某路堤靜壓管樁的終壓力與單樁承載力關系研究

蔣隆建

(福州市規劃勘測設計研究總院，福建 福州 350003)

0 前 言

靜壓法施工無噪聲、無振動、無污染，適合于市區及對環保要求較高的地區使用，工藝成熟。設計單位通常會要求采用壓樁力作為靜壓管樁的終樁控制標準，但在實際施工中，經常有施工、監理或甲方單位提出：壓樁力必須達到單樁設計極限承載力方可終樁，在試樁時打入設計樁長后，往往因壓樁力達不到單樁設計極限承載力設計值，要求繼續增加樁長，直到壓樁力達到設計值，造成實際樁長較設計樁長增加較多，增加了工程投資，也給參建各方帶來較大的壓力。

實際上，靜壓樁沉樁結束后，承載力隨時間的推移會發生改變，即承載力具有時效性[1-2]，特別是軟土地基中的樁承載力隨時間呈增長趨勢尤為明顯，因此，僅用終樁時的終壓力去推算單樁極限承載力過于保守，有必要對二者的關系進行研究，提出合適的估算方法，以指導施工。部分學者考慮時間效應根據壓樁力對單樁豎向承載力進行了預測和試驗[3-4]，但這種關系具有很強的地域性，本文根據福州地區的工程案例探索適用于本地區的預測關系。

1 單樁承載力與終壓力的區別

沉樁完成后，樁的承載力并非一成不變，而是隨著時間推移逐漸增大的趨勢，增加比例隨著不同地區土層的不同而各異，稱為單樁承載力的時效性。靜壓管樁沉樁后，單樁承載力增長的原因如下[5-7]。

1)樁周土層的固結。靜壓管樁貫入施工過程中由于土中水無法及時排出，會產生很大的超孔隙水壓力，且在管樁表面形成水膜，減少了樁周土的側摩阻力，反映在壓樁力上即為壓樁力要小于相應深度的計算單樁承載力；沉樁結束后，超孔隙水壓力逐漸消散，水膜消失，樁周土層重新固結，土的有效應力增加，側摩阻力恢復，使得單樁承載力逐漸增加，最終收斂于計算的單樁承載力。

2)樁周土層的觸變恢復和硬殼效應。靜壓管樁沉樁過程中，樁周土層的一小部分土體受到徑向擠壓和豎向剪切作用，緊靠樁身區域的土體變成完全塑性區，使得施工沉樁時阻力變小，但經過一段休止期后，該部分土體的粘聚力和剪切強度逐漸得到恢復甚至超過土體原始抗剪強度，在樁身表面形成了一層3～20 mm厚的“硬殼”，當樁承受豎向荷載發生向下位移趨勢時，該“硬殼”層會隨樁身一起產生位移趨勢，剪切面發生在該層之外，即發生在完全塑性區與部分擾動區交界處，相當于擴大了樁徑，實際上增加了樁側摩阻面積，增加了樁的承載力。

通過對單樁承載力及終壓力概念的分析，二者在原理及應用上存在著本質差別，主要表現如下。

1)概念不同。單樁承載力是管樁施工完成且在休止期后，能夠保持正常使用所能承受的最大長期荷載作用；壓樁力是管樁施工過程中貫入土層所需要的“動態”靜壓力。

2)性質不同。單樁承載力是土層穩定后的樁側土摩阻力和樁端土承載力對樁所能提供的支承力；壓樁力是克服樁尖土層的抗沖剪阻力，是一種破壞土層的極限荷載。

3)數值大小不同。單樁承載力包括樁端土承載力和樁側土層的摩阻力，一般可以按照地區土質的經驗參數計算得到，對于長樁而言，樁側土摩阻力占主要部分；壓樁力包括樁端土層的阻力和樁側土層的滑動摩阻力，在連續壓樁的施工過程中，反映的主要是樁尖土層的阻力。

4)作用效果不同。壓樁力會使樁尖土體沖剪破壞擠壓樁管周圍土層，形成具有很高孔隙水壓力的擾動重塑區；單樁承載力要靠消散孔隙水壓力，使緊貼樁身的擾動重塑土產生再固結而逐漸恢復土體的抗剪強度才能最后形成。終壓力可以理解為壓樁結束時刻的單樁承載力。

