粉（砂）土中預應力混凝土管樁承載力的差異分析

肖臣龍 何煥行

摘 要：本文通過杭州部分位于飽和粉土和砂土的預應力管樁靜載荷試驗對比，發(fā)現(xiàn)錘擊法施工的樁承載力較低。認為施工中的錘擊振動造成飽和粉土、砂土的液化，液化土通過開口的樁底涌入管內(nèi)，樁端土和樁側(cè)土密度不如靜壓樁和閉口樁。樁側(cè)阻力較低、樁端阻力較低和樁端閉塞效應較低是這些樁承載力較低的主要原因。

關(guān)鍵詞：管樁；砂土；粉土；承載力

近年來在杭州的濱江、蕭山和下沙經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，有一部分樁端持力層位于粉土和砂土中的預應力管樁單樁豎向承載力偏低許多，不能滿足設(shè)計要求，造成工程延誤，造價提高。筆者從其地質(zhì)條件、施工方法和樁型特點幾方面分析出現(xiàn)問題的原因。以求拋磚引玉，共同探討，以免類似問題不斷發(fā)生，使兩地乃至相似地質(zhì)條件的工程建設(shè)能夠順利進行。

1 地質(zhì)條件與樁的特點

1.1 兩地的地質(zhì)條件

杭州的濱江區(qū)、蕭山區(qū)和下沙經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)位于錢塘江南北兩岸，地下水位埋藏較淺，上部15～20m為全新世錢塘江沖積形成的粉土和粉砂，飽和，稍密～中密，多數(shù)在7度地震作用下為輕微液化或不液化。在粉土和粉砂的下部往往分布有一定厚度的軟土，所以對荷重不大的建筑物，多采用短樁，以粉土、粉砂作為樁端持力層。

1.2 預應力混凝土管樁特點

盡管粉土、粉砂密度不均，但在一個建筑場地內(nèi)水平向分布還比較均勻。早期采用的沉管灌注樁和預制短樁等都采用密實度較好的亞層作樁端持力層，并取得大量成功的經(jīng)驗。近年來，預應力混凝土管樁因其工業(yè)化生產(chǎn)，樁身質(zhì)量可靠，價格經(jīng)濟，品種規(guī)格多，大量替代了沉管灌注樁和預制樁。

預應力混凝土管樁與其它樁相比有許多不同之處，但最大的不同之處是樁身空心。

1.3 兩地部分試樁比較

在上述地區(qū)的粉土、粉砂中采用預應力混凝土管樁不乏大量成功的實例，但也時而出現(xiàn)不能滿足設(shè)計要求的情況。如果比較這些工程的地質(zhì)條件，就會發(fā)現(xiàn)其并無較大的差異，從設(shè)計采用的承載力上也無不合理之處。是何原因造成預應力管樁承載力相差如此之大？

我們將收集到的部分試樁的樁長、樁徑、施工方法和試驗得到的極限承載力列入表1。

表中單樁豎向靜載荷試驗達到極限承載力的樁即承載力明顯偏低的樁，其承載力未達到設(shè)計要求。這些樁有如下共同特性：

（1）樁身為開口預應力混凝土管樁，樁長較短；

（2）樁基采用錘擊法施工；

（3）樁端土和樁側(cè)土為飽和粉土、粉砂。

2 承載力差異原因分析

2.1 沉樁后粉土、砂土的密度變化不同

由于土的液化特性，所以施工方法不同可能是造成樁承載力明顯差異的主要原因。

根據(jù)以上分析，如樁的面積置換率相同，采用不同樁型和不同施工方法后樁側(cè)土密度提高的順序是：靜壓實心樁或封口管樁最高，錘擊實心樁和靜壓開口管樁次之，錘擊開口管樁最低。

2.2 管內(nèi)土塞效應的不同

靜壓法施工，由于需要克服土的阻力，方能將樁送到指定持力層，沉樁過程，土塞在端阻力作用下擠密，呈超固結(jié)狀態(tài)。一般來說壓樁過程，就是土塞逐漸形成并與樁端土匹配的過程，隨著停歇的時間增加，土塞結(jié)構(gòu)強度增加，土塞完全能勝任阻擋樁端土進入的重任。即土塞效應系數(shù)應可以接近1。

錘擊法施工，由于錘擊過程中管內(nèi)的土始終處于液化狀態(tài)，土的固結(jié)不如靜壓樁。尤其是液化的粉土、砂土，打樁結(jié)束后在重力作用下沉淀，由于時間短，甚至連正常固結(jié)的都達不到。盡管樁端土大量涌入，形成的土塞很長，但土塞效應系數(shù)遠小于1。

土塞效應不同是承載力不同的原因之一。

3 結(jié)論與建議

粉砂和粉土中的預應力管樁，其單樁豎向承載力與土性有關(guān)外，還與開口與否，布樁密度和施工方法有關(guān)。錘擊法施工開口樁，承載力偏低。如要獲得較高的承載力，應以靜壓法為好，或采用閉口樁。另外，處于群樁中的單樁，其單樁豎向承載力試驗結(jié)果會較高，如果在密實度不高的粉砂、粉土中僅打入一根樁進行試驗，單樁豎向承載力一般較低。

參考文獻

[1]楊國權(quán)，劉海波，錘擊法與靜壓法施工預制樁單樁承載力差異分析[J].探礦工程（巖土鉆掘工程）2009（3）.

[2]《工程地質(zhì)手冊》編委會，《工程地質(zhì)手冊》（第四版）[Z].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]中華人民共和國行業(yè)標準編寫組.JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.