静力压桩的设计及施工探讨

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摘要:本文阐述静力压桩的优点,对静力压桩的设计及施工进行探讨,提出静力压桩存在的若干问题。
 　　关键词:静力压桩;标准贯入试验锤击数;桩距;终压力
 　　近年来,随着预制桩的大力推广和使用,一种新型的静压式预制桩(简称静压桩)以其无噪音、无振动,单桩承载力较高且易控制,施工简易、效率高等特点得到广泛应用。在国家颁布的基础设计或施工规范中,静压桩被纳入预制桩类,但是,关于静压桩技术的规定大多是纲领性的,没有作较深入的论述,可操作性仍较差,尤其是广东省标准《建筑地基基础施工及验收规程》(DBJ15-201-91)中,并没有提到静压桩这种施工技术,显然规范的制订已明显滞后。在近几年来的工程实践中,静压桩作为一种新桩种,无论在设计及施工上都存在许多值得探讨的问题。
 　　1、 工程地质条件对静压桩的影响
 　　预制桩是一种挤土桩,地质情况对成桩的影响很大,特别是静压桩穿透各层土质的能力。在工程地质勘察报告中,通常提供各层土质的N63.5击数,即标准贯入试验锤击数,静压桩穿透各土层的能力一般可以对照分析N63.5数值及桩机的最大压桩力来做一般判断。大量工程实践证明,静压桩尤其适用于一般粘性土、粉土、砂土、淤泥或淤泥质土,但对于地下软层深厚或者坚固的薄夹层(如密实砂层、强风化、砾砂卵石层等)的地质则不适用。在工程中,经常碰到有关静压桩能否穿透砂层的问题,目前掌握到的规律大致是:静压桩一般可穿越中密以下砂层,对于密实砂层,当厚度不大(通常是小于1.00米)时,也可以穿越。另外,施工机械的最大压桩力对静力压桩穿越砂层的能力也有很大关系,最大压桩力小于2400KN的静力压桩机,其穿越砂隔层的能力较为有限,对于砂层较厚的,现在较为常用的是采用引孔压入法,通过引孔,然后采用压桩力较大的静压桩机,可把桩压穿5-6M的中密至密实砂层,如我市已经建成的金丽花园,在5-6M深的土层下面有一层5-6M厚的砂层,就是用最大压桩力为3200KN的桩机把预制压穿这一砂层,还有我市现在正在新建的图书馆桩基工程,也是采用引孔压入法,用压桩力为4000KM的静压桩机进行施工,穿越7M的密实砂层。因此,使用预制桩时必须充分考虑场地有关的工程地质条件及桩机的机型。
 　　2、桩端进入持力层的深度控制
 　　预制桩作为摩擦桩或端承桩时,桩端进入持力层的深度应满足有关规范要求,才能保证桩的设计承载力。
 　　多年来国内外对桩的承载力作了大量研究,也提出过不少破坏模式。值得一提的是,马耶霍夫提出的桩基破坏模式中说到:桩在土层中特别是桩底以上6-10D和桩底2-4D(D为桩径)范围内,当桩破坏时,土的剪切面经过这部位的土层。所以这部分土层的性质对桩的承载力十分重要,大量实践证明,桩底上这一段土层对桩实际起着嵌固作用,对桩的侧摩阻力影响很大,而桩底这段土层则直接影响桩的端承力,因而设计选择持力层时,应注意考虑持力层之上是否有较密实或坚硬的过渡土层。若预制桩是通过软弱土层后直接到达坚硬的土层,因为软弱土层对桩的侧摩阻力(即嵌固力)很小,故必须加深桩端进入持力层的深度。保证桩的承载力达到设计要求。
 　　3、桩距的确定
 　　预制桩是挤土桩,无论采用打入式或压入式,它都需要将原来土层挤开,才能把桩压入或打入,这样,原来的土层除部分被压缩外,相当一部分(特别是饱和水的土层)不能被压缩,这部分就会向地质条件较弱的方向挤压甚至引起向上隆起,在这种情况下,先压入的桩可能会被后压入的桩所影响而被抬起,从而形成“吊脚桩”。所以规范从设计上规定挤土桩的桩数较多时,桩的最小中心距不能少于3.5d。而穿越饱和软土时更应该是4.0d。因此设计选好桩型后,应首先确定桩距,然后再按上层建筑传下来的荷载进行配桩,避免把桩布得过密给施工带来较大的困难,甚至导致桩基出现质量问题。
