1.前言

 

　　PHC管桩沉桩过程中，桩端土一部分被排向桩周，另一部分涌入管桩内形成土塞，由于土塞与管桩内壁之间存在复杂的相互作用，导致了PHC静压管桩土塞效应的机理比较复杂，而且土塞与管壁的内摩阻力难以用理论计算公式精确地计算出来。现行的《建筑桩基技术规范》中基于土塞效应的单桩极限承载力计算公式计算出的极限承载力计算值往往比静载实测的试验值偏小，由于土塞的存在，使得桩侧阻力与桩端阻力和闭口桩相应值存在区别。直接利用规范或勘察报告给出的值不完全合理，所以对PHC管桩的土塞效应研究是非常必要的。

 

　　2.土塞的受力

 

　　不排水条件情况下，土塞的端阻力（1）；β为水平有效应力与竖向有效应力之比，d为内径，为土塞的有效高度，h土塞的有效高度，文献【1】根据打桩前土层与打桩后土塞的静力触探阻力的比较，认为有效高度h取10径为宜，由于钢管桩和混凝土管桩内壁的光滑程度是不同的，结合土塞实测值有效高度h=0.25H，带入公式（1）化简得，（2）H为土塞的高度；完全排水条件情况下，土塞的端阻力（3）；文【2】介绍了β的计算公式，

 

　　。文【3】做出了β与PLR的经验公式，（4）在排水条件下，在桩端部分的土塞将产生拱效应，拱效应的将产生很大的内摩阻力，这也就解释了砂土越密实，土塞率越大的现象，拱效应的机理是在沉桩过程中当土塞受到向上的挤压力，进而土体被压缩，当土塞受到的挤压力超过了其本身土体的抗剪强度时，土塞内拱发生剪切和膨胀破坏，桩端土继续涌入管桩内形成新拱。涌入管桩内的砂土经历一个拱的形成与破坏交替循环过程。在这个过程中，管桩内壁的法向挤压应力逐渐增大，从而产生很大的内摩阻力。

 

　　管桩在沉桩过程中挤土效应和土塞效应是同时产生的，两者相互制约，相互影响。PHC混凝土开口管桩的挤土效应对侧摩阻力的影响介于实心预制桩和钻孔桩之间。然而挤土效应对桩侧摩阻力的折减系数的取值仍是一道难题。计算挤土效应的理论中用圆孔扩张理论的比较多，但计算值的准确程度主要取决于计算参数的准确性，如果通过平行对比试验，将开口管桩在不同的土塞率（PLR）和实心桩的侧摩阻力进行对比，即可得到挤土效应对桩侧摩阻力的影响，进而将将土塞效应和挤土效应有机的结合起来，综合考虑土塞效应和挤土效应对桩极限承载力的影响。由于土塞效应的存在，管桩的挤土效应相应的减弱，在砂性土中沉桩时，由于拱效应，土塞高度较低，土塞的闭塞效应相应的较大，则其挤土效应较强。

 

　　3.土塞效应的评价

 

　　土塞闭塞效应发现于工程实践，而对土塞效应深入的研究主要是在压力室进行的模型桩试验，文【4】在压力室内分别对低密度、中密实、高密实砂打入桩进行了试验，分别研究了砂土密实度对打桩过程中土塞高度的影响。由于土塞与管内壁的摩阻力不易确定，文【5】提出土塞增量填充率IFR来描述士塞的闭塞效应，土塞增量填充率，dH为土塞的高度增量，dL为桩贯入深度的增量；当IFR=1时说明土塞的高度增量与桩贯入深度的增量相同，即管桩处于完全非闭塞状态，当IFR=0时时，土塞不在涌入管桩，即管桩已达闭塞状态。在软土地区，大直径开口钢管桩的土塞高度几乎与桩贯入深度相同，甚至高于泥面，所以重新定义的土塞增量填充率公式为，即土塞增量填充率=管桩内土塞的体积增量/桩排开土的体积增量；通过IFR的数值可以判断土塞的闭塞程度，但是在实际工程中测量IFR是不易的，然而PLR的测量是容易的，PLR=；土塞率=进入管桩内土塞的体积/桩排开土的体积；通过对大量试验的测量能找到IFR与PLR的关系曲线，近似为线性方程，文【6】中在软土地区中的大量试验得出IFR=220.6*PLR-8，然而北方地区的PLR与IFR的近似关系还需要大量的试验才能得到近似的关系，这样就可以通过测量土塞的高度即得到PLR的值而对IFR的值进行估算，通过IFR的值来判断桩内土塞是否达到闭塞状态。

 

　　影响土塞高度的因素主要有三个，土的性质，管桩的截面尺寸，以及沉桩方式。粘性土的土塞一般较砂土要高，软粘土的土塞要高于硬粘土，由于拱效应的作用使越密实的砂土形成更高的土塞；管桩的外径与壁厚比越大，越易形成更高的土塞，钢管桩的土塞高度一般也要大于相同条件的混凝土桩的土塞高度；静压管桩和打入桩相比，静压管桩的土塞高度要比相同条件下的打入桩要小，土塞效应更强，相应的挤土效应更为明显。

 

　　4.基于土塞效应和挤土效应的PHC管桩承载力修正公式：

 

　　土塞的内侧摩阻力只有当荷载传递到桩端并产生桩端沉降时才开始由下而上逐步发挥，土塞的高度越大，充分发挥土塞侧阻力所需沉降越大，在工程应用中这种情况是不允许的，即土塞内侧摩阻力是忽略不计算的。

 

　　；为考虑挤土效应的桩外侧摩阻力折减系数，为土塞端阻力，桩端阻力，，d为桩内径，

 

　　参考文献

 

　　【1】陆昭球，高倚山，等.关于开口钢管桩工作性状的几点认识【J】.岩土工程学报，1999，21（1）.

 

　　【2】BowlesJE.Foundationanalysisanddesign【M】.5thEdition.NewYork：McGraw-Hill，1997.

 

　　【3】俞峰，张忠苗.混凝土开口管桩竖向承载力的经验参数法设计模型【J】.土木工程学报，2001，7.

 

　　【4】NICOLAA，DE，RANDOLPHMF.Thepluggingbehaviorofdrivenandjackedpilesinsand【J】.Geotechnique，1997，47（4）：841-856.

 

　　【5】LEHANEBM，GAVINKG.baseresistanceofjackedpipepileinsand【J】.Geotech.Geoenviron.Eng.，2001，127（4）：473-480.

 

　　【6】谢永健.超长PHC桩承载性状及土塞效应研究【博士学位论文D】.上海：同济大学，2005.