1 前 言
靜壓法施工是通過靜力壓樁機(jī)的壓樁機(jī)構(gòu)以壓樁機(jī)自重和機(jī)架上的配重提供反力而將樁壓入土中的沉樁工藝。由于這種方法具有無噪音、無振動、無沖擊力等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)今后對綠色巖土工程的要求；同時壓樁樁型一般選用預(yù)應(yīng)力管樁，該樁作基礎(chǔ)具有工藝簡明，質(zhì)量可靠，造價低，檢測方便的特性。兩者的結(jié)合便大大推動了靜壓管樁在廣東地區(qū)的應(yīng)用，使之有望成為廣東今后樁基發(fā)展的主打產(chǎn)品。人們在對《靜壓樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》千呼萬喚的同時，也希望對靜壓樁的沉樁機(jī)理及工程實(shí)踐中的應(yīng)用有進(jìn)一步的了解，本文為此作一介紹。
2 靜壓樁沉樁機(jī)理
沉樁施工時，樁尖"刺入"土體中時原狀土的初應(yīng)力狀態(tài)受到破壞，造成樁尖下土體的壓縮變形，土體對樁尖產(chǎn)生相應(yīng)阻力，隨著樁貫入壓力的增大，當(dāng)樁尖處土體所受應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度時，土體發(fā)生急劇變形而達(dá)到極限破壞，土體產(chǎn)生塑性流動（粘性土）或擠密側(cè)移和下拖（砂土），在地表處，粘性土體會向上隆起，砂性土則會被拖帶下沉。在地面深處由于上覆土層的壓力,土體主要向樁周水平方向擠開，使貼近樁周處土體結(jié)構(gòu)完全破壞。由于較大的輻射向壓力的作用也使鄰近樁周處土體受到較大擾動影響，此時，樁身必然會受到土體的強(qiáng)大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗，當(dāng)樁頂?shù)撵o壓力大于沉樁時的這些抵抗阻力，樁將繼續(xù)"刺入"下沉。反之，則停止下沉。
壓樁時，地基土體受到強(qiáng)烈擾動，樁周土體的實(shí)際抗剪強(qiáng)度與地基土體的靜態(tài)抗剪強(qiáng)度有很大差異。隨著樁的沉入，樁與樁周土體之間將出現(xiàn)相對剪切位移，由于土體的抗剪強(qiáng)度和樁土之間的粘著力作用，土體對樁周表面產(chǎn)生摩阻力。當(dāng)樁周土質(zhì)較硬時，剪切面發(fā)生在樁與土的接觸面上;當(dāng)樁周土體較軟時，剪切面一般發(fā)生在鄰近于樁表面處的土體內(nèi)，粘性土中隨著樁的沉入，樁周土體的抗剪強(qiáng)度逐漸下降，直至降低到重塑強(qiáng)度。砂性土中，除松砂外，抗剪強(qiáng)度變化不大，各土層作用于樁上的樁側(cè)摩阻力并不是一個常值，而是一個隨著樁的繼續(xù)下沉而顯著減少的變值，樁下部摩阻力對沉樁阻力起顯著作用，其值可占沉樁阻力的50～80％，它與樁周處土體強(qiáng)度成正比，與樁的入土深度成反比。
粘性土中，樁尖處土體在擾動重塑、超靜孔降水壓力作用下，土體的抗壓強(qiáng)度明顯下降。砂性土中，密砂受松馳效應(yīng)影響土體抗壓強(qiáng)度減少，松砂受擠密效應(yīng)影響土體抗壓強(qiáng)度增大，在成層土地基中，硬土中的樁端阻力還將受到分界處粘土層的影響，上覆蓋層為軟土?xí)r，在臨界深度以內(nèi)樁端阻力將隨壓入硬土內(nèi)深度增加而增大。下臥為軟土?xí)r，在臨界厚度以內(nèi)樁端阻力將隨壓入硬土的增加而減少。
一般將樁摩阻力從上到下分成三個區(qū)：上部柱穴區(qū)，中部滑移區(qū)，下部擠壓區(qū)。施工中因接樁或其它因素影響而暫停壓樁的間歇時間的長短雖對繼續(xù)下沉的樁尖阻力無明顯影響，但對樁側(cè)摩阻力的增加影響較大，樁側(cè)摩阻力的增大值與間歇時間長短成正比，并與地基土層特性有關(guān)，因此在靜壓法沉樁中，應(yīng)合理設(shè)計接樁的結(jié)構(gòu)和位置，避免將樁尖停留在硬土層中進(jìn)行接樁施工。
3 終壓力與極限承載力
在靜壓樁施工完成后，土體中孔隙水壓力開始消散，土體發(fā)生固結(jié)強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，上部樁柱穴區(qū)被充滿，中部樁滑移區(qū)消失，下部樁擠壓區(qū)壓力減小，這時樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從大量的工程實(shí)踐看，粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時的終壓力要大，在某些土體固結(jié)系數(shù)較高的軟土地區(qū)，靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一二倍，但是粘性土中的短樁，土體強(qiáng)度經(jīng)一段時間的恢復(fù)，摩阻力雖有提高，但因樁身短，側(cè)摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不大，最終極限承載力達(dá)不到樁的終壓力。