靜壓法施工預(yù)應(yīng)力管樁的擠土效應(yīng)對成樁效果的分析

摘要：本文結(jié)合工程實(shí)例對靜壓法施工預(yù)應(yīng)力管樁過程的擠土作用進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場荷載試驗(yàn)結(jié)果，提出深厚軟土地區(qū)靜壓法施工管樁的合理終樁要求，實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：靜壓法施工；擠土效應(yīng)；單樁極限承載力；單樁承載力特征值

引言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁大量地應(yīng)用到工程建設(shè)中，其成樁方法主要有錘擊和靜壓兩種，靜壓法施工工藝由于噪音小，文明施工程度高，成樁質(zhì)量較穩(wěn)定等特點(diǎn)，得到建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位的大量應(yīng)用。特別是在深度較大的軟土地區(qū)，其施工過程的擠土效應(yīng)，對成樁效果有一定的影響，本文主要根據(jù)軟土地區(qū)工程實(shí)例，分析靜壓法施工的擠土效應(yīng)對成樁效果的分析。

1.工程概況

本工程位于廣州珠江江邊，是早期房地產(chǎn)開發(fā)的工程項(xiàng)目，建筑物為多幢12層～16層住宅樓，無地下室，首層為架空層。設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)為多樁承臺(tái)高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，施工方法為靜壓法施工，樁規(guī)格為φ400×95mm，設(shè)計(jì)樁長為35m～ 38m，單樁承載力特征值為1100kN。

2.場區(qū)巖土工程地質(zhì)概況及相關(guān)技術(shù)參數(shù)

本工程地層主要有：人工填土層（Q4ml）、沖積層（Q4al）及白堊系泥巖（K）。自上而下描述如下：

2.1素填土（層號(hào)①1）：場地內(nèi)普遍分布，松散，遇水易軟化、濕陷。

2.2沖積層（Q4al）主要有：淤泥（層號(hào)②1），流塑；中砂（層號(hào)②2），松散；淤泥質(zhì)土（層號(hào)②3），軟塑；粉質(zhì)黏土（層號(hào)②4），飽和，可塑；粗砂（層號(hào)②5），中密—密實(shí)。

2.3白堊系泥巖（K）主要有：強(qiáng)風(fēng)化泥巖（層號(hào)③1）、中風(fēng)化泥巖（層號(hào)③2）兩層，巖層埋深大，深度>37m。

2.4勘察報(bào)告提供有關(guān)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1：

3.樁基施工

3.1正式開工前首先進(jìn)行試驗(yàn)樁施工，確定施工過程相關(guān)技術(shù)參數(shù)，確定終樁標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)樁按設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行，終壓單樁極限承載力不小于2200kN，終樁進(jìn)行三次復(fù)壓，每次貫入度不大于10mm。按設(shè)計(jì)要求完成3根試驗(yàn)樁，每根樁均能穿過粗砂、強(qiáng)風(fēng)化巖層，進(jìn)入中風(fēng)化泥巖，終壓單樁極限承載力為2200kN，試驗(yàn)施工的3根樁成樁資料如表2。

3.2根試驗(yàn)樁完成后，建設(shè)單位組織技術(shù)人員研究分析，認(rèn)為設(shè)計(jì)單樁承載力特征值為1100kN，樁端穿入粗砂層、強(qiáng)風(fēng)化、進(jìn)入中風(fēng)化巖層，樁長分別為38.0、39.10、 37.40，樁有效樁長過大，按此要求施工，樁基礎(chǔ)工程造價(jià)較大，對整個(gè)工程項(xiàng)目造價(jià)影響很大。隨即組織召開了勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位會(huì)議，通過討論，最終確定參考施工單位提出的相似地質(zhì)情況的工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程地質(zhì)資料，采用固定樁長（樁入土深度為27.0m），終壓力不作要求，以粗砂層作為持力層，再進(jìn)行第二次試驗(yàn)樁施工。試驗(yàn)樁為3根，位置靠近第一次試驗(yàn)樁，施工完成后由第三方檢測單位進(jìn)行單樁豎向靜載荷試驗(yàn)。

3.3第二次試驗(yàn)樁的3根樁長均為27.0m，終壓力不作要求，其中有Z4、Z5進(jìn)入粗砂層，Z6只進(jìn)入粉質(zhì)黏土層，還沒進(jìn)入粗砂層，其成樁資料及壓力表顯示單樁極限承載力值如表3。

3.4單樁豎向靜載荷試驗(yàn)采用靜壓樁機(jī)作為反壓平臺(tái)，試驗(yàn)采用快速維持荷載法加載，3根樁均加載至2200kN，沉降穩(wěn)定，最大沉降量為28.12mm，按相關(guān)技術(shù)規(guī)范，單樁豎向抗壓承載力特征值可取1100kN，滿足設(shè)計(jì)要求，其結(jié)果如表4。

