浅谈桩基础在地基处理中的应用

任广仕

内容摘要

桩是一种人为在地基中设置的柱形构件，单根或数根桩与连接桩顶的承台一起构成桩基础，其作用是将上部结构的荷重通过上部软弱土层和易压缩性土层传给深层强度高、压缩性低的土层，利用桩端阻力和桩侧阻力承担荷载。

关键词：预应力混凝土管桩；静压桩；偏位；挤土效应；低应变法；

引 言

静压预制桩是借助专用设备的自重和配重或结构物做反力，通过静压机械作用作用于预制好的桩顶或桩身上，对其施加持续的压力，将桩体压入地基中形成桩。

静压预制桩包括钢筋混凝土方桩和预应力钢筋混凝土管桩，适用于持力层起伏变化不大的强风化层、风化残积土、砂层及中低压缩性粘土层，且桩身穿却穿越层中存在孤石等障碍物，以及从软塑层突变到坚硬岩层地区不适用。

因静压预制桩施工无噪音.无振动.对环境无污染，近年来得到较快发展，施工机械亦京都代发展，最大压桩力已经可高达6000-8000kN，单桩可施压300-500mm级直径为300-800mm的管桩， 适用于多.高层建筑物。本文就管桩在设计、施工、质量检测和问题处理作初步归纳，呈与同行交流。

1 预制混凝土管桩成桩机理

静压预制管桩在静压力作用下沉人地基土中，桩侧表面与桩周土体之间产生滑动摩擦，这种滑动摩擦作用非常小，而且在同一土层变化不大，与桩阻力是随桩端处土体的软硬程度即桩端处土体的抗冲剪阻力的大小而波动，沉桩过程穿越的土层一般是软弱松散的，含水量高，孔隙比大叫较大，当静压桩垂直受力下沉时，桩尖直接使土体产生冲剪破坏，桩周土，同时桩周土也产生挤压破坏，孔隙水受此影响，形成不均匀水头，产生了超孔隙水压力，扰动了桩周土结构，使桩周一定范围内的土体抗剪强度降低，粘性土发生了稠化，粉粉土与于砂土发生了软化。压桩终止后随着时间的推移，超孔隙水压力会逐渐消散，桩周土固结，图的抗剪强度逐渐恢复，甚至会超过土体的原始强度，桩周土恢复后，原来沉桩式的滑动摩擦变成静摩擦，这种静摩擦作用和桩端端阻力就构成了工程中所需要的桩承载力。

2 预制桩的承载力特征

根据上述对静压预制桩成桩机理的概述，静压预制桩属于摩擦端成桩或端承摩擦桩。对于极限承载力，不管桩端持力层是粘性土、粉土层、砂土层还是强风化岩，在压桩终止时，桩端土层所提供的承载力约占成桩时中终压力的40%-60%，余的要靠桩周土体抗剪强度来提高的恢复来补充。

由于影响静压预制管桩成桩终压力与单桩竖向极限承载力相互关系相当复杂，一般情况下如果桩较长，且桩周土体摩擦力的恢复值较大；一般情况如果桩较短，且桩周土体摩擦力的恢复值较小。

3 工程实例

3.1工程地质及水文地质条件

根据《岩土工程勘察报告》场地地层层序如下：

第（1）层：杂填土，层厚3.80～8.00米，层顶埋深0.00～0.00米，层底标高12.16～16.30米。灰、灰黄色，松散，稍湿，含较多碎砖.碎瓦.石头等建筑垃圾。该层主要为新近填土

第（2）层：粉质粘土（Q4al），层厚0.50～1.80米，层顶埋深3.80～5.50米，层底标高14.00～14.74米。黄褐色，可塑，湿，干强度中等，中等压缩性，中等韧性，稍有光泽。该层地基土承载力特征值fak=180kpa

第（3）层：粉砂混粉土（Q4al），层厚0.90～2.20米，层顶埋深5.50～6.50米，层底标高12.30～12.94米。棕黄色，稍密～中密，混粉土，干强度低，中等压缩性，低韧性，摇振反应中等。该层地基土承载力特征值fak=180kpa

第（4）层：粉质粘土与粉土互层（Q3al），层厚11.50～12.40米，层顶埋深7.30～8.00米，层底标高0.28～0.66米。浅棕红色，可塑，湿，互层粉土，局部夹粉土.粉砂，呈中密状态。干强度中等，中等压缩性，稍有光泽，含少量蚌壳碎片及氧化铁。该层地基土承载力特征值fak=200kpa

