敞口钢管桩土塞效应试验研究

黄 浩，余 巍

(南京东大岩土工程勘察设计研究院有限公司，江苏 南京 210018)

0 前 言

锚杆静压桩是锚杆和静力压桩结合形成的一种桩基施工工艺，具有施工机具轻便灵活、作业面小、可在室内施工，并由于其能耗低、无振动、经济环保等优点，广泛应用于新老建筑物的基础加固或基础脱换工程，适应于粉土、黏性土、人工填土、淤泥质土、黄土等地基土(一般要求静力触探比贯入阻力Ps﹤8.0 MPa)的工程[1]。

本文对静压钢管桩土塞情况进行研究，通过实测压桩土塞高度，结合地基土层物理力学指标，讨论了桩身尺寸、土层条件等对土塞高度发展规律的影响，加深对静压锚杆桩土塞性状的认识，为相关研究提供依据。

1 试验概况

选取有地下室高层所用钢管桩为研究对象，基础型式为桩筏板基础，因地基承载力不能满足设计要求，后期，采用锚杆静压桩对地基进行加强。

部分高层钢管桩为φ300×8(mm)，钢材为Q235B，设计承载力特征值800 kN，部分高层钢管桩为φ480×10(mm)，钢材为Q345B，设计承载力特征值2 000 kN，桩长设计29 m，并结合压桩力双控。

工程地质土层自上而下主要为粉质黏土、淤泥质黏土、粉土、黏土、粉质黏土夹粉砂、粉砂等，地基承载力整体表现为上软下硬。

本文选取两种桩径(φ300×8(mm)、φ480×10(mm))钢管桩进行试验，压桩时，每压入约2.0 m立即测量桩内土塞高度，从而建立土塞增长率与沉桩深度的动态关系。

2 试验结果及分析

《建筑桩基础技术规范》(JGJ 94—2008)[2]对钢管桩桩端土塞效应系数λρ作了规定：

(1)

其中，hb为桩进入持力层深度，d为桩直径。

规范给出了土塞效应系数λρ，桩端进入持力层的深度越大，土塞效应系数越大，桩端承载力分项系数越大，单桩承载力越高。

土塞增长率(IFR)被国内外认可的用以描述土塞高度变化的最为有效的参数[3]，其表达式如式(2)所示。当IFR = 0时，说明敞口钢管桩处于完全闭塞的情况，而IFR =1则表明完全非闭塞状态。

IFR=dL/dH×100%

(2)

式中，L为土塞高度；H为管桩的压桩深度。

钢管桩沉桩过程中，压桩力由两部分来承担，即钢管桩外侧提供的侧摩阻力和钢管桩端阻力。钢管桩端阻力主要由管内土塞体侧壁与钢管桩内壁的侧摩阻力承担 ，钢管薄壁承担的端阻力可忽略不计，当钢管桩端阻力大于土塞体侧阻力极限值，土塞效应即发生。

本文中也将采用IFR土塞变化规律进行研究，为找出不同桩径尺寸对土塞效应的贡献，选取φ480和φ300两种尺寸的钢管桩进行研究。

3.1 钢管桩φ480 mm土塞情况

选取有代表性的6根φ480 mm钢管桩，对单桩内土塞情况进行研究，采用土塞增长率IFR作为分析指标，每压入深度2.0 m，立即测量土塞深度，获得IFR随沉桩深度变化规律见图1。

图1 土塞增长率IFR～沉桩深度曲线图

由图1可知，φ480 mm钢管桩沉桩由②粉质黏土，经③淤泥质粉质黏土、③-1粉土，至④黏土层等相对较软土层附近时，土塞增长率(IFR)由0增至0.38左右，基本成线性变化。经黏土、粉砂等土层，继续沉桩至持力层⑨-2粉砂层等相对较硬土层时，土塞增长率IFR基本为0.34～0.50。

通过对多根φ480钢管桩土塞情况的统计，发现上软下硬的土层分布中地基承载力小于60 kPa软弱土层内容易发生土塞，土塞增长率IFR随沉桩深度几乎成线性增加；在各层地基承载力相差不大的较硬土层，土塞增长率IFR随沉桩深度基本保持定值0.34。

陆昭球等[4]对φ609 mm和φ380 mm钢管桩的土塞情况进行了研究，发现表层土越硬,第1节桩的土塞高度就越低, 最终土塞高度也相应降低。土塞高度受桩径尺寸影响较大, 一般桩径越大, 土塞越高。

2.2 钢管桩φ300 mm土塞情况

研究φ480钢管桩土塞情况的同时，对456根φ300 mm钢管桩土塞增长率也进行了统计，不同楼栋土塞增长率略有差异，5#楼IFR相对最小为21.7%，8#楼IFR最大为38.6%，IFR整体平均值为29.3%。统计情况见表1。

表1 土塞情况统计表

3 结 语

1)通过多根静压钢管桩土塞数据实测，φ480钢管桩土塞增长率约为0.34，φ300钢管桩内土塞增长率约为0.29，桩径越大，土塞增长率越大，已有研究成果φ609钢管桩土塞增长率约为0.64，进一步证实了桩径尺寸越大，土塞增长率越大。

2)对于上软下硬的土层分布，沿深度方向，钢管桩在软土层内，土塞增长率成线性增长，下层较硬土层内，土塞增长率基本保持为定值0.34。

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