压桩技术

压桩技术（共6篇）

压桩技术 篇1

1 概述

1.1 静力压桩施工方法发展概况

静力压桩法施工是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机自重和桩架上的配重作反力而将预制桩压入土中的一种沉桩工艺。静力压桩施工方法早在20世纪60年代在上海开始研究应用。到20世纪80年代, 随着压桩机械的发展和环保意识的增强而得到进一步推广。到20世纪90年代, 压桩机实现系列化, 即可施压预制方桩, 也可施压预应力管桩;适用的建筑物已不仅是多层或中高层, 也可以是20~35层的高层建筑。目前, 我国广东、湖北、上海、天津、陕西、江苏等省、市、自治区都有应有, 尤其以广州及珠江三角洲、上海及长江三角洲等沿海城市应用较多。目前, 采用此法施工的桩长可达60m以上, 压桩机的设计压桩力已达7000~8000kN。

1.2 静力压桩的基本技术特点

压桩施工程序见图1。

在桩基础施工中采用静力压桩施工方法与锤击法施工及钻孔、振动灌注桩施工方法相比较, 有其独特之处, 见表1。

静力压桩在实践应用中解决了一些其它桩基础施工机械无法解决的问题, 实现了在一些市区、学校、医院、文物保护地区以及周围有危房等对振动、噪声、污染有严格要求地区的桩基础施工, 取得了较好的效果。静力压桩在施工中利用了在压桩施工时的直观性, 解决了由于地质复杂而产生的不可预见性, 从而为桩基础设计提供了桩基承载能力的可靠性。当施工中屡次出现达不到预计深度或当达到设计深度时其压桩力相当小的情况, 这时即可采取措施, 如减短桩长, 避免产生浪费;或增加桩的长度, 保证桩基的承载能力满足设计要求。

静压法施工的主要特点如下:

⑴施工时无噪声, 适合在市区及其他对噪声有限制的场地施工, 如场地附近有学校、医院、办公楼及住宅小区等。

⑵施工时无振动, 适宜在危房、精密仪器房等附近区域内施工。

⑶施工时在桩中产生的应力比锤击产生的应力小, 且桩身在施工过程中不出现拉应力, 因此, 可降低桩的配筋率, 且可制成空心断面, 降低造价。

⑷静压预制桩一般在工厂中制作, 其质量比较可靠。在沉桩过程中可记录压桩全过程的压桩力, 有经验的施工人员还能根据终压力、桩的入土深度及土质情况较正确地估算出单桩承载力。

⑸施工文明, 场地整洁, 劳动强度低, 操作自动化程度高。不会发生钻孔灌注桩施工产生的泥浆排放污染问题, 也不需要挖孔桩所需进行的抽水和堆土运土。

⑹施工速度快, 工效高, 工期短, 正常情况下每台班可完成8~15根桩。有的工地, 每台班可压15m的单桩40余根, 或可压一个接头的长桩20余根。但静压桩也属于挤土桩, 桩密集时也要限制施工速度。

静压法施工也有其弱点和局限性, 具体如下:

⑴要求边桩中心到旧有建筑物的距离较大, 当拟压桩建筑物周围场地狭小时有可能使边桩无法施压。

⑵静力压桩机在砂土地层中施工时有压桩是否可行的判断问题。例如, 压桩力小于2400kN的静压桩机, 穿越砂层的能力有限。压桩力4000kN以上的压桩机, 可压穿5~6m厚的中密~密实砂层。

⑶当地层中有较多的孤石、障碍物时, 以及在溶洞、溶沟等发育的溶岩地区, 因为容易将孤石当作桩已达到持力层, 所以静压施工法宜慎用。

⑷静压预制桩也属于挤土桩, 在数量多布桩密集地区施工, 也会产生由于土体挤压所带来的某些公害。

⑸静压法施工对现场场地要求较高, 特别是大吨位压桩机, 在新填土、吹填土、淤泥地及积水浸泡过的场地施工会容易导致机体下陷。正是由于这个原因, 目前我国陆上压桩机的最大压桩力只能做到8000kN左右。

⑹由于极大多数压桩机采用液压夹持机构施压, 当桩身混凝土强度太低时会把桩身夹坏, 所以, 静压桩的桩身混凝土强度等级一般不宜低于C30 (采用顶端加压的小截面静压桩除外) 。为此, 有些最新生产的压桩机, 将原来夹桩机构中只有一套夹持块改成上下两套夹持块, 使作用在桩侧的夹桩力分散, 以降低夹桩应力。

