1研究的目的与意义

 

　　 静压预应力管桩（以下简称静压管桩）施工终压力和竖向极限承载力的关系是施工单位和设计单位十分感兴趣的问题，确定静压桩竖向极限承载力与施工终压力的经验公式主要有以下两种用途：

 

　　 （1）在设计初步或开工前试桩阶段估算单桩竖向承载力特征值（作为辅助方法和补充手段）：已知桩的终压力（Pze）、桩的入土深度及桩周土质情况，可以很快估算出该桩的竖向极限承载力（Qu），从而可求得该桩的竖向承载力特征值Ra。

 

　　 （2）选择施工用的压桩机、确定终压控制标准（一种简便的初估手段）：已知桩的入土深度（根据工程地质资料预估）、土质情况及桩的竖向承载力特征值，可很快求得需要的终压力。

 

　　 因此，弄清静压管桩施工终压力和竖向极限承载力的关系，对静压桩在广东地区得以进一步推广应用有着重要意义。

 

　　2终压力与竖向极限承载力的区别

 

　　 静压管桩终桩力和竖向极限承载力是两个本质绝然不同的概念，终压力指的是静力压桩过程中使桩尖达到持力层终止压桩时出现的最终静压力，是一种破坏土层的极限荷载，主要是来自克服桩端土层的抗冲剪阻力和桩侧滑动摩擦力；竖向极限承载力指的是压桩结束后，桩周土体产生固结、桩端土体产生回弹后，该桩能保持正常使用时可承受的最大竖向荷载，是桩侧极限摩阻力与桩极限端阻力的总和。

 

　　 终压力是终止压桩瞬间出现的荷载，其每次出现持续的时间通常仅5s～l0s，而单桩承载力是桩能抵抗由上部结构传来的长期荷载作用的能力。

 

　　 终桩力和竖向极限承载力本质区别决定了两者在数值上是不同的，因土层结构、桩型截面、桩长等的不同，会出现终压力大于或小于单桩竖向极限承载力的情况，但大量工程实测资料表明两者之间也是有一定的关系的。

 

　　3静压管桩终压力与竖向极限承载力关系的理论分析

 

　　 静压管桩竖向极限承载力与施工终压力的比值会随着土层结构、桩型截面、桩长的改变而变化，大量工程实测资料表明，桩长的变化对静压桩竖向极限承载力与施工终压力关系影响最大。当桩长较短时，施工终压力一般大于单桩极限承载力；当桩长较长时，施工终压力一般小于单桩极限承载力。这主要是因为，静压管桩在静压力的作用下压入地基土中时，桩侧表面与桩周土之间的摩擦力是滑动摩阻力，这种滑动摩阻力很小，而且在同一土层中，基本保持不变，不随桩身入土深度的增长而累积增大，压桩阻力并不一定随着桩身入土深度的增长而累积增大，而是随着桩端处的土体软硬程度即桩端处土体的抗冲剪阻力的大小而波动，所以静压管桩的压桩力主要来自桩尖向下穿透土层时直接冲剪桩端土体的阻力。而静压管桩压桩穿越的土层一般是软弱松散的，含水量较高，孔隙比较大，当管桩在垂直静压力作用下压入地基土中时，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，使桩周一定范围内的土体抗剪强度降低，粘性土发生软化，砂土粉土发生稠化，此时桩身容易下沉。当桩身进入持力层后，端阻力大幅增加，压桩力也随之增长，所以静压桩施工终压力主要是克服桩端阻力和桩侧的滑动摩阻力。

 

　　 一旦压桩终止并随着时间的推延，桩周土的触变时效和固结时效体现出来，土体中的孔隙水压力逐渐消散，土体发生固结，土的抗力逐渐恢复，甚至超过其原始强度，这时桩身和桩周土之间的摩擦力，已经不是施工下沉时的滑动摩阻力而是变成承载时的静摩阻力，静压桩这时才获得工程意义上的极限承载力。根据粗略统计分析，静压桩的极限承载力中，桩端所提供的承载力约为终压力值的40～45%，其余部分要靠桩周土体抗剪强度的恢复来补充，如果桩身较长且桩周土体摩阻力的恢复值又大，那么该静压桩的端承力、桩侧摩阻力的综合即桩的极限承载力就会大于桩的施工终压力值；如果桩身较短，桩侧提供的摩阻力就小，这种情况下桩的极限承载力就会小于桩的终压力值。

 

　　4广东地区经验公式

 

