浅析静压桩终止压力与单桩极限承载力设计的联系

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1、浅析静压桩终止压力与单桩极限承载力设计的联系(江苏金易电力工程设计有限公司，江苏南京210000)在建筑领域中桩基础己有近酉年，并逐渐趋向于成熟。但是我国现行的《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008),对于桩基施工过程中的动态分析几乎没有涉及。对于静压桩工艺施工预制桩而言，很多技术人员仍然认为沉桩力(过程力或终止压力)与桩的极限承载力之间存在必然的数学关系。关键词：静压桩；单桩极限；承载力设计1八■>«刖目我们从静压桩施工基木原理及单桩极限承载力恢复的基木条件入手，对黄河三角洲软土地区某高层住宅桩基施工过程中存在静压桩终止压力不足的情况进行了理论分析和试验验证，得出了静

2、压桩终止压力与单桩的极限承载力之间的关系，从而为该建设项目的优化设计提供了理论基础。1工程概况黄河三角洲软土地区某高层住宅项目，井计18栋高层住宅，地下1层，地上最低的9层，最高的17层，总规划建筑面积约16万m2。基础采用预制钢筋混凝土管桩PHC—A400(95),PHC-A500(110),桩长度有多种，其中最长的为25m，最短的为22m,采用静力压桩方案。在施工刚开始时发现静压桩终止压力小于单桩的设计极限承载力标准值，部分小于单桩的设计极限承载力标准值的85%,故暂停施工。按以往工程经验和惯例，多采用加长桩长的方式以确保单桩的设计极限承载力，一般加长长度为3〜5m。综

3、合考虑桩一土共同作用的时效性，认为在饱和软土中单桩极限承载力在沉桩完成后会有一定程度的增LC通过理论分析计算和现场单桩极限承载力试验，确定了不改变桩长而是充分利用桩的恢复力以保证单桩极限承载力的方案。2问题的提出项目所处场地属河流冲积平原，地势平坦，土层层序清楚且厚度较为均匀，按以往的工程经验，压桩力•一般均在单桩的设计极限承载力以上。结合本工程实际情况，有如下问题需要分析研究：（1）静压桩终止压力能否代表单桩的设计极限承载力？若不能代表，终止压力过小说明了什么问题？（2）静压桩终止压力与单桩的实际极限承载力是否存在一个与吋间有关的函数关系？（3）考虑吋间效应吋，单桩的实际

4、极限承载力能恢复多少？能否达到单桩极限承载力标准值以上？2.1两个基本概念在分析问题之前需明确两个基本的概念，即静压桩的沉桩力和单桩极限承载力。静压桩的沉桩力是沉桩过程中桩刺透地基土、灌入土层过程中所需的静压力，也就是使桩能够近似匀速地沉入地基土中。因此，沉桩力是一个作用力和反作用力之间的动态静平衡，其中桩的位移是主要变化量。而单桩极限承载力是单桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载，一般取竖向荷载一沉降（Q—s）曲线或沉降一吋间对数（s-lgt）曲线的骤变点对应的荷载。也就是在一定荷载值或吋间内，桩位移是静态动平衡。此时，桩的位移是主

5、要控制量。2.2静压桩沉桩基本原理与打入桩类似，静压桩也属于挤土桩。静压桩在压桩初始时，桩底面宏观上可视为尺寸较小的圆形基础，基础下地基所受压力超过地基抗剪极限强度吋,土体发生冲切、剪切破坏，桩体刺入地基。随着桩底面土的塑性破坏，土体被向下和侧向压缩挤开，桩侧土体产生塑性扰动而发生结构性破坏。对于饱和黏性土，由于瞬时排水固结效应不明显，土体中孔隙水受冲切挤压作用产生不均匀水头，即超静孔隙水应力。2.3静压桩的沉桩力计算模型由2.2节可以看出，静压桩的沉桩力由三部分组成：（1）桩端土体发生冲切、剪切破坏的破坏力；（2）桩侧土体对桩体产生的动态摩阻力；（3）桩周受扰动土体对桩体

6、产生的超孔隙水压力。由此可见，沉桩力Q由桩端和桩侧土体的抗剪强度决定，计算公式如下：(1)Q=βlslA+β2UΣqsikLi式中：SI为桩端土体的抗剪强度；A为桩的桩端横截面面积；U为桩身横截面周长;qsik为桩侧第i层土的抗剪强度;Li为第i层土厚度;βl，β2为分担系数。值得指出的几点是，静力触探常用探头尺T远小于预制桩的桩端尺寸,一般在10倍及以上，考虑两者间的尺寸效应，沉桩力与桩入土深度的曲线不会像静力触探吋的同类曲线那样受土层薄夹层或局部不均匀的影响而产生突变。因此，本文采用修正的静力触探比贯入阻力加权平均值

7、qc来计算桩端阻力，而通过将桩端视为发生冲切、剪切破坏的圆形基础来计算桩端沉降反力。另外，由于土质和地下水位的差异，工程实践中估算沉桩过程中的超孔隙水压力较闲难，本文将超孔隙水压力附加在桩侧阻力中，以求简化计算。3计算与分析3.1管桩沉桩力与入土深度的试验曲线本文将沉桩过程中的沉桩力合并为两部分：桩端地基土发生动态冲切、剪切破坏力和考虑超孔隙水压力的桩侧土体动态摩阻力。笔者通过对施工现场的15根22m长的PHCA400(95)管桩(送桩4m)的沉桩力数据进行对比分析,挑选出4根具有代表性的管桩进行分析，其沉桩力与入