静压预应力管桩竖向承载力研究

关键词：静压预应力管桩；竖向承载力 

　　随着人类对环保意识的不断增强，静压法将逐渐取代锤击法，而静压预应力管桩具有能承受较大的负荷、质量稳定、造价低等优点，近年来在国内很多地区得到广泛应用，所以本文就将对静压预应力管桩竖向承载力方面予以简单的研究。 

　　一、静压预应力管桩 

　　静压预应力管桩是一种基础工程的名称，施工里叫地基分部工程下的子分部工程，由工厂预制好的高强度预应力砼管状的桩运到现场，对正图纸要求的位置，用设备将它慢慢压入土中（不用锤击），房屋基础的荷载经过承台的结合由此管状的桩传给地基土，这样构成结构体系。 

　　二、弄清静压管桩施工终压力和竖向极限承载力的关系的重要性 

　　静压预应力管桩（以下简称静压管桩）施工终压力和竖向极限承载力的关系是施工单位和设计单位十分感兴趣的问题，确定静压桩竖向极限承载力与施工终压力的经验公式主要有以下两种用途：一是在设计初步或开工前试桩阶段估算单桩竖向承载力特征值（作为辅助方法和补充手段）：已知桩的终压力（Pze）桩的入土深度及桩周土质情况，可以很快估算出该桩的竖向极限承载力（Qu），从而可求得该桩的竖向承载力特征值Ra；二是选择施工用的压桩机、确定终压控制标准（一种简便的初估手段）：已知桩的入土深度（根据工程地质资料预估）土质情况及桩的竖向承载力特征值，可很快求得需要的终压力，因此，弄清静压管桩施工终压力和竖向极限承载力的关系，对静压桩的进一步推广应用有着重要意义。 

　　三、单桩竖向承载力 

　　静力压桩单桩竖向承载力可通过桩的终止压力大致判断，但因土质的不同而异，桩的终止压力小于单桩的极限承载力，要通过静载对比试验来确定一个系数，然后再利用系数和终止压力，求出单桩竖向承载力的标准值fk，即fk=kfs，（在工程中，静载对比试验由相应的检测站负责，各项系数、参数由其提供），如根据终止压力值所判断的单桩竖向承载力标准值不能满足设计要求，应立即采取送压加深处理或补桩，以保证桩基的施工质量，压桩也应控制好终止条件，液压表显示的最终压力不得低于单桩设计承载力的2倍，否则应增加桩长，并会同设计单位另行处理。 

　　四、静压预应力管桩终压力与竖向极限承载力的区别 

　　静压预应力管桩终桩力和竖向极限承载力是两个本质绝然不同的概念，终压力指的是静力压桩过程中使桩尖达到持力层终止压桩时出现的最终静压力，是一种破坏土层的极限荷载，其主要是来自克服桩端土层的抗冲剪阻力和桩侧滑动摩擦力；而竖向极限承载力，则指的是压桩结束后，桩周土体产生固结、桩端土体产生回弹后，该桩能保持正常使用时可承受的最大竖向荷载，是桩侧极限摩阻力与桩极限端阻力的总和，终压力是终止压桩瞬间出现的荷载，其每次出现持续的时间通常仅5s～l0s，而单桩承载力是桩能抵抗由上部结构传来的长期荷载作用的能力，终压力和竖向极限承载力本质区别决定了两者在数值上是不同的，因土层结构、桩型截面、桩长等的不同，会出现终压力大于或小于单桩竖向极限承载力的情况，但大量工程实测资料表明两者之间也是有一定的关系的。 

　　而静压桩的终压力与单桩竖向极限承载力是不同性质的力，但两者之间却具有一定的相关性，如果从纯理论方面来看，影响两者关系的因素相当多，目前还难以建立能反映出各种影响因素的定量计算公式。 