2 静力压桩在广东地区的应用

下面就我司负责监理的嘉竣豪苑住宅楼工程为例, 简要阐述一下静力压桩的实际应用与常见问题及相应措施。该项目建筑面积约90000m3, 地上1~17层, 框剪结构, 总造价约7347万元。

2.1 广东地区静力压桩技术特点

广东地区采用的预制桩种类主要是现场预制方桩和工厂制作的预应力管桩, 截面主要规格有300mm×300mm、350mm×350mm、400mm×400mm、450mm×450mm, 终压力Q (kN) 主要控制在1500~2800之间。

⑴终压力的取值。根据近年来广东地区静力压桩工程经验, 当桩的长径比较大时, 其承载性能一般以摩擦为主。另根据以往经验, 静力压桩的终压力并不是越大越好, 对于长径比很大的桩, 若终压力取值过大, 由于桩周土受到扰动强度下降, 桩侧土的侧向约束力减小, 桩顶施压过大, 对桩身可能产生不利影响。

⑵桩端进入持力层深度。广东地区静压桩设计一般都要求桩端进入持力层大于1m。对于持力层为粘性土或标准贯入击数N值较低的粉细砂而言, 选用适当最大压桩力的压桩机, 一般都能使桩端进入持力层1m。但对于N值在15击以上中密至密实的砂层来说, 若选择400型以下的压桩机施工, 要求桩端进入中粗砂层大于1m, 有时难以符合实际情况。因此应考虑地质状况、压桩机设备能力、桩长设计终压力等因素来决定桩端进入持力层的深度。建议在满足设计终压力的前提下, 桩端进入持力层的深度以1~3倍桩径为宜。

⑶工程桩的复压问题。在静力压桩的施工过程中, 若布桩数量较密集、压桩速度过快或多节桩的接头质量不好, 容易引起场地土隆起, 桩身上浮时, 通过复压, 能较好地解决桩的回弹上浮问题。而一般情况下, 不宜要求满载连续复压。其实当压桩力达到设计终压力后, 卸载后复压对沉桩作用不大。相反, 由于突然加载终压值, 又突然卸载到零, 压桩机反复变形及抖动, 不可避免带桩晃动, 这对压桩机设备和桩身质量都没有好处。尤其对长径比大, 桩侧土松散软弱、含水量大的桩来说, 复压就更不利了。

2.2 终压控制条件的确定

20世纪90年代初期, 即推广应用静压施工法不久, 由于当时压桩机型号单一, 压桩力不大, 某些地区曾针对施压较短的静压桩提出满载连续多次复压的施工作业法, 这是一种不得已而为之的方法, 虽然对短静压桩的承载能力有所提高, 但对压桩机的损伤较大。进入20世纪90年代后期, 静压桩机向大吨位发展, 且已形成系列化, 最大压桩力已达7000kN以上, 施工前已有选择压桩机型号的可能, 故提倡超载施压法。

压桩的机理和施工经验表明, 静压施工的终压控制条件与压桩机大小、桩的类型、桩长、单桩竖向设计承载力、桩周土和桩尖土的性质、布桩密集程度以及复压次数等因素有关, 应进行综合考虑。且由于各地情况不同, 应提倡总结当地的施工经验。例如广东省的经验如下:

⑴对于摩擦桩, 按设计桩长控制。但最初几根试压桩, 施压24h后应采用桩的设计极限承载力作终压力进行复压, 复压不动才可正式施工;

⑵对于端承摩擦桩或摩擦端承桩, 可按终压力控制:

(1) 桩长大于21m的端承摩擦桩, 终压力一般取桩的极限承载力;当桩周土为粘性土且灵敏性高时, 终压力可取桩的极限承载力的0.8~0.9倍。

(2) 桩长小于21m而大于14m时, 终压力应取桩的极限承载力的1.1~1.4倍, 或桩的极限承载力取终压力的0.7~0.9倍。

(3) 桩长小于14m时, 终压力取桩的极限承载力的1.4~1.6倍, 或桩的极限承载力取终压力的0.6~0.7倍, 其中超短桩取0.6倍甚至更小。

⑶除了压桩机品种单一, 无法超载施工时才可以进行满载连续复压;超载施工时, 一般不提倡满载连续复压法。必要时也可以进行复压, 但复压次数不宜超过两次, 每次稳压时间不宜超过10s。

