西安靜壓管樁終壓力與單樁極限承載力關系探討

吳群昌,姜規模

(西安市勘察測繪院,陜西西安 710054)

西安靜壓管樁終壓力與單樁極限承載力關系探討

吳群昌?,姜規模

(西安市勘察測繪院,陜西西安 710054)

通過對西安靜壓PHC管樁靜載荷試驗資料分析，依據Q-S曲線得到單樁豎向極限承載力，采用數理統計的方法對單樁豎向極限承載力與終壓力的關系進行回歸分析，分別建立了以粘性土和砂土為持力層時，摩擦型和端承型靜壓管樁終壓力與單樁豎向極限承載力關系的地區經驗公式，對今后類似工程的設計和施工提供參考，對西安靜壓管樁的進一步推廣和應用提供依據。

靜壓管樁；終壓力；單樁極限承載力；經驗公式

1 引 言

靜壓預應力高強度混凝土管樁(PHC),由于單樁承載力高,應用范圍廣,沉樁質量可靠,工程造價便宜,施工速度快、工期短、無污染、現場整潔、施工環境好等特點,在西安的應用得到快速發展。西安主要的地貌為黃土梁洼和渭河及其支流階地,由于巖土工程條件的差異,在黃土梁洼地貌單元,靜壓管樁以摩擦型長樁為主(表1),在河流階地地貌單元以端承型短樁為主(表2)。因此,不同地層條件以及不同樁長類型的靜壓管樁的承載性能有著明顯的差異,沉樁終壓力與單樁豎向極限承載力的關系有所不同。

黃土梁洼地貌區樁長范圍內地層結構在及地基土物理力學性質指標統計表 表1

河流階地地貌區樁長范圍內地層結構及地基土物理力學性質指標統計表 表2

根據西安巖土工程的特點,我們著重研究黃土梁洼地貌單元的摩擦樁和河流階地區以砂土為持力層的端承樁單樁極限承載力與終壓力關系,建立適用地區的經驗公式,為類似工程的應用提供依據。

2 靜壓管樁終壓力與單樁極限承載力的關系

在靜壓管樁施工中,管樁沉樁終止條件的確定非常關鍵,直接關系到單樁極限承載力的大小。在黃土梁洼地貌單元區施工中管樁已壓到設計標高,但終壓力卻達不到設計的單樁豎向極限承載力；而在河流階地地貌單元區施工中,終壓力遠大于設計的單樁豎向極限承載力,但通過靜載荷試驗檢測樁的承載力卻達不到設計要求的單樁豎向極限承載力。發生上述問題,有以下主要原因:

管樁在垂直靜壓力作用下進入粘性土層時,樁周土體會發生擠壓擾動,土中孔隙水壓力急劇增大,樁周土體發生變形,土的原始結構遭到破壞,土的抗剪強度降低,此時壓樁阻力主要來自樁尖阻力,因而樁身容易下沉。這只是短暫現象,當壓樁終止一段時間以后,樁周土體的孔隙水壓力會逐漸消散,土體就會發生重新固結,土的抗剪強度會逐漸恢復,甚至超過原始強度,因而單樁豎向極限承載力大于終壓力。恢復后的土體抗剪強度才使靜壓樁獲得工程意義上的極限承載力。

當以砂層為持力層,管樁在垂直靜壓力作用下沉入砂土層時,樁周土產生擠壓和摩擦,由于砂的剪脹性,使樁身周圍土的孔隙水壓力下降,內摩擦角相應增大,從而提高了樁貫入阻力,卸載一段時間后砂土中孔隙水壓力恢復,樁與砂土層間的摩擦力也相應減少,砂粒之間會產生部分錯動,顆粒重新排列,樁端阻力會有所下降,樁的極限承載力小于終壓力。現在大量用于靜壓管樁施工中的液壓壓樁機,因為機械性能受設計條件的限制,當壓樁力達到終壓力后的很短時間,壓樁機會立即自動卸載,終壓值不能穩定在規定的時間,因而壓樁的終壓力實際上反映的是土體對樁的短時間的抗力。同時,由于端承樁較短,壓樁機卸載后砂土會產生應力釋放,這些都是靜壓管樁的極限承載力小于終壓力的影響因數。

靜壓管樁的終壓力與極限承載力屬兩個不同的概念,有著本質的不同。壓樁力是沉樁過程中使樁貫入土層所需的動壓力,它包括樁端土動阻力及樁側土的滑動摩阻力,反應樁周、樁端土體對樁的動態支承能力。樁的極限承載力是在樁周、樁端土體中的孔隙水壓力逐漸恢復,受擾動的土體重新固結,強度恢復后,在豎向荷載作用下,樁不發生穩定失穩或樁頂沉降量不超過某一數值所對應的承載力,是反應土體對樁支承能力的靜止阻力。靜壓管樁的終壓力與單樁豎向極限承載力雖然不是同一性質的力,但兩者之間仍有一定的相關性。目前相當多的學者已經對兩者之間的關系做了大量的理論與實踐的研究,提出了靜壓樁的終壓力與單樁豎向極限承載力的統計關系,對工程實踐起到了重要指導作用。正因為如此,靜壓管樁的終壓力與單樁豎向極限承載力的關系一直是工程界較為感興趣的問題。

