预制桩的加密作用对消除粉土液化的应用分析

张国堂 郝敬宾 胡德省

(江苏省第二地质工程勘察院，江苏 徐州 221004)

预制桩的加密作用对消除粉土液化的应用分析

张国堂 郝敬宾 胡德省

(江苏省第二地质工程勘察院，江苏 徐州 221004)

基于预制桩的加密效应机理，结合具体工程实例，通过预制桩施工前后静力触探试验和标准贯入试验的对比分析，研究了打入式预制桩的加密作用，结果表明预制桩施工后有效改善了粉土的物理力学性能，减小了土层液化。

预制桩，对比试验，加密作用，土层液化

0 引言

预制桩基础在高层建筑、桥梁及港口等建设中已被广泛的应用，已经成为基础工程中一种重要的形式。在粉土(砂土)地区，预制桩施工后，因粉土的加密效应会使桩体周围的土体受到强烈的挤压，使得一定深度的土体变密实。对于粉土、砂土地层，打入式预制桩及其他挤土桩，在一定桩距及桩数的前提下，应考虑打桩对其加密作用及桩身对液化土变形限制的有利影响[1]。

1 加密效应机理

当桩打入土中时，桩的沉入使周围土体向外挤出，其体积被桩充填。桩身和桩端周围一定范围内的土会发生不同程度的扰动和重塑。桩间土受排土打入桩挤压后向压力较小的方向移动。上覆压力较小的浅层土向上隆起，其体积增大，应力释放比原状土更为松散，因而其桩周摩阻力较小。随着深度的增加，上覆土压力也越来越大，最后足以抵御挤压产生的上顶力，其桩周摩阻力也相应增大。在桩端发生的土体移动是以桩端为中心的球形径向移动[2]。由于桩的打入，土体受到急速的挤压，在桩周围产生很高的超孔隙压力[3]。

据分析研究[2]，打桩过程中桩周围土体自桩周向外依次形成四个区域(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ区)。Ⅰ区紧靠桩身，受到挤压力最大，形成极高的超孔隙水压力使得土体产生许多水平或竖向裂缝，同时土骨架受到激烈的挤压，土体结构完全破坏。随着休止时间的增长，土体发生固结，超孔隙压力逐渐消散，Ⅰ区土体的抗剪强度逐渐恢复，达到甚至超过其原来的强度。Ⅱ区在Ⅰ区的外面，受沉桩挤压的影响严重，土体发生较大的位移和塑性变形及较高的超孔隙压力。Ⅲ区土体的压缩变形是弹性的，超孔隙压力较小甚至可忽略不计；Ⅳ区为非扰动区，属原状土。

2 工程实例

2.1 场地工程地质条件

拟建住宅楼高33层，下设2层地下室，采用框架剪力墙结构、桩筏基础，桩基型式采用PHC- 600型预应力混凝土管桩，桩间距2.4 m，共设计119根桩，采用锤击式沉桩(见图1)。

根据勘察报告，场地位于抗震设防烈度为7度区，设计基本地震加速度值0.10g，设计地震分组为第二组。场地内④层粉土为中密，平均厚度5.5 m，属液化土层，场地液化指数9.74～25.58，平均15.2，地基液化等级为中等。

2.2 预制桩施工前后对比

本次桩间土的检测采用双桥静力触探和标准贯入试验两种方法。本次检测布置双桥静力触探孔7个，钻探孔16个，在④层粉土中进行标贯试验58次。预制桩施工前后静力触探试验和标贯试验对比结果详见表1和表2。

表1 预制桩施工前后静力触探试验锥尖对比结果表

表2 预制桩施工前后标贯击数对比结果表

2.3 预制桩加密效应分析

通过打桩前后静力触探试验锥尖阻力对比结果，施工后qc平均值增加55%，qc标准值增加46.3%，增加幅度较大，且土层较差时(qc最小值)增加幅度较大。根据标贯击数对比试验结果表明，施工后N平均值增加152.7%，N标准值增加149.3%，增加幅度较大。

通过上述对比试验结果表明，当打入式预制桩桩距为2.5倍～4倍桩径且桩数不少于5×5时，预制桩对桩周土有加密作用，且对松散的粉土加密效果较好。

2.4 预制桩基础对消除液化的影响分析

预制桩施工后采用静力触探试验和标准贯入试验两种手段对④层粉土重新进行液化判别，具体分析结果如下。

2.4.1 静力触探试验

通过对比打桩前、后静力触探曲线的变化可分析出，预制桩的施工对④层粉土层的挤密作用，使得打桩前后锥尖和侧摩阻力变化。

根据静力触探试验对④层饱和粉土进行液化判别[4]，判别结果详见表3。

表3 静力触探液化判别成果表

2.4.2 标准贯入试验

采用标准贯入试验按现行规范对④层粉土进行液化判别，经计算，除Z33号孔个别点液化外，其余钻孔均不液化(代表性钻孔液化判别成果见表4)。

表4 代表性钻孔液化判别成果表

从表4中可以看出，拟建住宅楼采用打入式预制桩基础对周围土体产生加密作用，使得静力触探的锥尖阻力和标贯击数都有明显的增加，加密效果非常明显。通过打桩后液化判别结果，该办公楼基础范围内④层粉土受加密作用的影响，液化基本消除。

3 结语

在粉土地区，打入式预制桩沉桩后对土体具有加密效应，通过双桥静力触探试验和标准贯入试验进行对比分析，说明加密效应非常明显，有效的改善了粉土的物理力学性能，基本消除了粉土的液化。

由于预制桩的加密作用范围有限，因此，布桩时除考虑经济因素外，尚应结合地层条件选择合适的桩间距，且保证有不少于5×5排的桩数，设计时可考虑预制桩的加密作用及桩身对液化土变形限制的有利影响。

[1] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].

[2] 刘佳东，成建强，曹胜敏.预制桩在砂土地区的挤密效应的分析[J].港工技术,2014,51(1)：67- 68.

[3] 王育兴，孙 钧.打桩施工队周围土性及孔隙水压力的影响[J].岩石力学与工程学报，2004，23(1):154.

[4] 常士骠，张苏民.工程地质手册[M].第4版.北京：中国建筑工业出版社，2007:598.

On consolidation effect of precast piles on eradicating silt liquefaction

Zhang Guotang Hao Jingbin Hu Dexing

(JiangsuNo.2GeologicalEngineeringSurveyInstitute,Xuzhou221004,China)

Based on the consolidation effect mechanism for the precast pile, the paper undertakes the comparative analysis of static penetration test and standard penetration test before and after the precast pile, researches the consolidation effect of driven precast pile, and proves by the result that the precast pile construction can improve the physical dynamic performance of silt and reduces the soil layer liquefaction.

precast pile, comparative test, consolidation effect, soil layer liquefaction

1009-6825(2015)07- 0058- 02

2014-12-22

张国堂(1981- )，男，工程硕士，工程师； 郝敬宾(1979- )，男，工程师

TU473.13

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