靜力壓樁施工技術(shù)的初步探討

(中國石化集團洛陽石化工程公司，河南洛陽 471003)

1 概述

靜壓法施工(靜力壓樁)是通過全液壓式靜力壓樁機以壓樁機自重及樁架上的配重作反力將預(yù)制樁壓入土中的一種沉樁施工工藝，按施工方式分有頂壓和抱壓兩種。壓樁樁型可以為各種預(yù)制樁(方樁、管樁)，其中選用預(yù)應(yīng)力管樁(PHC或PC)較多。預(yù)應(yīng)力管樁作基礎(chǔ)具有傳力簡捷，質(zhì)量有保證，施工方便(可工廠預(yù)制)，造價低等優(yōu)點。

靜力壓樁施工與傳統(tǒng)的錘擊沉樁相比，它無噪聲，適用于城鎮(zhèn)市區(qū)施工;沒有污染，無泥漿排出，施工文明;無沖擊力和施工應(yīng)力;無振動，適用于危房改造和在臨近原有建(構(gòu))筑物附近施工，是今后環(huán)保巖土工程發(fā)展的方向。

現(xiàn)在，隨著國家科技的進步，以及靜力壓樁機械的不斷更新和環(huán)保意識的增強，靜力壓樁在全國各地都得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，在江蘇、上海、廣州及珠江三角洲地區(qū)已經(jīng)成為主選樁型。適用的建筑物，不僅是一般的多層，中、高層的民用建筑，也適用于石油化工、冶金、機械等行業(yè)的大型工業(yè)構(gòu)筑物。

2 靜力壓樁的適用范圍

靜力壓樁通常適用于素填土、雜填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、粘性砂石土等高壓縮性粘土層或砂性較輕的軟粘土層地基，不適用于密實較厚的砂土層及風化巖層。

當樁體必須貫穿有一定厚度的砂性土夾層時，必須根據(jù)樁機的綜合因素考慮其適用性，即能否將樁壓到預(yù)定深度的持力層，要關(guān)注地基土的特性與壓樁設(shè)備的能力。

壓樁機穿越砂層的能力隨著壓樁機噸位的增大而增強，所以應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況和壓樁機械情況進行壓樁可行性分析。近年來，由于大噸位壓樁機的出現(xiàn)，擴大了靜力壓樁法施工的適用范圍，能將長樁壓入砂層，可適用于對單樁極限承載力設(shè)計要求超過5 000 kN的高層建筑。

例如在上海地區(qū)，曾使用8 000 kN的壓樁機，將0．50 m的預(yù)制方樁壓進中密砂層2．4 m，此土層的靜力觸探比貫入阻力為12．5 MPa，樁長達 38．5 m，達到設(shè)計標高時的壓樁阻力為5 900 kN，靜載荷試驗測定的單樁極限承載力為6 750 kN。

在基巖起伏比較大的場地，用預(yù)應(yīng)力管樁靜力壓樁，很難控制樁長;不同位置的樁的實際樁頂標高與持力層頂面標高起伏密切相關(guān)，當勘探孔數(shù)量少，相鄰間距大時，就有可能會有部分樁達不到設(shè)計標高，造成事故隱患。當配樁過長時，截樁還會造成樁體預(yù)應(yīng)力的破壞。

覆土層不厚的巖溶地區(qū)也可以使用靜壓樁。在這些地區(qū)采用一般的灌注樁時，鉆孔或沉管成孔比較困難。采用錘擊沉樁時，則容易打碎。只有采用靜壓樁可以緩慢壓入，在沉樁過程中還可以測定沉樁阻力。但在溶洞、溶溝發(fā)育充分的巖溶地區(qū)，靜壓樁應(yīng)謹慎使用。