3 静力压桩常见问题及相应措施

3.1 沉桩倾斜于突然下沉

插桩初压即有较大幅度的桩端走位和倾斜, 经采取强制固定措施, 仍不见效———遇有此情况, 必定是在地面上不远处有障碍物, 如旧建筑物的基础、大块石或各种管道等。某工程在静力压桩时, 几次插桩均倾斜, 经挖土检查, 发现在拆除老厂房时, 条形砖基础没有完全清除即行回填土, 而桩端正好位于次砖基边上。桩位处旧墙基砖块因插桩受压, 已明显倾斜。最后只得挖除墙基, 重新回填土后再重新压桩。

沉桩过程中, 桩身倾斜或下沉速度突增, 此种现象多为接头失效、跑离或桩身断裂所致。当桩身弯曲或有严重的横向裂缝, 接桩顶面有较大倾斜时, 一般是在靠近原桩位作补桩处理。某工程因预制桩混凝土质量较差, 又在运输及现场吊运时产生不同程度的横向裂缝, 从而使施工时有四根桩发生倾斜和突然下沉, 必须作补桩处理。对于在沉桩过程中因卷扬机或液压千斤顶不同步而引起的临时倾斜问题, 可随时调整机具工作速度予以纠正。

3.2 桩尖达不到设计标高

在压桩施工中, 发生桩不能沉入到设计标高的情况, 若是普遍发生, 则认为是地质资料或钻探资料不全面, 而错定了桩的长度。若是个别少数桩沉不到设计标高, 其原因一般有下列几点:

⑴桩尖碰到了局部较厚的夹砂层或其他硬层。

⑵桩体质量不符合设计要求。如混凝土强度不够, 承受不了太大的静压力。在施工过程中, 当桩尖遇性状较好的土层而继续施压, 则往往发生桩顶混凝土压损破坏, 桩身混凝土跌落, 甚至桩身断裂而无法继续将桩下沉至预定标高。

⑶中断沉桩时间过长。主要是由于设备原因或其它特殊原因, 致使一根桩在压入过程中突然中断, 中断时间又延续过长, 压桩阻力增加, 从而使桩无法继续下压。

⑷接桩时, 桩尖停留在硬土层内。由于接桩操作需停止施工一段时间, 如果准备不充分或电焊仅一人操作, 时间拖长后, 由于桩侧摩阻力恢复很快, 加之桩尖正在硬土层内, 使压桩阻力提高, 如压桩机无潜力, 必然导致不能继续沉桩。因此, 在确定分节长度时, 不要使接桩操作发生在桩尖处于硬土层内的情况。当然, 加快接桩过程也是必要的。

当发生桩压不下去时, 还可用振动器辅助沉桩, 以弥补沉桩设备的压力不足, 但对于砂层有时会有相反结果, 要适当注意。

参考文献

[1]《全液压静力压桩机及其桩基础施工中的应用》, 中国建材工业出版社, 1994

[2]《汕头地区静力压桩设计与施工若干问题分析》, 中国建材工业出版社, 2001

[3]《实用桩基工程手册》, 中国建筑工业出版社, 1999

[4]《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2002)

压桩技术 篇2

1 静压桩的优缺点

与锤击打桩及灌注比较,静压桩施工的主要优点有:1)施工时无噪声,适合在市区及其他对噪声有限制的场地,比如附近有学校、医院、办公楼及住宅小区;2)施工中无振动,适宜在危房、精密仪器房等附近区域内施工;3)施工中应力比小,且不易出现拉应力,因此可以减少配筋率;4)静压预制桩的质量比较容易控制;5)施工文明,场地整洁,劳动强度低,自动化程度高,没有废气和泥浆的污染问题;6)施工速度快,工效高,工期短。

静压桩施工的主要弱点和局限性有:1)要求边桩中心到旧有建筑物的距离较大,当拟压桩建筑物周围场地狭小时有可能使边桩无法施压;2)静压桩在砂土地层中施工时有可行性判断问题;3)当地层中有较多的孤石、障碍物,以及在溶洞、溶沟等发育的岩溶地区,易误将孤石当作桩已到持力层,所以宜慎用;4)静压桩也属于挤土桩,在数量多布桩密集地区施工,也会产生由于土体挤压所带来的公害;5)静压法施工对现场场地要求较高,特别是大吨位压桩机,在新填土、吹填土、淤泥地及积水浸泡过的场地施工会陷机;6)施工时夹桩应力大,桩身混凝土强度太低时会把桩身夹坏,所以混凝土强度等级一般不宜低于C30。

