沉桩工艺对预制管桩竖向承载力及休止时间的影响

沉桩工艺对预制管桩竖向承载力及休止时间的影响

叶强

上海隧道工程质量检测有限公司201109

摘要：本文通过工程实例分析，在同一场地、对不同沉桩工艺的预制管桩的静载荷试验结果分析预制管桩单桩竖向承载力及休止时间的影响。

关键字：静压桩锤击桩单桩竖向极限承载力休止时间

1、引言

预应力管桩具有规格化生产、成桩质量易于控制和检查,施工周期较短,沉桩质量比砼灌注桩有保证,经济性较实心方桩好,其在长三角地区得到了广泛应用。预应力管桩常用的沉桩方法有静压法及锤击法两种。通常两种施工方法的单桩承载力及单桩静载荷试验休止时间取值基本相同，但是它们采用了不同的沉桩机理，其对预制管桩的单桩竖向承载力及休止时间的影响也有较大的差异。

2、工程实例

2.1工程概况

常熟市尚湖镇新建某安置房小区，以9~10层小高层住宅为主，建筑面积约为20.0万平方米。基础采用桩基础，设计采用了桩径为400mm、桩长为11.0m预应力管桩，桩尖入土深度在12.0m左右，桩端持力层采用第○5层粉砂夹粉土，设计单桩竖向极限承载力标准值为1400kN。该工程分二期采用了静压法及锤击法两种方法进行施工。

2.2地质情况

拟建场地地表下20.0m以内主要土层为第四系河流相冲（沉）积层，主要由粉质粘土、粉质粘土夹粉砂、粉砂等组成，各层土的物理力学指标见表1。

表1地基土主要物理力学指标

2.3试桩结果

在同一场地相同桩型的条件下，对一期工程采用静压法沉桩、二期工程采用锤击法沉桩的试桩进行了静载荷试验。休止时间均在10～15天的情况下，一期采用静压法沉桩试桩均达到了设计要求，而二期工程采用锤击法沉桩的试桩结果未达到设计要求。考虑到试桩的休止时间较短，过了一个月，对原试桩重新进行了静载荷试验，试桩结果也达到了设计要求。各试桩的静载试验结果见表2及图1静载试验Q～S曲线。

表2试桩静载试验结果

图1静载试验Q～S曲线

从静载试验结果可以看出，在休止时间较短的情况下，静压桩的单桩竖向极限承载力标准值要比锤击桩大得多；锤击桩的单桩竖向极限承载力随着休止时间的增长逐渐增加，但总体上来看要小于静压桩的承载力；锤击桩的休止期相对于静压桩要长。

3、原因分析

3.1沉桩机理因素

锤击法沉桩是利用桩锤自由下落时的瞬时冲击力锤击桩头所产生的冲击机械能传递给桩体，桩尖产生向下的振动波对土体产生压缩和剪切破坏作用，并产生很大的超静孔隙水压力，在桩锤的反复作用下，桩尖处土体发生塑性流动，并形成连续滑动面，土体从桩尖表面向下和侧向挤开，桩尖刺入并进入下层土体中。同时，锤击法沉桩锤击也会产生水平向振动波，导致桩身与浅层土脱开，引起浅层土与桩体不能很好结合，不利于桩周高抗剪强度泥皮（硬壳层）的形成，因而降低了浅层土对桩的侧摩阻力；而静压法沉桩是以静压力来代替冲击力，克服土体对桩体摩阻力，在桩尖处产生剪切破坏，土体产生重塑，桩体刺入下部土层。由于静压法沉桩无振动，桩侧土体与桩体连接紧密，有利于桩周泥皮的形成，相当于增加了桩周截面，从而提高了单桩竖向极限承载力，因此一期工程采用静压桩的承载力相对于二期采用的锤击桩有所提高。

随着休止时间的增加，锤击法沉桩的桩周土随着超静孔隙水压力的逐步消散发生重新固结，并在土体侧向压力作用下，桩侧土逐渐与桩体紧密接触，桩侧阻力逐渐提高，从而桩的单桩承载力随之增大。也印证了休止时间在42天比14天锤击桩单桩承承载力有了明显提高。

3.2土层因素

场地采用摩擦端承桩，桩侧土体主要为土质较好的粘性土，具较高的抗剪强度。沉桩过程中桩周土发生了塑性剪切破坏，桩基沉桩完成后，桩侧土发生重新固结，场土土质越好，越不利于土体重新固结，所以桩所需休止时间也越长。由于锤击桩沉桩时产生的能量要比静压桩的大得多，产生的超孔隙水压力也要比静压桩高，孔隙水压力消散所需时间也要长，从而在相同休止时间的情况下，静压桩比锤击桩的承载力要高；本工程桩端持力层为粉砂，粉砂在锤击振动作用下容易产生液化现象，导致桩侧及桩端土体在沉桩中受到的总应力较小，超孔隙压力消散后的有效强度也较低，从而造成锤击桩比静压桩承载力要低。

3.3桩长因素

本工程采用桩长为11.0m，浅层土的桩侧阻力的发挥对单桩承载力影响较大。当采用静压式沉桩时，基本上无锤击引起桩的横向振动，不存在桩身与浅层土局部脱开而导致桩侧阻力有所降低；而锤击桩由于水平振动导致与浅层土层局部脱开，且土层越硬，桩与土脱开越久，桩土闭合所需时间也越长，从而导致锤击桩的承载力比静压桩要低。

4、结论与建议

通过沉桩机理、土层及桩长等因素对以上实例分析，在长三角地区粘性土为主地区，采用不同的沉桩工艺，对预制管桩的单桩承载有一定的影响，基本可以得到以下结论与建议：

在同等条件下，采用静压法沉桩比锤击式沉桩施工预制管桩单桩极限承载力要高，在条件许可的前提下，应优先采用静压法沉桩工艺。

锤击式沉桩相对于静压式沉桩所需的休止时间要长，在静载试验检测时，建议对采用锤击桩的休止期应进行适当加长。

参考文献

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