　　 静压桩的终压力与单桩竖向极限承载力是不同性质的力，但两者之间却具有一定的相关性。如果从纯理论方面来看，影响两者关系的因素相当多，目前还难以建立能反映出各种影响因素的定量计算公式。但广东省的工程技术人员通过大量现场试验资料的统计分析，结合自身经验，删除一些次要的影响因素，想法找出事物内在本质的要素，建立实用的经验公式来指导工程实践，在建立静压桩终压力与极限承载力两者经验关系公式的工作中，做出了有益的尝试，并得出了适合广东省的经验公式。广东地区的经验公式如下：

 

　　 6m≤L≤8m时Qu＝βPze＝（0.6～0.8）Pze

 

　　 8m＜L≤15m时Qu＝βPze＝（0.7～1.0）Pze

 

　　 15m＜L≤23m时Qu＝βPze（0.85～1.0）Pze

 

　　 L＞23m时Qu＝βPze＝（1.0～1.15）Pze

 

　　 Qu——入土部分的静压桩竖向极限承载力；

 

　　 β——静压桩竖向极限承载力与终压力的相关系数；

 

　　 L——静压桩的入土深度；

 

　　 Pze——静压桩施工终压力值。

 

　　 （1）本公式适用于淤泥层厚度不大于L/3的端承摩擦桩或摩擦端承桩，不适用于摩擦桩或端承桩。

 

　　 （2）当终压力小于极限承载力较多时，该桩应属于摩擦桩，此公式不适用。

 

　　 （3）当桩入土深度较长且土质较好时，β可取大值；反之，则取小值；中间可内插或根据经验确定。相关系数β的取值各地可根据工程实际自行积累经验，特别是当桩的入土深度小于15m时，相关系数的变幅较大，当缺乏类似工程经验时，可采用试压实测手段来确定。

 

　　5广东东莞地区的经验公式

 

　　 由于地质条件的不同，各地区的施工经验也不尽相同。东莞地区沿海片地质以淤泥为主，持力层为强风化岩，基桩选型为端承桩；平原片、丘陵片地质以粘土为主，持力层为强风化岩和残积层，根据地质资料，当粘土层较厚，下卧层为残积土时，基桩选型为摩擦桩；当粘土厚度足够大，持力层为强风化岩，基桩选型为摩擦端承桩。东莞地区的经验公式如下：

 

　　（1）对于摩擦桩，主要适用于较厚粘土层为主的地层，其关系式为：

 

　　 Qu＝（1.0～1.15）Pze（L＜21m）

 

　　 Qu＝（1.15～1.25）Pze（L≥21m）

 

　　（2）对于端承桩，主要适用于桩尖持力层以标贯值较高的强风化为主的情况，其关系式为：

 

　　 Qu＝（0.7～0.8）Pze（L≤14m）

 

　　 Qu＝（0.8～0.9）Pze（14＜L＜21m）

 

　　 Qu＝（0.9～1.0）Pze（L≥21m）

 

　　（3）对于摩擦端承桩，主要适用于上部以软性土层为主，下部以标贯值较高的强风化为主的情况其关系式为：

 

　　 Qu＝（0.8～0.9）Pze（L≤14m）

 

　　 Qu＝（0.9～1.0）Pze14＜L＜21m）

 

　　 Qu＝（1.0～1.1）Pze（L≥21m）

 

　　 以摩擦桩为主的桩取低值，以端承桩为主的桩取高值。对于各类砂层较厚的地层亦可分为摩擦桩、端承桩和摩擦端承桩，粉细砂、中砂层较厚的地层按摩擦桩考虑，粗砂层较厚的地层以及以砾砂为主的持力层按端承桩考虑。但根据施工经验及静载结果，以粗砂、砾砂作为持力层的基桩单桩竖向承载力设计值比以上相应端承桩数值降低约25%。

 

　　6小结

 

　　 工程实践表明，静压桩竖向极限承载力与施工终压力的关系地区性比较强。不同地区的经验公式可能不同。目前广东地区的经验公式基本上适合广东地区的使用。目前两者关系的研究成果只适用于端承摩擦桩或摩擦端承桩，不适用于摩擦桩或端承桩，主要是由于总结两者的经验关系时所采用的工程实例样本所限，也从侧面说明广东地区的静压管桩大部分为端承摩擦桩或摩擦端承桩，这是与广东地区的大部分地区基岩埋藏较浅情况是相符的。

 

　　

 

　　[1]王离.静压桩竖向极限承载力与施工终压力关系的研究[Z].广东省标准《静压桩基础技术规程》编制组，2004年8月.

 

　　[2]黎志中.静压桩桩长、终压力、极限承载力关系研究[A].98学术交流大会论文集[C].广东省土木建筑学会土力学与地基基础学术委员会编辑出版，1998年.

 

　　[3]徐醒华.静力压桩在东莞地区的应用及研究[J].广东土木与建筑，2002年，第11期：17-20.