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1、第19卷第4期建筑结构学报1998年8月软土地基上静力压桩若干问题的分析郑刚顾晓鲁(天津大学天津300072)=提要>预制桩采用静力压桩法在软土地区已越来越被广泛采用,甚至应用在20层以上的高层建筑也已有数十例。但这些成就更多的是依赖于施工单位的经验取得的。现有的规范已经不能满足生产实践的需要。作者总结了所见的研究成果,对软土地区静力压桩的若干问题进行了分析与研究。建议尽早进行有关的专门规范研究与制定工作。关键词:静力压桩、压桩阻力、灵敏度、沉桩控制一、引言近年来,静力压桩法在宁波、温州、西安、福州、广州以及上海等地大量应用。采用此法施工的桩长已达
2、60m以上,压桩机的设计压桩力已达6000~7000kN。在温州等地,静力压桩已应用于20层以上的高层建筑,成为一种广泛采用的桩型。随着静力压桩的广泛采用和问题的大量出现,目前关于静力压桩的有关规范条文已显得不足以解决实际问题,反映在如下几方面:11压桩力:目前见到的仅是对建筑物采用桩式托换时,对压入式桩的压桩力规定要不小[1]于单桩承载力标准值的115倍,实际上这是对较短的摩擦桩的规定,缺乏针对不同情况下桩的压桩力的估算方法或规定。21压桩控沉标准:现有的规范仅对锤击法沉桩提出了控沉标准的规定,由于静力法压桩已应用到高层建筑,考虑到其重要性,必须
3、提出静力法压桩控沉标准的有关规定。31桩身接头:仅文献[2]对预制桩必须采用焊接法接桩的情形作了相应规定。目前对于采用静力法压桩的桩身接头型式缺乏专门规定。41单桩承载力确定:对于采用静力法压桩的桩基,其实每根单桩都经过了某种程度的承载力检验(假如关于压桩力和压桩控沉标准都已有相应规定),其承载力应与可靠度综合考虑确定。针对以上问题,一些研究者进行了研究,各个地区亦总结了一些经验,但仍感不足。实际上,目前静力压桩的设计与施工在某些方面早已突破了已有规范的限制。为使静力压桩的设计、施工及验收有章可循,进一步发展和完善有关规范条文,作者感到有必要对此进
4、行专门的研究。二、压桩阻力静力压桩通常是以1~2m/min的速度匀速将桩体压入土中,类似于静力触探的过程。因54此,已有的静力压桩压桩阻力的估算方法基本都是试图在二者之间建立起一种换算关[3]、[4]、[5]系。[3]韩选江根据两根压桩实测数据,建议可采用下式估算沉桩阻力:P=2Rs+0107Up2fili或可写成:P=ARs+BUp2fili(1)式中,Up为桩截面周长;fi为桩周第i层土的侧摩阻力,由静力触探结果计算;li为第i层土的厚度;Rs为由静力触探结果计算的桩端阻力。实用时,对每个具体工程,需要按上述方法进行一定数量试压,根据试压实测结
5、果确定A、B得到式(1)。但试压实测桩数的多少可能对A、B数值大小有较大影响。[4][5]朱晓林、袁相瑞详尽地分析了压桩的机理,把桩周土随着桩的压入分为三个区段,见图1,认为,l3为无侧阻区;l2为滑移区,土的侧摩阻力小于原状土的静态侧摩阻力,它的降低程度与土的灵敏度有关;l1为挤压区,这个区的桩侧摩阻力一般稍大于原状土的静态强度。一般l1=(7~8)d(d为桩径),l2=(015~016)l,l为桩的入土深度,并按下式计算沉桩阻力:Q=LlU2qsili+qpAp(2)其中,qsi、qp根据静力触探Ps换算;Ll为桩入土深度的折减系[6]数,为P
6、.Lagoni通过实测结果统计的建议公式,它反映了桩侧阻力并不是随着桩入土深度的增加而线性增加,有时随深度增长不大,有时不变,有时反而减小,总体上入土桩身的桩侧平图1沉桩阻力分布模式均单位面积侧摩阻力f随桩的入土深度增加而减小。Ll按下式计算:-011l2(011l-1+e)Ll=2(3)(011l)文献[4]分析导致入土桩身平均侧摩阻力随入土深度增加而减少的原因为桩土间摩阻力在大位移时发生应变软化、打桩时桩身晃动、桩侧向粗糙度随入土深度增加而降低以及桩身周围土由于桩尖贯入受剪切发生重塑,土的强度降为重塑土的残余强度等。由于桩侧土种类不同及桩的刺入
7、和挤土作用,桩侧动摩阻力的降低情况显然不同,灵敏度高、结构性强的饱和软土动侧摩阻力降低幅度大,降低幅度与土的灵敏度有关;含水量高的饱和粉、细砂由于瞬间的液化,其动侧摩阻力降低幅度显然也应该大于含水量低的砂土;对松砂,桩侧摩阻力反而因土挤密有可能提高。因此,不同土中的桩侧平均单位侧摩阻力f随桩入土深度增加而减小的程度不同。注意到式(3)中Ll从形式上仅与桩的入土深度l一个参数有关,因此,对每个实际工程都需测定Ll。饱和土中桩的压入过程是一个不排水过程。如果把桩在土中的刺入看成是圆柱形孔的扩张,利用弹性力学理论图2扩张压力与刚度比关系图可解得土中因桩的
8、压入而对土产生的扩张压力Pu,见图552。图中E为土的弹性模量,Cu为土的不排水抗剪强度,L为泊松比,饱和土取015,当E
