，世紀廣場商住樓工程等等,可以發現一些常見問題。
4.1 樁身上抬
由于靜壓樁是擠土樁，在場地樁數量較多，樁距較密的情況下，時常后壓的樁會對已壓的樁產生擠壓上抬，特別對于短樁，易形成所謂的吊腳樁。這種樁在做靜載試驗時，開始沉降較，曲線較陡，但當樁尖達到持力層，承載力又有明顯增加，沉降曲線又趨于平緩，這是樁身上抬的典型曲線。樁身上抬除了靜載沉降偏外，對樁而言可能會把接頭拉斷，樁尖脫空，同時增加對四周樁的水平擠壓力,導致樁傾斜偏位。在處理上施工前合理安排壓樁順序,同一單體建筑物一般要求先壓場地中央的樁,后壓周邊的樁;先壓持力層較深的樁,后壓較淺的樁。出現樁身上抬后一般采用復壓的辦法使樁基按正常使用，但對承受水平荷載的基礎要慎重。
4.2 引孔壓樁的問題
為了防止樁間的擠土效應太，或土質太硬而使樁身較短，施工中往往采用引孔壓樁的工藝 ，即先鉆比管樁略小規格的直徑鉆孔，深度是樁長的（2/3～1）L，然后將管樁沿預鉆孔壓下去。引孔應隨引隨壓，中間間隔時間不宜長，否則孔內積水，一是會軟化樁端土，待水消散后孔底會留有一定空隙；二是積水往樁外壁冒，削弱了樁的側摩阻力。
對于較硬土質中引孔壓樁還會有樁尖達不到引孔孔底的現象，施工完成后孔底積水使土體軟化，使承載力達不到設計要求。
4.3 樁端封口不實
當樁尖有縫隙，地下水水頭差的壓力可使樁外的水通過縫隙進入樁管內腔，若樁尖附近的土質是泥質土，遇水易軟化，從而直接影響樁的承載力。對于樁靴的焊接質量要求與端板間無間隙、錯位,保證焊縫飽滿,無氣孔。施焊對稱進行,焊拉時間控制得當,焊接完成后自然冷卻10分鐘左右方可施打,因高溫焊縫遇水后變脆,容易開裂。工程上比較有效的補救技術措施是采用“填芯混凝土”法，即在管樁施壓完畢后立即灌入高度為1.2m左右的C20細石混凝土封底，樁端不漏水，樁端附近水壓平衡，樁端土承受三相壓力，承載力能保持穩定。
4.4 樁頂(底)開裂
由于目前壓樁機越來越，最重可達6800KN，對于較硬土質，管樁有可能仍然壓不到設計標高，在反復復壓情況下,管樁樁身橫向產生強烈應力，如果樁還是按常規配箍筋，樁頂混泥土抗拉不足開裂，產生垂直裂縫，為處理帶來很困難。另一種情況就是管樁由軟弱土層突然進入硬持力層，沒有經過渡層,樁機油壓迅速升高,樁身受到瞬間沖擊力也容易引起樁頂開裂,如果硬持力層面不平整,樁靴卡不進土引起樁頭折斷破碎,樁機油壓又下降,再壓時壓力不穩定,吊線測量樁長發現比入土部分短。處理上事前改進樁尖形式(圓錐形樁尖易滑),事后用壓力灌漿把樁底破碎混凝土粘結住,適當折減承載力設計值。
4.5地質構造帶
廣州市區不少地段處在地質斷裂破碎帶上，如麓湖斷裂帶、瘦狗嶺斷裂帶等,在這些場地采用靜壓樁，由于受構造斷裂的影響，地層結構受到改變，破碎帶作為地下水通道常軟化持力層。壓樁時雖滿足終壓力及樁長要求,而靜載時樁又不合格。不合格樁長范圍可從8米至30米都會出現，與規程統計的經驗公式完全不符，在瘦狗嶺斷裂帶曾有壓樁長80米仍止不住,可見由于土體的破碎加上水的潤滑,土的抗剪強度基本散失,壓力不再隨樁長的增加而增加,這要特別引起重視。對于有軟硬夾層，尤其是硬夾層不厚的情況下，施工時樁尖到達硬夾層，由于超孔壓的反向作用，使樁的終壓力滿足設計要求，而施工完成后隨孔壓消散，土抗剪強度還沒恢復，靜載時樁尖土承受更的壓力，傳遞到軟弱下臥層后引起該層土壓縮增，進而樁頂下沉增加,位移不滿足要求。
4.6基坑開挖
由于靜壓樁逐漸用在高層建筑中,基坑開挖不可避免。應根據開挖深度考慮是否需要先圍護開挖再沉樁的方案。邊打樁邊開挖是不可取的,先打樁后開挖應考慮對稱均勻,如在中間開挖把土堆在周圍就會造成四周和中心的土體高差懸殊,同時超孔隙水壓及震動會使管樁傾斜或折斷,所以合理制定基坑開挖方案是必不可少的。
5 結語
靜壓樁的沉樁機理非常復雜，與土質、土層排列、硬土層厚度、樁數、樁距、施工順序、進度等有關,有待進一步研究。靜壓樁施工中出現的問題也各種各樣，最常用的處理方法是提高終壓力進行復壓。往往樁在做完靜載試驗發現不合格后，還要增加靜載試驗或應變檢測，以確定更范圍不合格樁數量分布。有時基坑已開挖，樁頭已鑿去位置難確定，壓樁機撤出現場，復壓或補樁有一定困難，這就要采取其它一些措施處理不合格樁，如灌漿補強、降低樁承載力標準或擴承臺等。相信隨著工程實踐的不斷豐富，能為靜壓樁規程的制定提供更多的素材。
（巖土）
