静力压桩在工程施工中的运用

工程科学　科技与生活—２０１０４＊第１５期　墨　静力压桩在工程施工中的运用　傅海秋　（桂林金九阳建设工程有限公司，广西桂林５４２４００）　摘要预制管桩的施工］　艺和机械设备不断进步和更新，高强预应力混凝土（ＰＨＣ）管桩，在全国各地得到广泛应用和发展。凭借多年对　静力压桩技术应用经验，并参考尚在编制的规程中的有关资料，在此重点对终压力与单桩竖向极限承载力的关系进行阐述，并对施工中部　分复杂问题处理提出一些看法。　关健词静力压桩；施『＝；承载力；处理　中图分类号ＴＵ４７３　１　文献标识码Ａ　文章编号１６７３—９６７１一（２０１０）０８１—００４６—０ｌ　随着近年我国大规模经济建设的发展，适应重型厂房、高层建筑　的需要，预制管桩的施工工艺和机械设备不断进步和更新，高强预应　力混凝土（ＰＨＣ）管桩，在全国各地得到了广泛应用和发展。预应力　管桩施工一般采用静压和锤击法，其中静力压桩具有无噪音、无振动　和冲击力，施Ｔ应力小，桩顶不易破坏、不易偏心沉桩、桩身质量可　靠、强度高、穿透力强，抗腐蚀性强、节约材料，施工快捷方便等优　点，同时还可减少打桩振动对地基、邻近建筑物、道路、管线等的影　响。本人凭藉多年对静力压桩技术应用经验，在此重点对终压力与单　桩竖向极限承载力的关系进行阐述，并对施工中部分复杂问题处理提　出一些看法。　１终压力与单桩竖向极限承载力的关系　静力压桩的终压力Ｒｓｍ既是压桩施工时确定停压的标准，也是终止　压桩时的阻力，主要南桩端土的抗冲剪阻力与抗侧土的动摩阻力组成，　它虽不等于竖向极限承载力Ｑｕｋ，但两都之间存在一定的比例关系。由　于目前尚未有阏家或地方有关静脎桩的控制标准，因此在缺乏施工规范　依据的情况下，仅积累了初步的数据和资料可供参考。极限承载力要综　合考虑桩长，桩周土灵敏性，桩尖土条件等多项因素，一般来说同样地　质条件下采用同样的桩型，桩越长其极限承载力就越高，反之就越低，　其终压力取值就越高。　根据地质条件的不同和基桩长度的不同，参考设计资料在施Ｔ中可　将基桩分为３类，即摩擦桩，端承桩和摩擦端承桩。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；当粘土厚度还够大，持力层为强风　化岩，基桩选型为摩擦端承桩；对以砂层为主的地质，则基桩需作特殊　处理。　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，砂砾为持力层的　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％。　至于竖向承载力设计值Ｒ与终压力Ｂｓｍ的关系，可简单表示如下：　１）摩擦桩：Ｒｓｍ＝（１．６～２．０）Ｒ　２）端承桩：Ｒｓｍ＝（２．０～２．８）Ｒ　３）摩擦端承桩：Ｒｓｍ＝（１．８～２．５）Ｒ　通过对静压桩工程的统计表明，大多数工程桩长Ｌ＞２１ｍ，终压力控　制值Ｒｓｍ／Ｑｕｋ－－０，９５～１．１。对于Ｌ＜１４ｍ的桩，设计时应适当减少单桩竖向　承载力设计值，施工时终压力适当提高，但不应超过桩身极限承载力，　若有效桩长Ｌｘ＜８ｍ时应作加桩处理。从实际工程施工经验可知，当桩长　较大时，其承载性能一般以摩擦力为主，终压力与竖向极限承载力之比　Ｒｓｍ，＇Ｑｕｋ取０．８５　１．０较为合理。对某些淤泥埋深较大且下卧层中砂层和　粘土层很薄的地方一般在施工中终压力取值要大，则以Ｒｓｍ／Ｑｕｋ１．３～１．５　为宜。　其实静压力桩的终压力并非越大越好，若桩长很大，终压力取值又　过大，则由于桩周土尚未重新固结使桩侧土约束力很小，若桩顶施压过　大，对桩身质量和桩接头等均为不利。