對于土層中含有較多難以消除的孤石時不宜使用;對于持力層較薄且持力層松軟等地質(zhì)條件的地區(qū)，靜壓樁不宜使用。

靜力壓樁需要大量的配重，對場地的要求比較高，如果場地土非常軟弱，無法承受配重的過大壓力時，就不能采用。

靜壓樁是擠土樁，其擠土作用是相當大的，當?shù)鼗量紫端畨毫Ρ容^高時，采用靜力壓樁的建筑物，其沉降一般偏大。靜壓樁的擠土效應(yīng)取決于樁間距、樁截面的形狀、土層的性能以及沉樁施工順序。一般來說，樁數(shù)多，樁的總截面之和與基礎(chǔ)底面積之和的比值大于3%時，擠土效應(yīng)嚴重。

另外，施工沉樁的速度不能太快，每天沉樁最多控制在20套以內(nèi)。當施工場地與原有或在建建(構(gòu))筑物較近，特別是在一些工程中，為了搶工期，采取邊沉樁，邊施工基礎(chǔ)時，更要考慮壓樁時對周圍的擠土效應(yīng)，在以往的工程實踐中，已建基礎(chǔ)被擠偏，地面被擠壓開裂的現(xiàn)象時有發(fā)生(如某工程由于管橋基礎(chǔ)施工在前，周圍塔器，框架基礎(chǔ)打樁在后，造成相鄰18個管橋基礎(chǔ)被擠偏，基礎(chǔ)最大偏移48 mm，相隔混凝土道路被擠壓隆起，地面開裂)，基礎(chǔ)偏移后為上部鋼結(jié)構(gòu)安裝留下隱患。所以對沉樁的擠土效應(yīng)及沉樁順序必須給予足夠重視，在施工組織設(shè)計或施工方案中詳細確定，以減少擠土效應(yīng)對成樁質(zhì)量、臨近建筑物、道路、地下管線和基坑邊坡產(chǎn)生的不利影響，必要時應(yīng)對受影響的建(構(gòu))筑物進行加固處理并觀測設(shè)點，在毗鄰邊坡壓樁時，應(yīng)采取有效措施保持邊坡穩(wěn)定。

3 終壓力與極限承載力的關(guān)系及其終壓力的確定

3．1 什么是終壓力

終壓力，也稱為終壓值，是壓樁施工時樁尖達到設(shè)計持力層時，確定停止施壓的標準，也是最后終止壓樁時的阻力。主要是克服樁體沖剪土體向下穿透時，由樁端阻力和樁周摩阻力共同組成的沉樁阻力。壓樁阻力所反映的是樁體壓入土中所需要克服的動阻力;是樁尖貫穿端部土層時的沖剪力，它每次出現(xiàn)持續(xù)時間很短。終壓力也是判定樁的承載力和樁身質(zhì)量時最直接的依據(jù)。

單樁極限承載力是沉樁結(jié)束，而且樁周土體經(jīng)過一定的時間恢復(fù)后，樁體所能承受的最大荷載。

工程實踐中，由于受樁型截面不同、樁入土長短、地基土質(zhì)結(jié)構(gòu)差異、壓樁力大小等諸多因素的影響，有時樁尖已經(jīng)達到了設(shè)計標高，即達到了持力層，但最終壓力卻小于設(shè)計承載力。有時樁壓力已經(jīng)遠遠大于設(shè)計承載力，但樁尖卻未達到設(shè)計標高。也就是說，會出現(xiàn)終壓力大于或小于單樁極限承載力的情況。這就要根據(jù)不同情況進行具體的分析。

所以，由于受樁長、樁周土及樁端土的性質(zhì)等因素的影響，樁的終壓力與極限承載力的概念是完全不同的，它們在數(shù)值上不一定相等，但又有一定聯(lián)系。

3．2 終壓力與極限承載力的關(guān)系

在靜壓樁沉樁作業(yè)結(jié)束后，樁體四周土壤中的孔隙水壓力開始消散，土體發(fā)生固結(jié)，被擾動的土體強度逐漸恢復(fù)，原來施工下沉時樁側(cè)滑動摩擦力變成承受上部荷載時的靜摩擦力，這時靜壓樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。