2 静压桩沉桩机理

静压桩沉桩施工时,桩尖“刺入”土体中,原状土的初应力状态受到破坏,造成桩尖下土体的压缩变形,土体对桩尖产生相应阻力,随着桩贯入压力的增大,当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时,土体发生急剧变形而达到极限破坏。

1)饱和粘性土受挤压、扰动、重塑,产生超孔隙水压力及随后出现超孔隙水压力消散、产生再固结和触变恢复,在地表处,受挤土的成桩效应影响发生向上隆起;

2)非密实的砂土,因侧向挤压使部分颗粒被压碎及土颗粒重新排列而趋于密实,这种挤密侧移和下拖作用,使砂性土会被拖带下沉。

压桩时,地基土体受到强烈扰动,桩周土体的实际抗剪强度与地基土体的静态抗剪强度有很大差异。随着桩的沉入,桩与桩周土体之间将出现相对剪切位移,由于土体的抗剪强度和桩土之间的粘着力作用,土体对桩周表面产生摩阻力。当桩周土质较硬时,剪切面发生在桩与土的接触面上;当桩周土体较软时,剪切面一般发生在邻近于桩表面处的土体内。粘性土中随着桩的沉入,桩周土体的抗剪强度逐渐下降,直至降低到重塑强度;砂性土中,除松砂外,抗剪强度变化不大,各土层作用于桩上的桩侧摩阻力并不是一个常值,而是一个随着桩的继续下沉而显著减少的变值,桩下部摩阻力对沉桩阻力作用显著,其值可占沉桩阻力的50%～80%,它与桩周处土体强度成正比,与桩的入土深度成反比。

3 静压桩的一般施工方法

静压预制桩的施工,一般情况下都采用分段压入、逐段接长的方法。其程序为:施工准备→测量定位→压桩机就位→吊桩喂桩→桩身对中调直→压桩→接桩→再压桩(送桩)→终止压桩→切割桩头。

1)施工准备:

沉桩前必须架空(高压线)和地下障碍物,场地应平整,排水应畅通,确保桩机的稳定和移动。场地地面承载力必须满足压桩的需要。要对进场的管桩进行检查,包括外观检查、查验管桩的出厂合格证及检验报告。堆放管桩的场地地面要坚实、平整,并按桩的型号、规格分别堆放,以保证起吊、运输方便。压桩施工前必须进行试桩,试桩数量不少于3根。根据试桩结果与设计要求,校验压桩设备的技术性能、施工工艺及技术措施是否适宜。

2)测量定位:

施工前放好轴线和每一个桩位,在桩位中心打1根短钢筋,并涂上油漆使标志明显。如在较软的场地施工,由于桩机的行走会挤走预定短钢筋,故当桩机大体就位后要重新测定桩位。

3)压桩机就位:

经选定的压桩机进场安装调试好后,行至桩位处,使桩机夹持钳口中心(可挂中心线陀)与地面上的样桩基本对准,调平压桩机,再次校核无误,将长步履(长船)落地受力。

4)吊桩喂桩:

桩节长度一般在12 m以内,可直接用压桩机上的工作吊机自行吊桩喂桩,也可另外配备专门吊机进行吊桩喂桩。第一节桩(底桩)应用带桩尖的桩,当桩被运到压桩机附近后,一般采用单点吊法起吊,用双千斤(吊索)加小扁担(小横梁)的起吊法可使桩身竖直进入夹桩的钳口中。若采用硫磺胶泥接桩法,起吊前应检查浆锚孔的深度并将孔内的杂物和积水清理干净。

5)桩身对中调直:

当桩被吊入夹桩钳口后,将桩徐徐下降直到桩尖离地面10 cm左右为止,然后夹紧桩身,微调压桩机使桩尖对准桩位,并将桩压入土中0.5 m～1 m,暂停下压,再从桩的两个正交侧面校正桩身垂直度,待桩身垂直度偏差小于0.5%时才可正式开压。

6)压桩:

通过主机的压桩油缸伸程之力将桩压入土中,压桩油缸的最大行程视不同的压桩机有所不同,一般为1.5 m～2 m,所以每一次下压,桩入土深度约为1.5 m～2 m,然后进行松夹→上升→再夹→再压,如此反复进行即可将一节挤压下去。当一节桩压到离地面0.8 m～1 m时,可进行接桩或放入送桩器将桩压至设计标高。

7)接桩:

静压预制桩常用接头有电焊焊接接头和硫磺胶泥锚固接头。施工时要认真把好质量关。

8)送桩:

