錘擊和靜壓管樁在某工程中應(yīng)用效果分析

姜規(guī)模，吳群昌，韋顯呈

(西安市勘察測繪院，陜西西安 710054)

1 引言

預(yù)應(yīng)力高強度混凝土管樁(PHC管樁)因具有單樁豎向抗壓承載力高、耐打性好、質(zhì)量可靠、長度易調(diào)整、施工速度快、對工程地質(zhì)條件適應(yīng)性強和造價低等優(yōu)點在西安地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。管樁沉樁方法主要有錘擊法和靜壓法兩種。本文結(jié)合工程實例對錘擊和靜壓管樁應(yīng)用效果進行分析。對今后類似工程的應(yīng)用提供經(jīng)驗。

2 工程實例

2.1 工程概況

該項目位于西安北郊施家莊東側(cè)，常青二路南側(cè)。該項目由多棟高層建筑組成，建筑層數(shù)為地上30層～34層，地下2層。本工程采用預(yù)應(yīng)力高強度混凝土管樁(PHC)，受場地巖土工程條件和環(huán)境條件的限制，成樁方式前期為錘擊法，后期為靜壓法。設(shè)計有效樁長 11.00 m～13.00 m，樁徑 Φ500 mm，樁端持力層為中砂。

2.2 場地巖土工程條件

根據(jù)巖土工程勘察報告，場地地貌單元屬于渭河二級階地。場地屬自重濕陷性黃土場地，設(shè)計擬建建筑物基礎(chǔ)面以上的濕陷性土層全部挖除，故按非濕陷性地基進行設(shè)計。勘察期間，場地地下水穩(wěn)定水位埋深 18.0 m～18.30 m，屬潛水類型。場地地下潛水對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋均具弱腐蝕性。地基土對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋均具弱腐蝕性。

樁長范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)、巖性描述及地基土的主要工程性能指標(biāo)如表1所示:

樁長范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)及地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計 表1

2.3 施工概況

該工程根據(jù)場地巖土工程條件和施工環(huán)境條件，管樁施工分別采用錘擊法和靜壓法沉樁。

錘擊法施工采用6.5 t柴油錘錘擊沉樁，貫入度為最后每10擊 3 cm。

靜壓法采用680 t液壓壓樁機壓樁，壓樁終壓力為4 800 kN。

2.4 單樁靜載試驗結(jié)果

為了驗證管樁方案的可行性，確定設(shè)計和施工參數(shù)，為工程樁設(shè)計提供依據(jù)，在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上，進行了12根錘擊法和6根靜壓法管樁單樁靜載荷試驗。布置了9根錘擊法和3根靜壓法管樁單樁靜載荷試驗，以檢測工程樁承載力和應(yīng)用效果，單樁載荷試驗結(jié)果如表2、圖1、圖2所示。

從表2，圖1、圖2可以看出，在試樁條件下，錘擊法12根管樁的單樁豎向抗壓極限承載力為4 800 kN。靜壓法6根管樁單樁豎向抗壓極限承載力為 3 800 kN。在檢測階段錘擊法9根管樁的單樁豎向抗壓極限承載力為 4 800 kN。靜壓法3根管樁單樁豎向抗壓極限承載力為 3 800 kN。錘擊法比靜壓法單樁極限承載力均高出 1 000 kN。

管樁試驗資料表2

圖1 錘擊法管樁靜載試驗曲線圖

圖2 靜壓法管樁靜載試驗曲線圖

3 應(yīng)用效果分析

從上述工程實例分析中可以看出，在建設(shè)場地巖土工程條件和管樁設(shè)計參數(shù)相同的條件下，施工方法不同，管樁的單樁豎向抗壓極限承載力差異較大。經(jīng)分析主要是錘擊法和靜壓法在沉樁機理、對地基土體破壞程度和對承載力初判方法不同。

3.1 沉樁機理不同

靜壓法施工是采用靜力壓樁機將管樁用靜力壓入土層。錘擊法施工是采用錘擊打樁機將管樁打入土層。顯而易見，沉樁的方式一個為靜力抱壓式，一個為沖擊打入式。

3.2 土體破壞程度不同

靜壓法施工時，管樁在靜壓力作用下進入土層時，樁周土體會發(fā)生擠壓變形，土的原始結(jié)構(gòu)遭到破壞，土的抗剪強度降低，因而樁身容易下沉;樁進入砂性土?xí)r會產(chǎn)生擠壓和剪脹性，從而提高了樁貫入阻力。錘擊樁沉樁時，土體在樁身的沖擊力和震動的作用下，粘性土產(chǎn)生壓縮變形，砂性土在震動的作用下產(chǎn)生液化，抗剪力降低。錘擊法施工在沖擊力和震動作用下對土體作用面較大。靜壓施工土體的破壞不存在震動作用，破壞作用僅在樁土界面，影響范圍小。

3.3 對承載力初判方法不同

靜壓樁施工時，靜壓法能直觀地看到壓樁的壓力，往往采用入土的有效樁長和終壓值進行控制停止壓樁和判定承載力。錘擊樁施工時，一般采用入土的有效樁長和最后貫入度作為參考確定停止錘擊和判定承載力。

3.4 施工方法對承載力的影響分析

錘擊力屬沖擊動力，在強力沖擊下具有較強的穿透能力，柴油錘施打管樁由于采用的是沖擊載荷，管樁能穿透較厚的砂層，對入土深度或持力層有要求的工程施工有更大的保證;在砂性土中，由于受震動液化的影響，錘擊樁施工過程中的樁身的摩阻力比靜壓樁會明顯減少，錘擊沉樁樁端進入砂層持力層的深度更深一些。因而錘擊沉樁的管樁承載力較高。

靜壓管樁施工中采用的液壓壓樁機，因為機械性能受設(shè)計條件的限制，當(dāng)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(wěn)定在規(guī)定的時間，樁不易進入中密以上的砂土持力層，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?xí)a(chǎn)生應(yīng)力釋放，這些都是靜壓管樁承載力較低的影響因數(shù)。

因此在上述相同地層及樁型條件下，錘擊沉樁的管樁承載力高于靜壓沉樁的管樁，是因為錘擊沉樁對地基土的擾動程度大、范圍大、對土體產(chǎn)生很大的震動作用，樁端進入砂層持力層的深度大。靜壓成樁，土體的破壞不存在震動作用，破壞作用僅在樁土界面，樁端進入砂層持力層的深度小。因此在砂性土較厚工程及以標(biāo)高控制的管樁，往往采用錘擊方法對施工更有利，其單樁豎向抗壓極限承載力明顯高于靜壓管樁。在環(huán)境條件允許的情況下，在以砂層為持力層的端承樁工程，選用錘擊法施工更為合理。

4 結(jié)論

通過對錘擊和靜壓管樁工程實例分析可以看出，在建設(shè)場地巖土工程條件和樁型相同的條件下，錘擊沉樁的管樁承載力明顯高于靜壓法沉樁的管樁。在砂性土較厚工程及以標(biāo)高控制的管樁，采用錘擊方法對施工更有利。因此在環(huán)境條件允許的情況下，在以砂層為持力層的端承管樁工程，選用錘擊法施工更為合理。

［1］JGJ106－2003 J256－2003.建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JGJ94－2008.建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

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

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

［5］楊雪冬，吳志鵬.預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁應(yīng)用初探［J］.四川建筑科學(xué)研究，2013(6).

［6］吳群昌，姜規(guī)模.西安靜壓管樁終壓力與單樁極限承載力關(guān)系探討［J］.城市勘測，2013(6).