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個不同的概念，一些初接觸靜壓樁的設(shè)計、施工人員往往將兩者混為一談。兩者數(shù)值上不一定相等，主要與樁長、樁周土及樁端土的性質(zhì)有關(guān)，但兩者也有一定的聯(lián)系。汕頭市總結(jié)本地經(jīng)驗(yàn)提出了自己的做法,對一些設(shè)計承載力較高的工程,終壓力值宜盡量達(dá)到設(shè)計取值的1.5∽1.7倍,并視土質(zhì)及布樁情況考慮復(fù)壓;對于14∽21m的中長樁,終壓力控制在設(shè)計值的1.7∽2倍以上,宜復(fù)壓3次;而小于14m的短樁,終壓力控制在設(shè)計值的2∽2.5倍以上,并復(fù)壓3∽5次。
廣東省《靜壓樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》編制組通過大量樁基資料的統(tǒng)計分析，提出一個樁的極限承載力與終壓力之間的關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式：
當(dāng)L≤14m時，Quk=αRsm=（0.6～0.85）Rsm
當(dāng)14m＜L＜21m時，Quk=αRsm=（0.75～1.05）Rsm
當(dāng)L≥21m時，Quk=αRsm=（1.0～1.20）Rsm
式中：Quk-靜壓樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值
Rsm-靜壓樁的終壓力值
樁長一些，土質(zhì)好一些，土體恢復(fù)系數(shù)α可取上限值；反之取下限值。這個經(jīng)驗(yàn)公式有下列兩個用途：一是已知終壓力、樁長及土質(zhì)情況，可以粗估靜壓樁的極限承載力。如終壓力為3600KN，樁長7m，土體恢復(fù)系數(shù)取0.6，則估算樁的極限承載力Quk =0.6×3600=2160KN；二是已知單樁豎向極限承載力、樁長和土質(zhì)情況，可選擇壓樁時的終壓力值。如樁長為7m，土體恢復(fù)系數(shù)取0.7，要求樁的極限承載力達(dá)2400KN，則終壓力值應(yīng)為Rsm≥2400/0.7=3430KN，所以可選用3600KN壓樁機(jī)施壓。
靜壓法施工是通過靜力壓樁機(jī)的壓樁機(jī)構(gòu)以壓樁機(jī)自重和機(jī)架上的配重提供反力而將樁壓入土中的沉樁工藝。由于這種方法具有無噪音、無振動、無沖擊力等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)今后對綠色巖土工程的要求；同時壓樁樁型一般選用預(yù)應(yīng)力管樁，該樁作基礎(chǔ)具有工藝簡明，質(zhì)量可靠，造價低，檢測方便的特性。兩者的結(jié)合便大大推動了靜壓管樁在廣東地區(qū)的應(yīng)用，使之有望成為廣東今后樁基發(fā)展的主打產(chǎn)品。人們在對《靜壓樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》千呼萬喚的同時，也希望對靜壓樁的沉樁機(jī)理及工程實(shí)踐中的應(yīng)用有進(jìn)一步的了解，本文為此作一介紹。
2 靜壓樁沉樁機(jī)理
沉樁施工時，樁尖"刺入"土體中時原狀土的初應(yīng)力狀態(tài)受到破壞，造成樁尖下土體的壓縮變形，土體對樁尖產(chǎn)生相應(yīng)阻力，隨著樁貫入壓力的增大，當(dāng)樁尖處土體所受應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度時，土體發(fā)生急劇變形而達(dá)到極限破壞，土體產(chǎn)生塑性流動（粘性土）或擠密側(cè)移和下拖（砂土），在地表處，粘性土體會向上隆起，砂性土則會被拖帶下沉。在地面深處由于上覆土層的壓力,土體主要向樁周水平方向擠開，使貼近樁周處土體結(jié)構(gòu)完全破壞。由于較大的輻射向壓力的作用也使鄰近樁周處土體受到較大擾動影響，此時，樁身必然會受到土體的強(qiáng)大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗，當(dāng)樁頂?shù)撵o壓力大于沉樁時的這些抵抗阻力，樁將繼續(xù)"刺入"下沉。反之，則停止下沉。