静压桩的送桩作业可利用现场的预制桩段当作送桩器来进行。施压最后一节桩的桩顶面到达地面以上1.5 m左右时,应再吊一节桩放在被压桩的桩顶面,不要将接头连接起来,一直下压将被压桩的桩顶面压入土层中直到符合终压控制条件为止,然后将最上面的一节桩拔出来即可。此桩段仍可在以后的压桩中使用。但大吨位(≥4 000 kN)的压桩机,应制作专用的钢质送桩器。

9)终止压桩:

当桩被压入土层中一定深度或桩尖进入设计持力层时,终止压桩。

4 常见问题及相应措施

4.1 沉桩倾斜与突然下沉

插桩初压即有较大幅度的桩端走位和倾斜,经采取强制固定措施,仍不见效的情况下,必定是在地面不远处有障碍物,如旧建筑物的基础、大块石或各种管道等,可重新回填土后再压桩。

沉桩过程中,桩身倾斜或下沉速度加快,多为接头失效、跑离或者桩身断裂所致。当桩身弯曲或有严重的横向裂缝,接桩面有较大倾斜时,一般是靠近原桩位补桩。如果因为卷扬机或者千斤顶不同步引起的临时倾斜问题,可随时调整机具工作速度予以纠正。

4.2 桩尖达不到设计标高

若是普遍发生,则认为是地质资料或钻探资料不全面,而错定桩的长度。若是个别少数桩沉不到设计标高,一般有几点原因:1)桩尖碰到了局部较厚的夹砂层或其他硬层;2)桩体质量不符合设计要求,如混凝土强度不够,桩身损坏而无法继续将桩下沉至预定标高;3)中断沉桩时间过长,压桩阻力增加,从而使桩无法继续下压。

当发生桩压不下去时,还可用振动器辅助沉桩,以弥补沉桩设备的压力不足,但对于砂层有时会有相反结果,要适当注意。

4.3 桩身抬高

当发生桩身抬高,可能由于后压的桩会对已压的桩产生挤压上抬,尤其是端承桩或端承摩擦桩会由此引起基础不均匀沉降。防治方法有:1)桩基完成后宜对桩身进行复压1次～2次甚至多次,即所谓“跑桩”。同时,桩基完成以后应在嵌固期后才能进行土方施工,嵌固期根据土质有不同要求,一般为7 d～21 d。2)桩基施工完成后须按规范规定进行单桩的静载检测,以检验是否达到设计要求。如出现多数量桩承载力达不到要求,则可能是打桩后土体固结不好,需再等待一段时间进行检测可能就会达到承载力;如还是达不到就要进行补桩处理。

参考文献

[1]史佩栋.深基础工程特殊技术问题[M].北京:人民交通出版社,2004.6.

[2]唐业清.简明地基基础设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2003.11.

静力压桩施工工艺控制要点及措施 篇3

1 施工工艺控制要点

1.1 强制性控制要点

执行《建筑地基基础施工质量验收规范》GB50202-2002。

打 (压) 入桩 (预制混凝土方桩、先张法预应力管桩、钢桩) 的桩位偏差, 必须符合表1的规定。斜桩倾斜度的偏差不得大于倾斜角正切值的15% (倾斜角系桩的纵向中心线与铅垂线间夹角) 。

1.2 在静力压桩施工采用的工艺控制要点

(1) 引孔深度及工艺:根据地质报告及设计要求, 引孔深度距桩下端≥1.5m, 并反转慢提;

(2) 引孔回填要及时并满足要求:避免冻土块进入孔内;

(3) 两次垂直要检查:引孔钻杆与压桩就位时的垂直度;

(4) 压桩过程要观察:随时对压桩过程中压力值的变化情况进行掌握与分析;

(5) 最终压力值要满足设计值:

(6) 对复压桩过程控制要求三次持续反弹;

(7) 最终结果满足设计要求。

2 施工工艺控制措施

2.1 操作室外控制措施

2.1.1 对进场工程桩的质量验收

质量验收有:一是查验合格证;二是校核数量、型号;三是实量实测桩长、桩径;四是外观检查质量。

2.1.2 引孔的确定

主要体现两个方面:

一是确定引孔深度:按设计要求的桩长, 参考地质勘察报告, 结合现场试桩情况, 根据施工方经验提出的引孔数值, 经三方 (甲方、乙方和监理方) 同意后执行;

