前言：静压法施工是使用施工机械将混凝土预制桩压入土层中的一种施工方式，以这种方式进行施工的桩被称为静压桩。与其它桩相比，静压桩的优点很多，诸如施工无振动、无噪音，适宜在精密仪器用房、危房及河口堤岸附近地区施工。在施工过程中，可实时显示和记录压桩阻力，可对整个施工过程进行定量观察；还可以控制终压值，对单桩承载力进行预估。为此，笔者通过对预制桩沉桩机理及单桩承载力发挥的理论分析，结合亲身参与的桩基工程的实践资料，对压桩反力与单桩承载力之间的关系进行了探讨。

 

　　一、 静压桩的压桩机理

 

　　采用静压桩施工的地基一般含水量较高，孔隙较大，在桩受垂直静压过程中，桩尖直接使土产生冲剪破坏，伴随或先发生沿桩身土体的直接剪切破坏。孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生了超孔隙水压力，扰动了土体结构，使桩周约一倍桩径的一部分土体的抗剪强度降低，发生软化或稠化，出现土的重塑现象，从而可较易地连续将静压桩送入深部地基土层中。

 

　　桩尖锐角的大小对压桩时楔入土层的影响较为明显，一般宜取45°～55°，桩尖锐角愈小，桩尖对土层产生的冲剪作用愈显著并使压桩阻力越小。

 

　　二、预制桩单桩受力及承载机理

 

　　使用静压法施工时，竖向荷载会逐步的作用于桩顶，首先受到竖向压缩的是桩的上部，由于预制桩的整体性较好，桩身强度高，因此桩身的压缩量很小，在荷载的作用下，桩会出现向下位移的情况。同时，桩身表面受到桩周土的摩阻力作用，桩身荷载通过摩阻力向桩周土层传递，使桩身荷载和桩身压缩变形随着入土的深度发生递减。如果桩土的相对位移为零，桩身的侧摩阻力也为零。当桩身荷载继续加大时，其压缩量和位移也会随之增大，下部摩阻力就会逐步的发挥作用，部分荷载也因此被传递给桩端土层，在进一步的压缩下就会产生桩端阻力。同时，桩端土层的压缩也会使桩土的相对位移加大，桩侧摩阻力也得到发挥。发挥至极限之后，如果接着增加荷载，桩土的相对位移也会继续增大，在桩的总侧摩阻力保持不变的情况下，桩端阻力将会承担全部的荷载增量。在这种情况下，如果继续增大荷载，则会使桩端持力层大量压缩和塑性挤出，导致桩端阻力达到极限而破坏，此时静压桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。

 

　　三、静压桩机压桩反力与单桩承载力的关系分析

 

　　由静压桩的沉桩机理及承载机理，静压桩的压桩力与极限承载力之间存在着某种数学关系。据《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008[5]规定的方法，根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力的标准值，计算如下：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp（1）

 

　　式中：qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；qpk—极限端阻力标准值；li—桩穿越第i层土的厚度；u—桩身周长；Ap—桩身截面积。

 

　　由上述论述，静压桩在压入过程中需要克服的力包括压桩端阻力和桩侧动摩阻力，故而，静压桩的压桩力终值Pend应该是压桩端阻力与动侧摩阻力两者之和。用公式可作如下表示：Pend=mQpk+nQsk（2）

 

　　其中：Qpk—桩端阻力；Qsk—桩侧阻力；m—桩端阻力折减系数；n—动摩擦力与静摩擦力的比值。

 

　　为了寻求压桩力终值与静压桩承载力终值之间的关系，选取了若干工程实例进行比较研究，相关参数如表1所示。根据如表1所示的工程实例（桩尖持力层均为粘性土层），该式中的m值取0.82，n值取0.43时，该公式较接近工程实际，这一点从图1当中，能够较直观地反映出来，因而可以作为工程实践之参考。

 