 　　4、静压桩的终压力(Q)取得
 　　静压桩的终压力,既是静压桩施工时确定停压的标准,也是终压桩时的阻力。它主要由桩端的抗冲剪阻力与桩侧土的动摩阻力组成,但不等于静压的极限承载力,结合各地区经验,它与静压桩的承载力标准(RK)存在一定的比例,关系大致如下:
　　(1)、对于摩擦桩,一般以桩底标高为主要控制标准时,Q=(1-1.3)RK。
 　　(2)、对于端承桩Q=(2.5-3)RK。
 　　(3)桩长小于20M的摩擦兼端承桩Q=(2-2.5)RK。以摩擦为主取低值,以端承为主取高值。
 　　(4)桩长大于20M时:Q=(1.5-2)RK。以摩擦为主取低值,以端承为主取高值
目前,由于国家和地方还没有制定关于静压桩终压的控沉标准、不同桩长、不同桩侧与桩端土质情况静压桩的控制标准,所以在确定终压值时,结合有关施工经验是非常必要的,并不是终压值越大越好。对于长径比较大的桩来说,若终压力取值过高,由于桩周土尚未重新固结,桩侧土的约束力很小,桩顶施压过大对桩身质量和桩的接头等均有害无利,也是没有必要的。本地的做法通常是邀请勘察、设计、监理、质监等有关部门,通过现场试桩确定具体的终压标准和控沉标准。
 　　5、静压桩的接桩工艺
 　　建筑桩基技术规范表明:“桩的连接方法有焊接法、法兰连接和硫磺胶泥锚接三种”。
 　　现在,我国各地具体要求及做法不尽相同,如上海无论是锤击沉桩或静力压桩、桩身接头一律采用焊接法。而在一些地方,绝大部分静力压桩均采用硫磺胶泥接头。但是对抗震设防烈度高,桩的长径比较大,接头一般2个以上,硫磺胶泥的接头施工质量是否可靠,一直存在很大的意见分歧。从施工现场接桩工艺来看,采用硫磺胶泥的接头方法,施工快捷,操作容易,但是对接头较多的长桩,从抗震设防角度来看,接头质量是一个重要环节。针对这一情况,我市统一规定采用焊接法接头。
 　　6、静压桩的施工质量问题
 　　静压桩的施工质量问题,有些在施工过程中就可表现出来,有些在桩基检测和承台开挖后才能表现出来。施工过程中表现出的主要有:桩身(头)开裂或破碎,桩位偏移,沉桩深度不够等。完工以后才表现出的主要有:桩顶偏位超出规范要求,桩身缺陷或接头松脱,静载或小应变试验不合格等,这些问题有很多是在施工环节上造成的。因此施工时必须做好下列几个方面:
　　(1)测量放线必须准确、保证桩位不偏移。
 　　(2)桩机的配重数量应保证足够,才能确保桩端达到设计要求达到的持力层。
 　　(3)桩身强度在使用前应进行检查,发现外观不合格(弯曲、凹凸不平,严重崩角,有裂缝等)的桩,坚决不用;对外观质量合格的桩,尚需进行回弹抽查。
 　　(4)压桩前应确保桩的垂直度和桩身接头的焊接质量,要保证满焊并间歇8分钟进行冷却后方可开始压桩作业,上下桩中心必须对正,保证桩不会因偏心受压而出现折桩现象。
 　　(5)静压桩施工顺序应合理安排,由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动,改变了土体的应力状态,产生挤土效应;施工时,可根据场地条件和四周环境确定施工路线,一般采用先深后浅,自中间向两边对称前进,或自中间向四周进行,尽量减少桩的挤土效应可能产生的不良影响。
 　　总之,静力压桩作为一种新桩种,因其自身固有的优势而在几年都得到了快速发展,但无论是设计理论、施工技术还是工程应用,都还有不少问题需要探讨研究,例如桩基础施工时终压力值控制标准和最终复压时桩身下沉标准,桩身接头及接头抗震构造等等,都需要通过大量的工程实践和深入的理论研究加以分析和解决问题。在今后的工作中本人将与业内同行一道不断总结和积累经验,以求进一步提高静力压桩法技术的应用水平。