二是引孔原则:引孔深度决不允许干扰桩端持力层。

2.1.3 引孔施工与控制

主要有两点:

一是钻头对点要准确, 在钻机对点前要先校验拟引孔点位移情况, 确认桩号无误后, 钻机就位、钻尖对点、检查钻杆垂直度, 符合设计要求方可施钻;

二是引孔注意事项:钻杆垂直误差≤0.5%, 施工方设专人现场检查, 监理抽查;引孔深度经计算在钻机抱杆上设标记控制, 监理抽查。

2.1.4 回填

为保证桩体周围土层密实, 采用倒档提钻工艺, 然后将孔口周围浮土回填到孔内, 回填高度距孔口<500mm为宜。回填时切记要把冻块和硬杂物剔除, 避免压桩时影响桩身垂直度。孔口部位浮土要清理干净, 使孔口清晰可见。

2.1.5 桩机就位

将桩头与钻孔吻合后, 认真检查桩身垂直度, 符合要求后施压。

2.1.6 桩顶标高

根据引测的高程点计算出桩顶设计标高, 利用送桩器推算出桩顶实际标高, 此项工作施工方应设专人操作, 监理抽查。

2.2 操作室室内控制

2.2.1 压桩压力要符合设计要求,

保证最终压力是一个稳定压力。而不是瞬间压力。要求桩基础施工操作人员, 每根桩都要进行三次最终复压, 确保最终压力值符合设计要求的最小值, 保证桩端入设计持力层≥800mm。

2.2.2 正常压桩状态下如出现最后桩进土速度过快时,

要继续压桩直到最终压力符合设计要求, 必要时要进行接桩。

2.2.3 压桩时如出现最终压力符合设计要求。

但外露桩过长时, 要核对地质勘察报告, 确定是否进入持力层及进入深度, 如未满足设计要求, 要用桩机所发挥的最大压力持续压三次, 使桩顶标高达到或接近设计标高。

2.2.4 正常压桩状态下,

要求操作机手不要使用突然加压的方法, 要用持续稳定的压力进行送桩;正常压桩状态下, 要经常提醒操作人员注意桩身垂直度, 注意铅垂线、室内全方位水平仪的气泡是否居中, 确保桩身的垂直度。

2.2.5 吊送工程桩时要提醒吊车手, 避免拖拽, 以免桩端遭磕碰, 使桩身断裂。

2.2.6 现场施工记录要及时、准确、真实, 对有问题桩要有具体说明。

2.3 机室外控制与检查

主要有三条:一是检查对成桩标高, 并亲自抄测;二是如出现外露桩头过长要进行截桩时, 要求施工单位要采用人工切割、人工凿的方法进行处理, 避免大型机械碰幢造成桩身破坏;三是成桩后要检查相邻桩距是否符合设计要求。

2.4 安全控制

关键有四条:

第一条:操作人员要持证上岗, 对进场施工人员要进行安全教育;

第二条:临时用电要符合标准要求, 设专人经常检查维护电线接头及用电设备的安全性;

第三条:桩孔要及时维护和回填, 避免坠入伤人。

第四条:机坑周边按要求放坡, 清除坑边隐患, 避免塌方伤人。

结语

在施工全过程中, 由于三方 (甲方、乙方和监理方) 的共同努力, 严格按照静力压桩施工工艺控制要点及措施去做, 未出现不良问题。保质保量的完成了施工任务, 受到各方面的好评。现呈上, 望同行和专家指正。

参考文献

[1]GB50202-2002, 建筑地基与基础工程施工质量验收规范[S].北京:中国建筑工业出版社.

[2]GB50300-2001, 建筑工程施工质量验收统一标准[S].北京:中国建筑工业出版社.

[3]JGJ94-94, 建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社.

竖向荷载下微型抗压桩的性状浅谈 篇4

微型桩(micropile或minipile),即小直径钻孔灌注桩,是通过一种小型的钻孔灌注设备在地基中先成孔,然后在孔中下入设计所要求的钢筋笼和注浆管,经清孔后在孔中投入一定规格的石料或细石混凝土,再采用压力注浆的形式将水泥浆液灌入孔中,形成直径较小、长细比较大的同径或异径的小桩。

1 竖向荷载下微型抗压桩单桩破坏机理

当微型桩桩顶施加下压荷载时,上部桩身首先发生压缩而向下位移,荷载在向下传递的过程中通过摩擦阻力传递到桩周土层中。上部桩身的下沉总是大于下部,因此上部桩身的侧摩阻力总是先于下部发挥出来,上部桩身的侧摩阻力达到极限之后,下部桩身的侧摩阻力将逐渐调动起来。

