靜壓樁施工技術(shù)研究論文
一、靜壓法施工
靜壓法施工是通過(guò)靜力壓樁機的壓樁機構以壓樁機自重和機架上的配重提供反力而將樁壓入土中的沉樁工藝。由于這種方法具有無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊力等優(yōu)點(diǎn)，適應今后巖土工程的要求；同時(shí)壓樁樁型一般選用預應力管樁，該樁作基礎具有工藝簡(jiǎn)明，質(zhì)量可靠，造價(jià)低，檢測方便的特性。兩者的結合便大大推動(dòng)了靜壓管樁在廣東地區的應用，使之有望成為廣東今后樁基發(fā)展的主打產(chǎn)品。人們在對《靜壓樁基礎技術(shù)規程》千呼萬(wàn)喚的同時(shí)，也希望對靜壓樁的沉樁機理及工程實(shí)踐中的應用有進(jìn)一步的了解，本文為此作一介紹。
二、靜壓樁沉樁機理
沉樁施工時(shí)，樁尖刺入土體中時(shí)原狀土的初應力狀態(tài)受到破壞，造成樁尖下土體的壓縮變形，土體對樁尖產(chǎn)生相應阻力，隨著(zhù)樁貫入壓力的增大，當樁尖處土體所受應力超過(guò)其抗剪強度時(shí)，土體發(fā)生急劇變形而達到極限破壞，土體產(chǎn)生塑性流動(dòng)（粘性土）或擠密側移和下拖（砂土），在地表處，粘性土體會(huì )向上隆起，砂性土則會(huì )被拖帶下沉。在地面深處由于上覆土層的壓力，土體主要向樁周水平方向擠開(kāi)，使貼近樁周處土體結構完全破壞。由于較大的輻射向壓力的作用也使鄰近樁周處土體受到較大擾動(dòng)影響，此時(shí)，樁身必然會(huì )受到土體的強大法向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗，當樁頂的靜壓力大于沉樁時(shí)的這些抵抗阻力，樁將繼續刺入下沉。反之，則停止下沉。
壓樁時(shí)，地基土體受到強烈擾動(dòng)，樁周土體的實(shí)際抗剪強度與地基土體的靜態(tài)抗剪強度有很大差異。隨著(zhù)樁的沉入，樁與樁周土體之間將出現相對剪切位移，由于土體的抗剪強度和樁土之間的粘著(zhù)力作用，土體對樁周表面產(chǎn)生摩阻力。當樁周土質(zhì)較硬時(shí)，剪切面發(fā)生在樁與土的接觸面上;當樁周土體較軟時(shí)，剪切面一般發(fā)生在鄰近于樁表面處的土體內，粘性土中隨著(zhù)樁的沉入，樁周土體的抗剪強度逐漸下降，直至降低到重塑強度。砂性土中，除松砂外，抗剪強度變化不大，各土層作用于樁上的樁側摩阻力并不是一個(gè)常值，而是一個(gè)隨著(zhù)樁的繼續下沉而顯著(zhù)減少的變值，樁下部摩阻力對沉樁阻力起顯著(zhù)作用，其值可占沉樁阻力的50～80％，它與樁周處土體強度成正比，與樁的入土深度成反比。
粘性土中，樁尖處土體在擾動(dòng)重塑、超靜孔降水壓力作用下，土體的抗壓強度明顯下降。砂性土中，密砂受松馳效應影響土體抗壓強度減少，松砂受擠密效應影響土體抗壓強度增大，在成層土地基中，硬土中的樁端阻力還將受到分界處粘土層的影響，上覆蓋層為軟土時(shí)，在臨界深度以?xún)葮抖俗枇㈦S壓入硬土內深度增加而增大。下臥為軟土時(shí)，在臨界厚度以?xún)葮抖俗枇㈦S壓入硬土的增加而減少。
一般將樁摩阻力從上到下分成三個(gè)區：上部柱穴區，中部滑移區，下部擠壓區。施工中因接樁或其它因素影響而暫停壓樁的間歇時(shí)間的長(cháng)短雖對繼續下沉的樁尖阻力無(wú)明顯影響，但對樁側摩阻力的增加影響較大，樁側摩阻力的增大值與間歇時(shí)間長(cháng)短成正比，并與地基土層特性有關(guān)，因此在靜壓法沉樁中，應合理設計接樁的結構和位置，避免將樁尖停留在硬土層中進(jìn)行接樁施工。
三、終壓力與極限承載力
在靜壓樁施工完成后，土體中孔隙水壓力開(kāi)始消散，土體發(fā)生固結強度逐漸恢復，上部樁柱穴區被充滿(mǎn)，中部樁滑移區消失，下部樁擠壓區壓力減小，這時(shí)樁才開(kāi)始獲得了工程意義上的極限承載力。從大量的工程實(shí)踐看，粘性土中長(cháng)度較長(cháng)的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時(shí)的終壓力要大，在某些土體固結系數較高的軟土地區，靜壓樁最后獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一二倍，但是粘性土中的短樁，土體強度經(jīng)一段時(shí)間的恢復，摩阻力雖有提高，但因樁身短，側摩阻力占樁的極限承載力的比例差異不大，最終極限承載力達不到樁的'終壓力。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個(gè)不同的概念，一些初接觸靜壓樁的設計、施工人員往往將兩者混為一談。兩者數值上不一定相等，主要與樁長(cháng)、樁周土及樁端土的性質(zhì)有關(guān)，但兩者也有一定的聯(lián)系。四、常見(jiàn)問(wèn)題
