靜壓樁壓樁力計算及長期承載力預測

李付超,馬　輝（濱州學院建筑工程系,山東　濱州256600）

靜壓樁壓樁力計算及長期承載力預測

李付超,馬輝
（濱州學院建筑工程系,山東濱州256600）

高層建筑的數量不斷增加，樁基的應用也越來越廣泛。靜壓樁與其他樁型相比，有噪音少、污染小等優勢，實際應用較多。但是對于其理論研究卻遠落后于其應用。本文分析了靜壓樁的工作機理和長期承載力預測等。

靜壓樁；壓樁力；承載力時間

樁基礎在很多不同地質條件和類型的工程中都得到了很好地應用，高層建筑對工程質量和基礎工程的質量要求較高，樁基礎具有承載力高、沉降量小等優勢，受到很多高層建筑設計師的青睞。在實際運用中，靜壓樁無振動和噪音、沖擊力小、具有很高的施工效率其額成本較低等，這些優勢是其他樁型不可比擬的。目前，國內外對靜壓樁都有一定的研究，并對其進行了相關試驗，分析壓樁力的計算方法及時間承載力等。

1　靜壓樁沉樁機理分析和沉樁阻力計算

觸探試驗，是常見的土體特性及原位測試的主要方法，其操作便捷、快速，可進行連續性作業，其測試模式和靜壓樁沉樁模式有很多相似之處。

1.1靜壓樁沉樁原理分析

預制樁在灌入土層的過程中，會引起周樁的擠壓運動，對土層產生破壞，孔隙在擠壓作用下，產生不均衡的水頭，并隨之產生水壓力，對土體結構產生抗動作用，在連續作業下產生力的傳遞，最終使土體形成塑性，能讓樁身貫入其中。沉樁步驟結束后，隨著時間的變化，樁周土層中的壓力逐漸減小消散，土體再逐漸固化，其強度和摩擦力也漸漸恢復，從而使其承載力大大提升。

在靜壓樁沉樁的過程中，主要是對地基的擾動和重塑，引起土層阻力和抗壓能力的變化，但是這種阻力不是靜態的，而是處理動態變化之中。在不同的土質土層中，該種阻力也會存在很大的差異。

1.2沉樁阻力和相關的計算模擬

在具體的工程建設中，需要對沉樁阻力進行預測和計算，通過數據值來選擇合適的壓樁機械，阻力計算值對整個工程都有重要意義。數值過小則不能達到工程建設的要求，造成設計方案的變換，影響建設成本；數值預算過大，則對土體及其結構產生過大的重力和壓力，帶來施工安全隱患等。

沉樁阻力一般要考慮樁側的阻力及極端阻力兩方面的數值問題，這兩者都反映了地層變化及其特征對工程施工的影響。

1.3樁側阻力計算

樁側摩擦力和治理是沉樁阻力的重要影響部分，在樁基本身、土質結構、土壤摩擦等因素的作用下，樁側阻力的激勵相當復雜。通常來講，樁側阻力在沉樁過程中最先發揮作用，并隨著樁身的不斷貫入，阻力的大小也隨之改變，達到某一程度時，樁基側身的阻力增長幅度逐漸減少甚至阻力自身也減小，即發生“側阻力退化”。

1.4靜壓樁的壓樁力

靜壓樁的壓樁力即在穿透土層的過程中，樁端所受阻力大小的分析。該數值隨著深度的加深也在不斷變化，并呈現浮動變化的局面。在具體工程建設中，其數值與理論計算數值會存在一定的誤差，但是這種誤差如果在合理的范圍內，最工程建設并沒有太多影響。壓樁力（PC）與樁端阻力（RSC）、側樁摩擦力（FMC）之間的關系及理論計算關系為：

PC=RSC+FMC

在壓樁的壓力大小和機械的選擇上，對各種環境等都要做好認真的分析和考慮，將土性指標、試驗相關數據值等進行綜合分析判斷，最終選用合理的標準。為對壓樁力的組成及不同土質特點對阻力的影響，可通過下圖1對不同土層的沉樁情況進行分析。