2 竖向荷载下单桩分析计算

2.1 微型桩单桩竖向荷载作用下沉降计算方法

目前单桩沉降计算方法主要有弹性理论法、有限单元法、荷载传递法、剪切位移法等。

试验研究表明微型桩的桩侧摩阻力一般在桩顶以下的浅层土体中发挥作用,且为非线性位移。因此本文在剪切位移法的基础上,引进荷载传递函数,获得微型桩整个加载过程的荷载位移关系求解模型。

2.2 微型桩单桩竖向荷载下分析计算模型

Randolph在分析轴向受荷桩时,假定桩土之间没有相对位移,把桩土视为理想的同心圆柱体,把桩周土的变形理想化为同心薄壁圆筒的剪切。

假定土为均质、各向同性的半无限理想弹性体,桩周土正常固结,土的性质不受桩存在的影响。对于受压微型桩,不考虑微型桩的桩端承载力,桩的竖向荷载由桩侧摩阻力平衡,桩周土体单元力的平衡方程为:

$\frac{\partial (r\tau )}{\partial r}-r\frac{\partial \sigma {}_z}{\partial z}+{\gamma }^{\prime }r=0$ (1)

当微型桩受竖向荷载T作用时,在桩周附近σz的变化很小,可以近似为土的有效自重应力,即σz≈γ′z。而桩周土的剪应力是一个与计算点离桩轴心水平距离r和计算点深度z有关的函数τ(r,z),其中桩侧土的剪应力为τ(r0,z)=τ0(z),其中,r0为桩半径。将以上内容代入式(1)中解微分方程得到:

$\tau (r,z)=\frac{\tau {}_0(z)r{}_0}{r}$ (2)

桩土表面的剪应力τ0(z)是一个与桩竖向位移wt有关的函数,为了简化计算,本文采用佐腾悟提出的线弹性全塑性传递函数,对于钻孔灌注桩,桩土界面处的内摩擦角δ和桩—土界面粘聚力cδ可以用土的内摩擦角和粘聚力来近似代替。本文中近似取ks≈k0≈1-sinφ。则桩周土忽略径向位移的剪应变公式为:

$\frac{\tau }{G{}_s}\approx \frac{\partial w{}_s}{\partial r}$ (3)

对于均匀土体,将式(2)带入式(3)并进行积分,设rm=2.5(1-vs)l(vs为桩周土的泊松比)为有效影响半径。在r≥rm处,剪应力、剪应变及竖向位移均忽略不计。于是有:

$w{}_s(z)=\frac{1}{G{}_s}\tau {}_0(z)r{}_0\ln (\frac{r{}_m}{r{}_0})$ (4)

而距离桩轴为r,深度为z处的桩周土竖向位移w(r,z)为:

$w(r,z)=\frac{1}{G{}_s}\tau {}_0(z)r{}_0\ln (\frac{r{}_m}{r})(r{}_0\le r\le r{}_m)$ (5)

当深度z处的剪应力达到τf(z)时,桩侧土的竖向位移ws(z)达到极限位移wf(z),所以有:

$w{}_f(z)=\frac{1}{G{}_s}\tau {}_f(z)r{}_0\ln (\frac{r{}_m}{r{}_0})$ (6)

2.3 微型桩单桩下压荷载下的计算分析

设作用在桩顶的下压荷载为T,其荷载与桩侧剪应力的关系为:

T=2πr0∫${}_0^l$τ0(z)dz (7)

当考虑桩的压缩变形时,假设桩为线弹性变形,则有:

$\frac{\text{d}w{}_t(z)}{\text{d}z}=\frac{{\rm N}(z)}{\text{π}r{}_0^{2}E{}_p}$ (8)

其中,N(z)为深度z处桩截面轴力;Ep为桩身的弹性模量。

考虑如图1所示桩身单元的平衡方程为:

$\frac{\text{d}{\rm N}(z)}{\text{d}z}=2\text{π}r{}_0\tau {}_0(z)-\text{π}r{}_0^2\gamma {}_0$ (9)

其中,r0为桩身的重度,将式(9)代入式(8),得:

$\frac{\text{d}{}^{2}w{}_t(z)}{\text{d}z{}^2}=\frac{2\tau {}_0(z)}{r{}_{0}E{}_p}-\frac{\gamma {}_0}{E{}_p}$ (10)