其原因首先是静压过程中桩尖被　挤入土体时会产生冲剪破坏，在软粘性土中孔隙水在其作用下会形成　不均匀水头，从而产生巨大的超静孔隙水压力，破坏土体的物理特性，　使桩周Ｉｄ（桩径）范围内的土体抗剪强度大幅度降低，产生严重软化或　液化，导致桩侧摩阻力随之大幅降低并形成滑动摩阻力，故能把桩送至　很深的地层中，但静压桩终止后土体中的孔隙水随时间推移而逐渐消散　和平衡，桩周土随之产生径向固结，土密度增大，桩侧摩阻力恢复和增　大，如选较大压力压人很大的桩，则会造成浪费和提高工程造价。其　由于地质条件的不同，各地区的施工经验也不尽相同，通过对各类　地质条件、各项工程的不同桩型、桩长等进行归类比较和研究分析，探　讨其单桩竖向承载力设计值和极限承载力，终压力之间在各种地质条件　下的关系。经归纳分析，总结归纳出终压力与单桩极限承载力之问的比　例关系大致如下：　１）对于摩擦桩，主要适用于较厚粘土层为主的地层，其关系为：　ＱＩＪｋ＝（１．０～１．１５）Ｒｓｍ（Ｌ＜２１ｍ）　Ｑｕｋ＝（１．１５～１．２５）Ｒｓｍ（Ｌ＞￣２１ｍ）　次，选择终压力时终压力的取值不能大于桩身的瞬间最大承载力，否则　会导致桩身被压裂。　２施工中部分复杂问题的处理　在静力压桩施工中，常会遇到一些复杂的自然环境和地质情况，必　须采取有效的防治措施。　２．１施工现场陷机引起桩质量问题　２）对端承桩，主要适用于桩类持力层以标贯值够高的强风化为主　的情况，其关系式为：　Ｑｕｋ＝（０．７～Ｏ．８）Ｒｓｍ（Ｌ≤１４ｍ）　Ｑｕｋ－－（ｎ８～０．９）Ｒｓｍ（１４ｍ＜Ｌ￣＞２ｌｍ）　Ｑｕｋ＝（０．９～１．ｏ）Ｒｓｍ（Ｌ￣＞２１ｍ）　３）对于摩擦端承桩，主要适用于上部以软件性土层为主，下部以　标贯值较高的强风化为主的情况，其关系式为：　Ｑｕｋ＝（Ｏ．８～０．９）Ｒｓｍ（Ｌ≤１４ｍ）　Ｑｕｋ＝（０．９～１．０）Ｒｓｍ（１４ｍ＜Ｌ￣＞２１ｍ）　Ｑｕｋ＝（１．０～１．１）Ｒｓｍ（Ｌ￣＞２１ｍ）　静力压桩施工要求场地平整，一般为坡度≤３。，地基表面承载力　≥１５０ｋＰａ。但在实际施工中某些现场无法达到这一要求，导致静压桩机　在施工时出现陷机情况，导致桩身偏移甚至在桩上部４ｍ内断裂，影响桩　基质量。其防治措施如下：　１）增大施工现场地表承载力。若地表承载力无法满足施工要求，　则在进场前进行回填，并考虑节约而尽量采用拆除的砖块等建筑垃圾，　但应注意其中不宜含有较大的混凝土块，一般回填厚度为０．５—１．０ｍ，根　据原地基承载力而定，回填后必须压实。　２）采用送桩器送桩。对于要施工基坑的现场，管桩施工一般采用　送桩器送桩，其深度约为２ｍ，遇较疏松的地质条件时可达６ｍ。实践证明　该法对防止陷机效果较明显，检测中均无发现断桩或桩偏位等情况。　２．２挤±效应　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　在城市密集区静压施工预制桩时，沉桩过程中的挤土效应容易对周　围建筑物、道路、地下管线和旧河道等造成影响和破坏，其影响范围约　（下转第５１页）　，Ｌ　科技与生活　２０１０年第１５期　工程科学　５ｌ　管全段跟进，钢管与上部中支撑钢架连接，钢管间距０．５ｍ，一次可施作２　根，整个中支撑要求一次性落底至仰拱钢架，长度约为７．５ｍ。必须保证　钢管垂直，焊接牢固。施作二衬前要将中支撑及临时仰拱拆除，在确保　安全的前提下，逐步拆除其余中支撑及临时仰拱。　５）钢架接长及落底时必须严格按设计要求施作，特别是钢架与钢　架之间的连接，要保证螺栓锚固、焊接牢固，结合部缝隙较宽时必须加　垫双面满焊，确保每榀钢架都能达到设计的受力效果。　