2　靜壓樁承載力分析

在滲透力較弱的粘性土層中，壓樁過程會因各種內外因素出現停頓或者故障，在第二次重復作業時其壓力和所受到的阻力要比初次作業的數值增加幾倍，在工程建設中稱之為“時間效應”。在沉樁過程和工程完成后，其承載力都會不斷發生變化，并且隨著時間的不斷推移，其承載力也會不斷增大。在半年甚至是一年后，才會趨于一個穩定數值，即承載力的“時間效應”。其時間效應會收到多種因素的影響，如樁身面積大小、材料的選擇、地質土層條件、機械之間的作用摩擦等，這些或多或少都會在一定程度上影響到承載力及其時間效應。

精裝承載力時間效應的確定和計算，可以通過具體的施工特點，定期或者不定期對樁基實行復壓，并對最大壓力值進行記錄和分析，將該數值作為極限承載力。最終在多次的試驗中畫出一定的關系曲線，找到其變化的相關規律。

2.1樁基承載力的計算方法

目前，在工程中對承載力的計算，主要采用的是公式法，有時也會運用網絡，采用人工神經網絡法等，借助一定的理論公式，對最終數值進行推算。

在多年的實踐經驗總結中，歸納出了在一定地質條件下承載力的規律，主要是函數法，用雙曲線的形式對承載力的大小進行預測，具有較高的實踐意義。具體公式為：

Put=（a?ln（t）+b）?Puo+Puo

當然，在不同的地區和不同工程建設中，其理論公式也存在很大的差別，相關的理論公式只能對工程建設提供一定的參考依據，具體的計算還需要結合工程本身、土層構造、機械條件等進行綜合衡量。

2.2靜壓樁承載力時間效應的影響因素

從受力部分分析，樁基承載力的時間效應主要表現為樁基側壓力隨時間的變化而變化明顯，樁基端部的壓力變化則隨時間的變化而變化不明顯。因此，我們常說的承載力時效特性主要是指樁基的側阻力時效特性。

靜壓樁基承載力的時間效應影響因素很多，和土層的類別及性質息息相關，但一般來講，主要有以下三個方面的因素。首先，會受到超空隙水壓力及其消散的影響。其壓力的消散，引起土層有效應力的不斷加大，從而使得樁基本身的承載力隨之增多，同時，還會對周圍的土層結構帶來影響，引起土層側面結構收縮，使得側樁面的壓力加大，對樁身承載力的影響不斷減少最終至停止；其次，機械與土層的接觸。土層在與機械接觸后，其結構和作用力都會隨著改變，機械的擾動作用對其內聚力和恢復工作帶來影響，這個變化也會隨著時間的推移慢慢減少至消失；最后，土殼效應的影響。在工程施工中，土層的變化要比正常情況下變化劇烈，沉樁過程中會出現位移等操作，對其結構的破壞性極大，土壤本身也會發生細微的變化，使得承載力等也會產生變化。

以濱州地區常見的粘性土和砂性土為例分析。在粘性土中，靜壓樁基在沉樁過程中，樁邊粘性土會向外擠出，形成一定厚度的重塑區，并產生超孔隙水壓力，樁基到位施工完畢，隨著時間的推移，超孔隙水壓力開始降低，樁基周圍重塑區的粘土開始重新固結，從而使粘土強度得到提高，并大幅度提高樁基承載力。在砂性土中，沉樁過程中，樁基附近的砂土出現較高的剪應力。樁基到位施工完畢后，隨時間推移，剪應力被釋放，但樁基本身限制了砂土的剪應力釋放，從而導致水平有效應力增加，提高了樁基承載力。因此，在上述兩種性質的土層中，樁基承載力都會隨時間增加而增大。

時效性下靜壓樁基承載力的估算，對于工程設計施工具有很強的現實意義。作者在工程具體施工中，采用調節系數法進行承載力在時間效應下的數值估算。通過對十棵靜壓樁基的28天側壓力的實測及理論估計對比，得出：在粘性土中，綜合修正系數為0.7～0.8，砂性土中為0.9～1.0。

3　結語

綜上所述，在高層建筑工程建設施工中，靜壓樁在工程施工中的應用也較多，其便捷、無噪音、污染小等優勢較突出。發展中要對其壓樁力及承載力的計算有著重要作用，要加大對其理論研究，做好準確的預算。

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項目編號201310449102指導老師：左登華 馬輝