靜壓樁的最終極限承載力的大小與所在地基的土質(zhì)關(guān)系較大。在粘性土中，壓樁過程中的阻力最小，經(jīng)過休息，土的強度逐漸恢復(fù)與增長，因此，粘性土中的長樁其最終的極限承載力通常顯著高于壓樁阻力。當在土壤固結(jié)系數(shù)高的地區(qū)，靜壓樁最后的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出1倍～2倍。但粘性土中的短樁，在土體強度經(jīng)一段時間的恢復(fù)后，側(cè)摩阻力雖然能有一定提高，但畢竟因樁長短，側(cè)摩阻力占樁的總極限承載力的比例較小，最終極限承載力會小于樁的終壓力。

而砂性土的情況則相反，壓樁時急劇增高的孔隙水壓力夸大了樁的阻力，經(jīng)過恢復(fù)后，孔隙水壓力消散，樁的側(cè)阻和端阻下降，單樁豎向極限承載力可能低于終壓力。

3．3 終壓力的取值

有條件時，一般根據(jù)現(xiàn)場試壓樁的實驗數(shù)值或參考本地區(qū)條件相似的施工經(jīng)驗確定。由于我們國家地域遼闊，各地的地質(zhì)條件存在很大差異，很難根據(jù)不同地區(qū)，不同地質(zhì)條件下的經(jīng)驗系數(shù)使統(tǒng)計結(jié)果具有代表性和工程適用性，許多地區(qū)缺乏大量實驗數(shù)據(jù)和工程實踐，到目前為止，還缺少地方技術(shù)標準，更沒有全國性的技術(shù)標準來指導(dǎo)終壓力的取值。各地區(qū)僅根據(jù)本地的地質(zhì)情況及技術(shù)條件，和工程實踐總結(jié)出終壓力的取值規(guī)律，所以壓樁經(jīng)驗的地方性特別強，但各地經(jīng)驗數(shù)據(jù)的大致趨勢是相似的。例如:上海是根據(jù)單樁承載力來估計壓樁終壓力。同濟大學對此做了大量的實測研究工作，包括壓樁阻力與承載力的關(guān)系;土的靈敏度對壓樁阻力的影響等;總結(jié)出在不同樁長、不同的樁尖持力層時的終壓力。廣東省則是通過大量的樁基資料統(tǒng)計分析出終壓力與極限承載力之間的經(jīng)驗公式:

式中:Fu——靜壓樁單樁豎向抗壓極限承載力;

Pe——靜壓樁的終壓力值;

α——土體恢復(fù)系數(shù)，其值的范圍:樁長不大于14 m時，0．60 ～0．80，樁長在14 m ～21 m 之間時，0．80 ～1．00，樁長大于21 m 時，1．00 ～1．20。

表1是廣東某煉油廠催化重整裝置樁基施工時采用的數(shù)據(jù)，該地區(qū)地質(zhì)土層分別為:粘土;中粗砂;粉質(zhì)粘土;砂質(zhì)粘性土，樁尖持力層為全風化花崗巖。

采用YZY450型壓樁機沉樁，樁基施工后，經(jīng)過檢測，樁的極限承載力都達到或超過了預(yù)估的數(shù)值，裝置投產(chǎn)三年來，基礎(chǔ)沉降小于規(guī)范規(guī)定值，裝置運行平穩(wěn)。

表1 廣東某煉油廠催化重整裝置樁基施工時采用的數(shù)據(jù)

總之，在確定終壓力時，一定要根據(jù)工程所在地的地質(zhì)情況，施工技術(shù)水平和當?shù)仂o力壓樁的成功經(jīng)驗，綜合分析來確定。

4 結(jié)語

靜力壓樁法施工技術(shù)，自20世紀50年代在我國開始應(yīng)用以來，有了很大的發(fā)展，由于它的諸多優(yōu)勢，使其顯示出強大的生命力。盡管還有很多問題有待進一步研究探討，但相信隨著工程實踐的不斷豐富，壓樁機械的逐步改進，以及預(yù)制高強度預(yù)應(yīng)力管樁技術(shù)的提高，靜力壓樁施工技術(shù)將會在我國工業(yè)與民用建筑各個領(lǐng)域中得到更加廣泛的應(yīng)用。

［1］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］．

［2］史佩棟．實用樁基工程手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999．

［3］高大釗．樁基工程新進展［D］．上海:同濟大學，2001．