3 靜壓管樁在西安應用研究

鑒于終壓力與單樁豎向極限承載力的兩者之間存在一定的相關性,為了建立定量西安靜壓管樁的終壓力與單樁豎向極限承載力的統計關系,我們整理分析了我們承擔的部分靜壓管樁靜載荷試驗資料,依據QS曲線得到單樁豎向極限承載力,如表3、表4所示。

黃土梁洼地貌區靜壓管樁試驗資料 表3

河流階地地貌區靜壓管樁試驗資料 表4

通過分別對表3、表4中數據以單樁豎向極限承載力(Qu)與終壓力(Pu)進行回歸分析,據此得到的直線回歸方程為:

極限承載關系如圖1、圖2所示。

圖1 黃土梁洼地貌區終壓力與單樁豎向極限承載力關系圖

圖2 河流階地地貌區終壓力與單樁豎向極限承載力關系圖

在靜壓管樁施工中,端承樁(短樁)沉樁終止條件以終壓力控制為主,摩擦樁(長樁)以樁頂標高控制為主。由式(1)和表4可以看出,端承樁以終壓力作為主控條件時,一般終壓力宜大于設計要求的單樁承載力極限標準值,即應進行超壓,超壓系數為1.05～1.35；由式(2)和表3可以看出,相反,摩擦樁終壓力一般小于設計要求的單樁承載力極限標準值,約為設計樁承載力極限的0.65～0.75倍。

4 結 語

通過對靜壓PHC管樁的終壓力與單樁豎向極限承載力的關系的探討,為西安靜壓管樁在施工和質量檢測提供了一種有效方法,依據建設場地巖土工程條件,可以根據靜壓樁的單樁豎向極限承載力合理確定終壓力,經濟合理的選擇施工機械、確定樁長,對今后類似工程的設計和施工提供參考,對西安靜壓管樁的進一步推廣和應用提供依據。可以預計,隨著工程經驗的積累和研究的深入,靜壓管樁技術在西安建設工程中的應用將得到迅速推廣,這對西安地基處理技術的進步具有促進作用。

[1] JGJ103-2003 J256-2003.建筑基樁檢測技術規范[S].

[2] JGJ94-2008.建筑樁基技術規范[S].

[3] 魯穎，龔維明.預應力混凝土管樁承載力、壓樁力與極限承載力分析[J].廣東建材，2006(3).

[4] 西安市規劃局，西安市勘察測繪院.西安工程地質圖集[M].西安：西安地圖出版社，1998.

[5] 孫文懷，魏厚峰，郝小紅等.鄭州地區靜壓管樁單樁極限承載力與終壓力關系[J].水文地質工程地質，2009(4).

[6] 王俊林，王志寬，馬艷.靜壓管樁單樁極限承載力與終壓力關系的探討[J].巖土力學，2008(1).

[7] 張忠苗，俞峰，劉俊偉等.靜壓管樁終壓力與極限承載力的相關關系研究[J].巖土工程學報，2010(8).

[8] 邱成添.廣東地區靜壓管樁終壓力與豎向極限承載力關系研究分析[J].城市建設理論研究，2012(15).

[9] 周恒宇.預應力靜壓管樁終壓力控制方法的研究[J].城市建設理論研究，2012(15).

Stydy on the Relationship Between Static Pressing Pipe Pile End Pressure and Single Pile Vertical Ultimate Bearing Capacity of Xi’an City

Wu Qunchang,Jiang Guimo
(Xi’an Institute of Prospecting＆Mapping,Xi’an 710054,China)

According to analysing and studying on thematerials of Xi’an static pressing PHC pipe pile static loading test and Q-S curve can get the single pile vertical ultimate bearing capacity.Regression analyse the relationship of single pile vertical ultimate bearing capacity and end pressure bymathematical statisticsmethod can build the area experience formulas about the relationship of fiction-type and end bearing static pressing pipe pile’s end pressure and single pile vertical ultimate bearing capacity when clay and sandy is the supporting course.These formulas provide reference to design and construction of similar projects.It has very important impellent effects on static pressing pipe pile’s generalization and application to Xi’an city.

static pressing pipe；eventually pressure；single pile-vertical ultimate bearing capacity；experience formula

1672-8262(2013)06-168-04

TU473.1+1

B

2013—09—16

吳群昌(1964—),男,高級工程師,注冊土木工程師(巖土),主要從事巖土工程技術管理工作。