接处、初支体系工序转换断面，反映出隧道中支撑施作后、钢架落底　后监测数据逐步变小并趋于稳定，说明临时中支撑和钢架快速落底的　重要性，为了确保安全，对裂缝发展快及继续扩展的断面，对其中支　撑采用增加纵向联接工字钢、挂网喷射砼以增加支撑刚度，对纵横裂　缝喷射砼封闭，阻止裂缝扩展和渗水侵害，实际证明，措施得力，安　全有效。　６结语　１）采用改良ＣＲＤ法施工，将大断面隧道开挖分成６个小断面开挖，　坚持“管超前、弱爆破、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的施工原　则，优化和调整开挖工序，适时施作中支撑和临时仰拱，扩大洞室施作　空间，快速将钢架落底，及时施作仰拱并封闭成环，充分发挥支护体系　和Ｉ｝缶时支护结构共同受力的作用，保证了结构安全和施工安全，成功解　决浅埋偏压、特殊不良地质和有保护设施地段隧道施工工期紧张、１二艺　复杂、互相干扰大、地表沉降控制等难题。　２）施工中监控量测信息的反馈对循环进尺、支护形式及二次衬砌　均有很强的指导作用。根据监测信息反馈设计和指导施工，了解围岩动　态变化，掌握最佳工序过程，优化与调整施Ｔ方法、施工工艺和施Ｔ参　数，控制支护结构变形，控制循环进尺，从而确保工程安全与质量。对　以后大跨度隧道和软弱围岩的洞口施工有很好的借鉴作用。　３）采取袖阀管地表注浆、抗滑桩洞外预加固措施，采用洞口长管　棚、洞身长管棚、超前小导管、系统锚杆等洞口保护和洞内围岩预加　固措施，解决了开挖过程中围岩松弛释放应力而产生较大变形的安全隐　患，对存在山体滑坡的破碎围岩地段和有特别设施保护地段的隧道施工　有一定的借鉴价值。　５监控量测信息反馈在改良ＣＲＤ法施工中的应用　本工程实例中，监控量测工作对隧道施工起到了至关重要的作用，　通过监控量测计数据分析，准确掌握了围岩变化趋势，及时准确地采取　措施，有效指导了施工组织安排，保证了隧道结构安全和施工安全。　１）地表沉降和开裂：隧道浅埋偏压段、滑坡体段均出现过，浅埋　偏压段以地表裂缝为主，滑坡体段以地表沉降为主，通过监测数据分析　并结合地表沉降形状、裂缝宽度、深度、贯通性以及隧道内拱顶下沉、　收敛变化情况考虑，系开挖过程中山体暂时失稳和爆破震动所致，通过　多日连续观测，反映出隧道开挖初期围岩扰动后、支护体系尚未完全受　力时监测数据变化较大，经过一段时间后数据变化逐步趋于稳定，同时　对地表沉降、开裂地段用水泥砂浆等封闭处理，后表明支护体系有效，　结构安全，施　安全。　２）拱顶下沉和周边收敛：隧道开挖初期初支后拱顶沉降较大，最　大时单日沉降量曾达￣ｌＪ３ｃｍ左右，周边收敛一般不大，通过多日连续观　测，反映出隧道Ｉ临时仰拱、中支撑施作后数据变化即逐步减小，累计沉　降量在预留沉降值范围内（施工时对预留沉降值予以提高，由２０ｍｒｎ提高　到３０ｍｍ），说明Ｉ｝缶时仰拱（含横撑）封闭成环、中支撑与初支体系共同　受力的重要性，对围岩变形约束较大，根据监测数据变化情况，适当调　整循环进尺。　３）洞内横向、纵向裂缝：隧道开挖初支后之所以有纵横裂缝产　生，主要还是因为应力聚然释放而发生拱顶沉降和净空收敛变形所　致。因此，必须随时观察隧道到纵、横向裂缝的发展情况，纵向裂缝　般出现在拱顶钢架联接处，横向裂缝一般出现在两组洞身长管棚搭　一参考文献　【１］张书河，孟祥民．浅埋隧道施工的监控Ｎ￣［ＪＩ．山西建筑，２ｏ１０，（０９）：３２４—３２５．　【２】张建国，王明年，李姝．ＣＲＤ法各施工部对隧道结构内力的影响分析【Ｊ１＿路基］＿　程，２００９，（０１）．　