2 工程案例

2.1 工程概況

擬建道路工程位于福建省福州市三江口片區，在K8+839下穿通道兩端各60 m范圍的過渡段路基擬采用靜壓管樁進行軟基處理，場地土層的地質資料見表1，整個場地地層分布較為均勻，路堤填方高度4～5 m，管樁外徑400 mm，壁厚95 mm，正方形布樁，樁間距2.5 m，設計樁長34 m，持力層為粉質黏土⑦，按照《建筑基樁檢測技術規范》(JGJ94—2008)，樁端土塞效應系數取0.8，計算得到單樁承載力特征值見表2。

表1 場地土層地質資料

表2 單樁承載力特征值計算

2.2 試驗過程

2019年8月，現場對靜壓管樁進行試樁，試樁點位取原勘察孔附近，保證地層變化情況可控，打至設計樁長時記錄壓樁力為終壓力，按設計樁長共試樁6根，經7天的休止期后，采用靜載試驗對單樁承載力進行檢測，結果如表3所示。

表3 單樁承載力靜載試驗結果

2.3 結果與分析

1)壓樁力是沉樁結束第零時刻的單樁承載力，在沉樁結束且經過一段時間的休止期后，單樁承載力存在較大幅度的增長，根據本項目試樁的結果，7天后單樁承載力增長幅度大部分在152%～217%，個別樁達到314%，如果在施工中把終壓力當成單樁承載力去理解的話，會認為設計樁長達不到所要求的承載力，從而需要增加樁長，在實際工程項目中經常碰到有甲方與施工單位提出類似的疑問和要求，這是對壓樁力與單樁承載力二者概念不清導致的。

2)壓樁力是一個與地層、含水量、樁長、施工工藝等多因素有關的動態變化參數，在不同場地甚至同一場地的不同位置均會出現較大的變化，需要通過試樁來了解本項目的特異性。由于此次收集的檢測數據數量較少，要定量分析壓樁力與單樁承載力的函數關系比較困難，從指導現場實際施工及設計的角度出發，可以采用UQ比作為大致把控的指標，即

UQ比=終壓力U/單樁極限承載力Q

根據本次試樁及檢測的結果，本項目UQ比變化范圍為0.3～0.4，在實際大范圍施工中可以據此控制終壓力，按設計樁長施工到位后終壓力能夠30%～40%倍要求的單樁極限承載力，即可認為休止期后檢測單樁極限承載力能夠滿足設計要求。

3)從試樁的結果來看，在本項目深厚淤泥的地質條件下，休止期后單樁承載力較終壓力有大幅度的增長，根據本文中對二者關系的分析，增長的部分主要來自于樁周飽和軟黏土中超孔隙水壓力消散、土體重塑后樁側摩阻力的增長，由于樁長較長，樁側摩阻力增長部分非常可觀。因此，在實際施工中要做好靜壓管樁的試樁工作，掌握本場地的情況，充分發揮靜壓樁在土體恢復后單樁承載力的增長潛力，讓樁的承載力最大限度發揮，使軟基處理的設計、施工更為科學合理，以達到經濟、合理的施工效果。

3 結論與建議

針對福州地區深厚淤泥地質條件下采用靜壓管樁的道路軟基處理案例，結合施工過程中的問題及樁基檢測結果資料，對靜壓管樁終壓力和單樁極限承載力的關系進行了辨析，指出單樁極限承載力在沉樁完成后仍存在大幅度的增長并分析了原因，提出UQ比作為指導現場試樁及大范圍施工的依據。

在淤泥層深厚的福州三江口地區，要充分重視靜壓管樁的試樁工作，總結試樁及檢測成果，以作為大面積施工的指導。對于以其他地層為主的場地，不一定適用本項目所提出的UQ比，應結合具體場地試樁結果確定。

本文提出的UQ比目前僅可用于初步指導現場施工，但對靜壓樁沉樁后的單樁極限承載力發展過程及原理還無法進一步解讀，下一階段可考慮結合工程案例通過埋設孔隙水壓力計、沉樁完成后對樁周土進行靜力觸探等方式探索樁周土及孔隙水的變化情況，完善單樁極限承載力隨時間增長的理論過程，以更好地指導工程設計及實施。

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