3.5基樁單樁豎向靜載荷試驗(yàn)完成后，建設(shè)單位又組織召開了勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工、檢測單位各方會(huì)議，通過研究確定，本工程項(xiàng)目樁基礎(chǔ)按第二次試驗(yàn)樁結(jié)果采用固定樁長施工，終樁標(biāo)準(zhǔn)為有效樁長為27.0m，不考慮其他參數(shù)，樁基礎(chǔ)完成后按規(guī)范要求進(jìn)行單樁豎向靜載荷試驗(yàn)。

3.6本工程樁基礎(chǔ)全部完成后，按規(guī)范要求選取18根樁進(jìn)行單樁豎向靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均能滿足設(shè)計(jì)要求，該工程完成至今已有十多年，建筑物使用狀況較好，足以證明在本項(xiàng)目采用固定樁長的終樁標(biāo)準(zhǔn)是可行的。

4.結(jié)果分析

4.1按照勘察報(bào)告提供的預(yù)制管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)及單樁承載力特征值估算，第二次試驗(yàn)的3根樁理論計(jì)算的單樁承載力特征值如表5。

4.2按照勘察報(bào)告提供技術(shù)參數(shù)計(jì)算，第二次試驗(yàn)的3根樁單樁承載力特征是達(dá)不到設(shè)計(jì)要的，但是單樁豎向靜載荷試驗(yàn)結(jié)果卻能滿足設(shè)計(jì)要求，樁基礎(chǔ)全部完工后樁豎向靜載荷試驗(yàn)結(jié)果也全部滿足設(shè)計(jì)要求。主要原因是：靜壓法施工擠土效應(yīng)所致，分析如下：

4.2.1勘察時(shí)巖土體松散的、可塑狀，大部分是可壓縮的，勘察報(bào)告提供的設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)原始狀態(tài)巖土體的力學(xué)技術(shù)參數(shù)，沒有考慮施工過程對巖土體的影響，其提供力學(xué)技術(shù)參數(shù)相對于成樁后的數(shù)值偏低，理論計(jì)算結(jié)果也偏低。

4.2.2靜壓法施工過程壓力表顯示的單樁極限承載力值，是一個(gè)瞬間力，是高強(qiáng)度管樁對樁端巖土體不發(fā)生剪切破壞或剪切破壞極少，對樁端巖土體壓硬而形成對管樁的反力。靜壓法施工過程，是管樁對巖土體沖剪破壞過程，巖土體在外力加載作用下，管樁對巖土體剪切破壞，對樁周巖土體進(jìn)行擠壓，對樁端巖土進(jìn)行壓密，整個(gè)過程進(jìn)行很快，管樁與巖土體基本處于脫離狀態(tài)，樁周摩阻力作用很小。施工過程壓力表顯示的單樁極限承載力值與設(shè)計(jì)要求的單樁極限承載力值是不相同的，只能作為參考值。

4.2.3靜壓法施工是高強(qiáng)預(yù)制樁樁體下沉過程，對巖土體沖剪破壞，對樁端巖土體壓縮變形和側(cè)向擠壓，由于巖土體的壓硬特性，巖土體的強(qiáng)度和剛度增加，樁側(cè)表面法向應(yīng)力提高，樁側(cè)摩阻力和樁端阻力也相應(yīng)提高。

4.2.4在靜壓法施工擠壓作用下，地下松散的素填土、中砂，流塑的淤泥、淤泥質(zhì)土受剪切和擠壓，由于巖土體的剪縮特性，使其體積收縮而致密，孔隙率降低，強(qiáng)度得到提高，其樁側(cè)摩阻力也會(huì)提高。

4.2.5在靜壓法施工擠壓作用下，地下深處的飽和的粉質(zhì)黏土、中密的粗砂層受到擠壓，由于巖土體的剪脹特性，體積膨脹而會(huì)向上隆起，由于受到上覆壓力作用，向上隆起作用力可以形成對其上部松散巖土體的擠壓致密作用，使得其上部巖土體強(qiáng)度得到提高，其樁側(cè)摩阻力、樁端阻力也會(huì)提高。

5.結(jié)論

5.1在深厚的軟土地區(qū)進(jìn)行靜壓樁施工，首先要進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，查驗(yàn)勘察報(bào)告提供的巖土體力學(xué)技術(shù)參數(shù)，分析試驗(yàn)樁施工情況，結(jié)合施工情況給設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

5.2充分認(rèn)識(shí)軟土地區(qū)工程地質(zhì)特征，認(rèn)識(shí)靜壓法施工過程壓力表顯示的單樁極限承載力與實(shí)際值的不同，考慮施工方法、工藝對巖土體的影響，采用現(xiàn)場試驗(yàn)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)相結(jié)合，理論與試驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，多方研判，確定設(shè)計(jì)最終終樁標(biāo)準(zhǔn)。

5.3靜壓法施工對深厚軟土擠土效應(yīng)作用較大，可改變巖土體原始狀態(tài)，提高其力學(xué)技術(shù)參數(shù)，本工程中單樁承載力特征值可提高15%～20%。

5.4實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，本工程樁基礎(chǔ)費(fèi)用可降低20%～25%。

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