5 预制混凝土管桩施工控制

5.1 浮桩的控制

预制混凝土管桩属于挤土桩，在沉桩过程中桩周部分土体能够进入光管桩内部，实测资料表明，一般粘性土中施工管桩土塞能够达到桩长的三分之一，即产生土塞效应，桩体排挤开的土体不可能全部进入管桩腔内或被压缩，挤土作用也是非常明显的。由于挤土效应必然会造成表层土体的上浮，对于长桩（一般超过20m）桩端下部能够进入硬土层较深，发挥嵌固作用，桩体的上浮不明显；对于短桩或持力层为粘性土的管桩，由于桩端下部不能够进入硬土层，桩体随着浅层土体的上浮而上浮，工程实例表明短桩比长桩更容易发生桩体上浮事故。由于桩体上浮必然会造成试桩过程中沉降加大、承载力降低。有效处理方法是采用复压或复打，经过静载荷试验检验，浮桩经复压或复打后单桩承载力能满足要求。

5.2桩体的偏位

预应力混凝土管桩应严格控制桩的偏位，如桩位偏位超过规范规定极限值，设计变更加大承台，有以下原因，桩过密产生挤土效应将后施工桩挤偏位，应采取复打测桩位偏差；桩机的下陷，场地土较软，未经处理桩机行走过程限机，一般对场地土进行碾压，其厚度大于50cm；基坑开挖；水平位移过大，如基坑开挖采取放坡，将产生较大水平位移，土体的位移会造成基坑内桩的位移。

6 预制混凝土管桩质量检测

6.1 承载力检测

对预制混凝土管桩的承载力检测，常用检测方法有静载荷试验和高应变法。这两种方法都用于承载力检测，其中静载荷试验最为直观，结果可靠，高应变法的结果应建立在一定数量同一场地，相同条件下积累一定静载荷试验结果对比的基础上，可用于工程桩验收性检测或锤击桩施工时的打桩监控。本工程荷载最大加载量为设计打桩承载力特征值（300kN）的2倍（600kN），根据3根试验桩的Q-S关系线特征分析：试桩Q-S关系曲线均系属“缓变型”，无陡降段，说明桩-土体系基本上处于弹塑性工作状态；试桩S-lgt关系曲线在各级荷载作用下，曲线呈直线变化，曲线间距逐渐加大，S-lgt关系曲线尾部均未出现明显下弯曲现象，说明桩-土体系基本上处于弹塑性工作状态，未达到塑性破坏极限工作状态。这说明三根桩艰险承载力均大于600 kN。

6.2低应变完整性检测

低应变法主要用来检测桩的完整性，其原理及原则是：在桩身顶部进行竖向激振，桩的质点受迫而振动并产生沿桩身向下传播的应力波，当波到达桩的末端就向上反射；在桩身某处存在广义波阻抗（该处桩截面积、混凝土密度、纵波在该处传播的波速三者的乘积）有变化，也会产生波的反射并与入射波叠加。这些包含有桩身质量信息的反射信号被安置在桩顶上的灵敏度传感器所接受，仪器把传感器模拟信号放大后通过高速A/D转换器转换成数字信号存储在计算机里。通过对反射波的波形.振幅.频谱和相位的综合分析，从而判断被检测的桩身结构的完整性，對桩身存在缺陷的部位和相对程度作出判断。

依据《建筑基桩检测技术规范》，桩身完整性可分为四类。

类别 分类原则

Ⅰ 桩身完整

Ⅱ 桩身有轻微缺陷，不影响桩身结构承载力的发挥

Ⅲ 桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响

Ⅳ 桩身存在严重缺陷，必须进行工程处理

根据低应变法测试桩128根桩，结果显示Ⅰ类桩125根，Ⅱ类根桩3根。Ⅱ类不影响桩身结构承载力的正常发挥。

结论

通过本文的讨论，可得出以下几点结论

① 在确定终压力，应进行试桩，通过静载荷确定有效桩长、终压力。

② 对桩端持力层为非硬土层的短桩，施工中易产生浮桩与偏位，有效预防处理措施：施工中经常复测桩位及对浮起桩进行复压。

③ 管桩承载力检测应首选静载法，高应变法用于锤击桩打桩监控或工程桩检测，低应变应用在管桩完整性检测时尚存在一定局限。

④ 管桩桩型具有施工速度快、单桩承载力高、成桩机质量可靠.涉及范围广.单位承载力造价低.穿透力较强。

参考文献

[1] 吴强.安徽建筑：安徽建筑杂志社，2008.3-102

[2] 郭扬.安徽建筑：安徽建筑杂志社，2008.4-100

[3] 卢嘉宾.工程与建设：安徽建筑杂志社，2006.6-801

[4] 建筑桩基技术规范JGJ94-2008