（上接第４６页）　为桩长的１．２～１．５倍。其防治措施如下：　１）设置防挤沟。防挤沟设于有可能被破坏的建（构）筑物一侧，　般采用深约１．５～２．０ｍ、上宽２．０ｍ，下宽１．０ｍ的梯形沟，其作用是减少　压桩时引起的表层土水平位移，防止建筑物或道路隆起，地下管线位移　或受土挤压而折裂，以及旧河堤被挤垮塌陷等。　２）设置应力释放孔在防挤沟底按梅花型布桩，钻孔直径为　ｆ　５００～ｆ　６００ｍｍ，孔深根据现场土层面定，一般以１０～１５ｍ为宜，成孔　一过程中采用泥浆护壁。该法能降低土体内超静孔隙水压力，使挤压压力　迅速消散而不会传递　场地外。　３）合理安排压桩程序和进度。对于周同有建（构）筑物且易产生　挤隆起效应的施工现场，压桩应按照先两侧对称施工后中间施工的顺　序，特别是防挤沟一侧应先施工。在软弱土地基中，控制沉桩速度不宜　太快，否则不但会增大超静孔隙水压力值，使邻近土体因剪切而破切，　增大地基土体位移值，而且还会扩大超静孔隙水压力和地基变位的范　同。　４）设固定观测点。施工过程中应定人，定时，定仪器对固定观测　点进行不问断的监测并做好记录，以便及时调整施工进度和现场施工程　序。　２．３基桩上浮　质资料和察看其周边环境，如属饱和性软土地层，则应注意将桩距从３ｄ　适当增大至３．５ｄ～４．ｏｄ，条件允许时应多分析对比类似设计及施工经验，　以免施工过程中出现群桩上浮。　３）合理安排。施工前分析地质和基桩设计资料，预见可能出现的　问题，若可能发生基桩上浮，则应坚持先中间后四周的对称施工法，且　先施工承载力较大或较长的桩。　４）取土引孔法。当施工中发现基桩上浮时应立即采取措施，最有　效的方法是取土引孔桩法，即用螺旋钻机在设计桩位抽土引孔后随即　压入管桩。但应注意以下几点：①在压缩性较差的土体中施工，引孔孔　径应比桩径／ｂ５０～１００ｒａｍ；②引孔深度既要考虑土层性质，又要注意估　计实际压入桩长，以保证不会因引孔过深过大而减弱桩的端承力和摩阻　力，一般控制在桩长的３０％～５０％；③引孑Ｌ时应合理组织施工，做到随　引随压桩，不能让空孔暴露时间过长，以免地下水渗入孔内引起塌孔或　地下水泡软桩端土层使桩端土承载力降低。　５）开口桩尖的应用。采用焊接开口桩尖的管桩，因桩管内装有一　定量的泥土，故可减少因土层太密实引起的基桩上浮，在压完第１节桩　后在管桩内灌人ｃ２Ｏ混凝土ｌｍ高，其效果与闭口桩尖一样。　６）复压。当采取上述措施后仍无法制止基桩上浮现象时，而静压　桩机又尚未离场，则可考虑采用复压来使桩基达到设计要求。　静压管桩于挤土桩，静压过程中存在挤土效应会使地面隆起，特别　当土体是饱和性软土且桩距较密数又较多时，后施工的桩便会对先前施　工的桩产生向上拉力使其上浮，严重者将导致质量事故。其防治措施如　下：　３静力压桩技术应用前景　从目前各种桩机的施工应用情况来看，静力压桩在缩短工期，节　省造价，提高单方混凝土承载力，改善城市综合环保等方面，具有其　他桩基施工方法无法比拟的优势。随着静力压桩技术的日渐成熟和　完善，其终压力可能达Ｎｓｏｏｏ～８０００ＫＮ，因此单桩容许承载力可达　２６００～３８００ＫＮ，可满足５０层以内高层建筑桩基的要求深度和承载力。由　于静力压桩具有沉桩质量好、速度快、无噪音、无振动、无冲击力、无　污染等优点，因此具有广阔的发展应用前景。　１）测量监控。在每根桩施工结束后就立即用水准测量记录其桩顶　标高，并在整个施工过程中定期复测，通过比较来检查桩身是否有上浮　现象，如有则应采取复压等补救方法。　２）合理设计。设计管桩基础时应根据现场实际情况，详细分析地