　　从（2）式来看，成桩后的单桩承载力中，当桩端承载力Qpk所占比例大于34.4%时，则沉桩阻力以桩端阻力为主，当桩侧摩阻力Qsk占比例大于65.6%时，沉桩阻力以动侧摩阻力为主。总之，在桩基施工时，可根据勘查报告所提供的地基土性质预估单桩极限承载力，再将预估单桩桩端极限承载力Qpk和桩侧摩阻力Qsk代入式（2）式推得压桩力，从而作为桩基施工时确定压桩力及沉桩设备的参考依据。

 

　　四、研究二者关系的工程意义

 

　　以上关系式表明，如果桩尖持力层为粘性土层，静压桩压桩力值与承载力值的数值比应控制在0.82～0.43之间。这就是说，预制桩的压桩力与承载力之间的比值应介定于有限的范围之内，不能无限增大，也不能随意缩小。如果超出了这一特定范围，应及时查明原因，施工人员在施工中也要谨慎，积极采取措施来保证工程施工的安全和质量。从有关资料来看，在同一土层中，桩的压桩力变化幅度很小，桩尖阻力以克服桩体冲剪土体向下穿透时的桩端阻力为主，压桩时所记录的压桩力值可以证明这一点。压装力值与深度的递增没有直接的关系，当桩尖达到土层的分界面时才会发生相应的变化。在静压预制桩桩基工程中，由于工期比较紧迫，往往未经试桩和静载荷检测就进行施工，这时候就可以先计算出压桩力，然后再选择相应合适的桩机。来满足实际工程中的设计要求。

 

　　总结

 

　　综上所述，一方面，静压桩机压桩反力不同于单桩承载力的概念，它们之间的关系是一个变量；另一方面，静压桩机压桩反力与单桩承载力关系又更为复杂的。静压桩压桩力与桩端土的侧壁动摩阻力、抗冲剪阻力关系密切，端承柱的压桩力与承载力的比值比摩擦桩要大一些。静压桩的压桩力和承载力之间的相关性可以进行定量估算，如果是同一工程，可以通过静压桩的压桩力和桩端土的端阻力推算出单桩承载力。以持力层为粘性土为例，其压桩系数一般在0.50～0.70之间，方桩的长径较小及液性指数较大的时候压桩系数则比较小，反之则偏大。为了确保安全，压桩系数不能小于0.50。因此，对两者的关系进行研究，可以为静压桩的合理、安全施工提供参考。

 

　　汶川地震后，对中小学建筑物结构安全及抗震要求有了新的认知和要求。在贯彻落实国国务院办公厅【2009】34号《关于印发全国中小学校舍安全工程实施方案》的通知过程中，经调查广州周边地区（如萝岗、白云区等）中小学教学楼大都是上世纪90年代建设（层高五层或四层），地质均属珠三角海冲积平原，海相冲积层较厚，虽然建筑大都是混凝土框架结构，但都是单跨结构，不能满足现行学校抗震规范。我们在对这些学校加固过程，根据设计计算增加一跨，经过方案对比，采用静压预制反力方桩压入的作法效率提高，经济效益可观。满足了结构稳定和抗震要求。同时符合教育部等11家部委联合印发的《全国中小学校舍安全工程实施细则》。供参考补充写入。

 

　　参考文献：

 

　　[1]蒋跃楠，韩选江.静压桩终压力及单桩竖向承载力的相关性[J].南京工业大学学报，2006（5）.

 

　　[2]张九香.小断面静压预制桩在软土地层中的工程应用研究[D].上海：同济大学，2004.

 

　　[3]赵武.静压桩施工技术与常见问题分析探讨[J].黑龙江科技信息，2010（30）.

 

　　[4]刘景云，王洪兴，张连波.静压桩终压力值与承载力关系研究[J].低温建筑技术，2009（1）.

 

　　[5]刘刚.黄土地区单桩极限承载力预测及计算[D].成都：西南交通大学，2008.