壓樁時，地基土體受到強(qiáng)烈擾動，樁周土體的實(shí)際抗剪強(qiáng)度與地基土體的靜態(tài)抗剪強(qiáng)度有很大差異。隨著樁的沉入，樁與樁周土體之間將出現(xiàn)相對剪切位移，由于土體的抗剪強(qiáng)度和樁土之間的粘著力作用，土體對樁周表面產(chǎn)生摩阻力。當(dāng)樁周土質(zhì)較硬時，剪切面發(fā)生在樁與土的接觸面上;當(dāng)樁周土體較軟時，剪切面一般發(fā)生在鄰近于樁表面處的土體內(nèi)，粘性土中隨著樁的沉入，樁周土體的抗剪強(qiáng)度逐漸下降，直至降低到重塑強(qiáng)度。砂性土中，除松砂外，抗剪強(qiáng)度變化不大，各土層作用于樁上的樁側(cè)摩阻力并不是一個常值，而是一個隨著樁的繼續(xù)下沉而顯著減少的變值，樁下部摩阻力對沉樁阻力起顯著作用，其值可占沉樁阻力的50～80％，它與樁周處土體強(qiáng)度成正比，與樁的入土深度成反比。
粘性土中，樁尖處土體在擾動重塑、超靜孔降水壓力作用下，土體的抗壓強(qiáng)度明顯下降。砂性土中，密砂受松馳效應(yīng)影響土體抗壓強(qiáng)度減少，松砂受擠密效應(yīng)影響土體抗壓強(qiáng)度增大，在成層土地基中，硬土中的樁端阻力還將受到分界處粘土層的影響，上覆蓋層為軟土?xí)r，在臨界深度以內(nèi)樁端阻力將隨壓入硬土內(nèi)深度增加而增大。下臥為軟土?xí)r，在臨界厚度以內(nèi)樁端阻力將隨壓入硬土的增加而減少。
一般將樁摩阻力從上到下分成三個區(qū)：上部柱穴區(qū)，中部滑移區(qū)，下部擠壓區(qū)。施工中因接樁或其它因素影響而暫停壓樁的間歇時間的長短雖對繼續(xù)下沉的樁尖阻力無明顯影響，但對樁側(cè)摩阻力的增加影響較大，樁側(cè)摩阻力的增大值與間歇時間長短成正比，并與地基土層特性有關(guān)，因此在靜壓法沉樁中，應(yīng)合理設(shè)計接樁的結(jié)構(gòu)和位置，避免將樁尖停留在硬土層中進(jìn)行接樁施工。
3 終壓力與極限承載力
在靜壓樁施工完成后，土體中孔隙水壓力開始消散，土體發(fā)生固結(jié)強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，上部樁柱穴區(qū)被充滿，中部樁滑移區(qū)消失，下部樁擠壓區(qū)壓力減小，這時樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從大量的工程實(shí)踐看，粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時的終壓力要大，在某些土體固結(jié)系數(shù)較高的軟土地區(qū)，靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一二倍，但是粘性土中的短樁，土體強(qiáng)度經(jīng)一段時間的恢復(fù)，摩阻力雖有提高，但因樁身短，側(cè)摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不大，最終極限承載力達(dá)不到樁的終壓力。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個不同的概念，一些初接觸靜壓樁的設(shè)計、施工人員往往將兩者混為一談。兩者數(shù)值上不一定相等，主要與樁長、樁周土及樁端土的性質(zhì)有關(guān)，但兩者也有一定的聯(lián)系。汕頭市總結(jié)本地經(jīng)驗(yàn)提出了自己的做法,對一些設(shè)計承載力較高的工程,終壓力值宜盡量達(dá)到設(shè)計取值的1.5∽1.7倍,并視土質(zhì)及布樁情況考慮復(fù)壓;對于14∽21m的中長樁,終壓力控制在設(shè)計值的1.7∽2倍以上,宜復(fù)壓3次;而小于14m的短樁,終壓力控制在設(shè)計值的2∽2.5倍以上,并復(fù)壓3∽5次。
廣東省《靜壓樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》編制組通過大量樁基資料的統(tǒng)計分析，提出一個樁的極限承載力與終壓力之間的關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式：
當(dāng)L≤14m時，Quk=αRsm=（0.6～0.85）Rsm
當(dāng)14m＜L＜21m時，Quk=αRsm=（0.75～1.05）Rsm
當(dāng)L≥21m時，Quk=αRsm=（1.0～1.20）Rsm
式中：Quk-靜壓樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值
Rsm-靜壓樁的終壓力值
樁長一些，土質(zhì)好一些，土體恢復(fù)系數(shù)α可取上限值；反之取下限值。這個經(jīng)驗(yàn)公式有下列兩個用途：一是已知終壓力、樁長及土質(zhì)情況，可以粗估靜壓樁的極限承載力。如終壓力為3600KN，樁長7m，土體恢復(fù)系數(shù)取0.6，則估算樁的極限承載力Quk =0.6×3600=2160KN；二是已知單樁豎向極限承載力、樁長和土質(zhì)情況，可選擇壓樁時的終壓力值。如樁長為7m，土體恢復(fù)系數(shù)取0.7，要求樁的極限承載力達(dá)2400KN，則終壓力值應(yīng)為Rsm≥2400/0.7=3430KN，所以可選用3600KN壓樁機(jī)施壓。