　　五、极限承载力与终压力相关关系机理研究 

　　欲建立终压力和极限承载力的关系，应综合考虑沉桩性状和承载力时效性两方面带来的影响，此处称静压管桩的极限承载力与终压力的比值为压力比，一方面是沉桩过程对压力比的影响：静压桩的沉桩阻力受土层性状、桩土接触面特征等因素影响，作用机理十分复杂，不同沉桩方式下的沉桩阻力（压桩力）是不同的，与压桩速率、压桩循环参数等压桩指标密切相关，以桩长为控制标准进行静压桩施工时，不同的压桩参数导致不同的终压力值；以压力值作为终压标准时，沉桩性状的改变也会导致桩长的不同，可见沉桩过程对于极限承载力与终压力相关关系的影响是显著的；一方面是承载力时效性对压力比的影响：压桩结束后，桩基的极限承载力随时间发生变化，这种现象称为承载力“时间效应”，与土层情况、桩的类型及截面尺寸等密切相关，同时也受到沉桩方式的影响，承载力时效性对于极限承载力与终压力关系的影响也是显著的。 

　　六、静压预应力管桩终压力与竖向极限承载力关系的理论分析 

　　静压管桩竖向极限承载力与施工终压力的比值会随着土层结构、桩型截面、桩长的改变而变化，大量的工程实测资料表明，桩长的变化对静压桩竖向极限承载力与施工终压力关系影响最大，当桩长较短时，施工终压力一般大于单桩极限承载力；而当桩长较长时，施工终压力则一般小于单桩极限承载力，这主要是因为，静压管桩在静压力的作用下压入地基土中时，桩侧表面与桩周土之间的摩擦力是滑动摩阻力，这种滑动摩阻力很小，而且在同一土层中，基本保持不变，其不随桩身入土深度的增长而累积增大，压桩阻力并不一定随着桩身入土深度的增长而累积增大，而是随着桩端处的土体软硬程度即桩端处土体的抗冲剪阻力的大小而波动，所以静压管桩的压桩力主要来自桩尖向下穿透土层时直接冲剪桩端土体的阻力，而静压管桩压桩穿越的土层一般是软弱松散的，含水量较高，孔隙比较大，当管桩在垂直静压力作用下压入地基土中时，桩尖直接使土体产生冲剪破坏，同时桩周土体也产生剪切挤压破坏，孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生了超孔隙水压力，扰动了土体结构，从而使桩周一定范围内的土体抗剪强度降低，粘性土发生软化，砂土粉土发生稠化，此时桩身就容易下沉，当桩身进入持力层后，端阻力大幅增加，压桩力也随之增长，所以静压桩施工终压力主要是克服桩端阻力和桩侧的滑动摩阻力，而一旦压桩终止并随着时间的推延，桩周土的触变时效和固结时效就体现出来了，土体中的孔隙水压力逐渐消散，土体发生固结，土的抗力逐渐恢复，甚至超过其原始强度，这时桩身和桩周土之间的摩擦力，已经不是施工下沉时的滑动摩阻力而是变成承载时的静摩阻力，静压桩这时才获得工程意义上的极限承载力，根据粗略统计分析，静压桩的极限承载力中，桩端所提供的承载力约为终压力值的40～45%，其余部分要靠桩周土体抗剪强度的恢复来补充，如果桩身较长且桩周土体摩阻力的恢复值又大，那么该静压桩的端承力、桩侧摩阻力的综合即桩的极限承载力就会大于桩的施工终压力值；而如果桩身较短，桩侧提供的摩阻力就小，这种情况下桩的极限承载力就会小于桩的终压力值，静压桩终压力与极限承载力分别是沉桩过程和后期承载力变化过程的缩影，沉桩过程引起桩侧以及桩端土体的扰动，孔隙水压力增长，桩身表面形成“水膜”，桩侧阻力发生退化；沉桩结束后，随着土体的触变恢复以及固结作用，承载力发生变化。 

　　结语 

　　综上所述，静压预应力管桩的应用越来越普遍，而做好静压预应力管桩竖向承载力方面的研究也变的越来越重要，本文只是简单的对这一方面的内容予以了论述，希望能对同行起到一定的指导作用。 

　　参考文献： 

　　[1]檀俊杰《浅议静压预应力管桩施工》 城市建设理论研究 2011 

　　[2]高喜峰.天津市预应力管桩竖向承载力研究[D].天津大学硕士论文，2005.