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由于靜壓樁是擠土樁，在場(chǎng)地樁數量較多，樁距較密的情況下，時(shí)常后壓的樁會(huì )對已壓的樁產(chǎn)生擠壓上抬，特別對于短樁，易形成所謂的吊腳樁。這種樁在做靜載試驗時(shí)，開(kāi)始沉降較大，曲線(xiàn)較陡，但當樁尖達到持力層，承載力又有明顯增加，沉降曲線(xiàn)又趨于平緩，這是樁身上抬的典型曲線(xiàn)。樁身上抬除了靜載沉降偏大外，對樁而言可能會(huì )把接頭拉斷，樁尖脫空，同時(shí)大大增加對四周樁的水平擠壓力，導致樁傾斜偏位。在處理上施工前合理安排壓樁順序，同一單體建筑物一般要求先壓場(chǎng)地中央的樁，后壓周邊的樁;先壓持力層較深的樁，后壓較淺的樁。出現樁身上抬后一般采用復壓的辦法使樁基按正常使用，但對承受水平荷載的基礎要慎重。
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為了防止樁間的擠土效應太大，或土質(zhì)太硬而使樁身較短，施工中往往采用引孔壓樁的工藝，即先鉆比管樁略小規格的直徑鉆孔，深度是樁長(cháng)的（2/3～1）L，然后將管樁沿預鉆孔壓下去。引孔應隨引隨壓，中間間隔時(shí)間不宜大長(cháng)，否則孔內積水，一是會(huì )軟化樁端土，待水消散后孔底會(huì )留有一定空隙；二是積水往樁外壁冒，削弱了樁的側摩阻力。
對于較硬土質(zhì)中引孔壓樁還會(huì )有樁尖達不到引孔孔底的現象，施工完成后孔底積水使土體軟化，使承載力達不到設計要求。
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當樁尖有縫隙，地下水水頭差的壓力可使樁外的水通過(guò)縫隙進(jìn)入樁管內腔，若樁尖附近的土質(zhì)是泥質(zhì)土，遇水易軟化，從而直接影響樁的承載力。對于樁靴的焊接質(zhì)量要求與端板間無(wú)間隙、錯位，保證焊縫飽滿(mǎn)，無(wú)氣孔。施焊對稱(chēng)進(jìn)行，焊拉時(shí)間控制得當，焊接完成后自然冷卻10分鐘左右方可施打，因高溫焊縫遇水后變脆，容易開(kāi)裂。工程上比較有效的補救技術(shù)措施是采用填芯混凝土法，即在管樁施壓完畢后立即灌入高度為1.2m左右的C20細石混凝土封底，樁端不漏水，樁端附近水壓平衡，樁端土承受三相壓力，承載力能保持穩定。
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由于目前壓樁機越來(lái)越大，最重可達6800KN，對于較硬土質(zhì)，管樁有可能仍然壓不到設計標高，在反復復壓情況下，管樁樁身橫向產(chǎn)生強烈應力，如果樁還是按常規配箍筋，樁頂混泥土抗拉不足開(kāi)裂，產(chǎn)生垂直裂縫，為處理帶來(lái)很大困難。另一種情況就是管樁由軟弱土層突然進(jìn)入硬持力層，沒(méi)有經(jīng)過(guò)渡層，樁機油壓迅速升高，樁身受到瞬間沖擊力也容易引起樁頂開(kāi)裂，如果硬持力層面不平整，樁靴卡不進(jìn)土引起樁頭折斷破碎，樁機油壓又下降，再壓時(shí)壓力不穩定，吊線(xiàn)測量樁長(cháng)發(fā)現比入土部分短。處理上事前改進(jìn)樁尖形式(圓錐形樁尖易滑)，事后用壓力灌漿把樁底破碎混凝土粘結住，適當折減承載力設計值。
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由于靜壓樁逐漸用在高層建筑中，基坑開(kāi)挖不可避免。應根據開(kāi)挖深度考慮是否需要先圍護開(kāi)挖再沉樁的方案。邊打樁邊開(kāi)挖是不可取的，先打樁后開(kāi)挖應考慮對稱(chēng)均勻，如在中間開(kāi)挖把土堆在周?chē)蜁?huì )造成四周和中心的土體高差懸殊，同時(shí)超孔隙水壓及震動(dòng)會(huì )使管樁傾斜或折斷，所以合理制定基坑開(kāi)挖方案是必不可少的。
五、結語(yǔ)
靜壓樁的沉樁機理非常復雜，與土質(zhì)、土層排列、硬土層厚度、樁數、樁距、施工順序、進(jìn)度等有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。靜壓樁施工中出現的問(wèn)題也各種各樣，最常用的處理方法是提高終壓力進(jìn)行復壓。往往樁在做完靜載試驗發(fā)現不合格后，還要增加靜載試驗或大應變檢測，以確定更大范圍不合格樁數量分布。有時(shí)基坑已開(kāi)挖，樁頭已鑿去位置難確定，壓樁機撤出現場(chǎng)，復壓或補樁有一定困難，這就要采取其它一些措施處理不合格樁，如灌漿補強、降低樁承載力標準或擴大承臺等。相信隨著(zhù)工程實(shí)踐的不斷豐富，能為靜壓樁規程的制定提供更多的素材。
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