刚开始作用压力荷载T时,桩侧土的剪应力处在线性增长阶段,桩身的竖向位移与桩侧土位移一致,即wt(z)=ws(z),联立式(5)和式(10)得到:

$\frac{\text{d}{}^{2}w{}_t(z)}{\text{d}z{}^2}=\mu w{}_t(z)+\lambda$ (11)

其中,$\mu =\frac{2G{}_s}{r{}_0^2\ln (r{}_m/r{}_0)E{}_p}$;$\lambda =-\frac{\gamma {}_0}{E{}_p}$。

式(11)的通解表达式为:

$w{}_t(z)=C{}_{1}e{}^{\sqrt{\mu z}}+C{}_{2}e{}^{-\sqrt{\mu z}}-\frac{\lambda }{\mu }$ (12)

根据边界条件:

$\{\begin{array}{l}\frac{\text{d}w{}_t}{\text{d}z}|{}_{z=0}=-\frac{{\rm T}}{\text{π}r{}_0^{2}E{}_p}\\ \frac{\text{d}w{}_t}{\text{d}z}|{}_{z=l}=0\end{array}$

(13)

求解得到C1,C2,并带入式(11)得解:

$w{}_t(z)=\frac{{\rm T}\text{c}\text{h}[\sqrt{\mu }(l-z)]}{\text{π}r{}_0^{2}E{}_p\sqrt{\mu }\text{s}\text{h}(\sqrt{\mu }l)}-\frac{\lambda }{\mu }$ (14)

桩顶的竖向位移为:

$w{}_t(0)=\frac{{\rm T}\text{c}\text{t}\text{h}(\sqrt{\mu }l)}{\text{π}r{}_0^{2}E{}_p\sqrt{\mu }}-\frac{\lambda }{\mu }$ (15)

由式(14)可以看出,随着压力荷载T的增长,桩侧土的位移和桩侧剪应力也不断增长。当wt(0)到达wf(0),即压力荷载T达到临界荷载时,桩侧接近地表的土剪应力首先达到极限,在极限点深度zc以上的桩单元的位移方程式(11)改写为:

$\frac{\text{d}{}^{2}w{}_t(z)}{\text{d}z{}^2}=\frac{2\tau {}_f(z)}{r{}_{0}E{}_p}-\frac{\gamma {}_0}{E{}_p}$ (16)

解该微分方程得到在极限点深度zc以上桩身的竖向位移:

$w{}_t(z)=-\frac{k{}_s{\gamma }^{\prime }\tan \delta }{3r{}_{0}E{}_p}z{}^3+\frac{2c{}_{\delta }-\gamma {}_{0}r{}_0}{2r{}_{0}E{}_p}z{}^2+C{}_{3}z+C{}_4(0\le z\le z{}_c)$ (17)

在极限点深度zc以下桩身的竖向位移仍可表示为:

$w{}_t(z)=C{}_{5}e{}^{\sqrt{\mu z}}+C{}_{6}e{}^{-\sqrt{\mu z}}-\frac{\lambda }{\mu }(z{}_c\le z\le l)$ (18)

根据边界条件和连续条件求得各系数,并将各个系数带入式(17)和式(18)即可得到沿桩身各个深度处的桩竖向位移表达式。对位移连续条件:

$w{}_t|{}_{z=z{}_c^{+}}=\tau {}_f(z{}_c)r{}_0\ln (r{}_m/r{}_0)/G{}_s$ (19)

进行迭代计算可得到极限点深度zc。在极限点深度zc以上桩侧土剪应力达到极限值τf(z),在极限点深度zc以下桩侧土剪应力可以由式(7)求得。

3 结语

微型桩是软土地基中一种新型环保基础,具有很多优点。然而,微型桩在国内应用的历史比较短,对其各方面性能还没有充分的认识,也缺乏计算和设计理论。本文在介绍微型桩特点的基础上,利用Randolph的桩周土变形模型,推导出了单桩在竖向荷载下的变形理论解,以供相关科研院所进一步探讨研究微型桩基础的各项性质,并在此基础上建立适合工程实际的承载力公式。

参考文献

[1]Bruce D.A,Dimillio A.F,Juran I.A primer on micropiles[J].Civil Engineering,1995,65(12):51-54.

[2]Bruce D.A,Juran I.Drilled and Grouted Mocropiles:State-of-Practice Review,Four Volumes,FHWA-RD-96-019,NicholsonConstruction Company under contract with FHWA Office ofEngineering R&D.1996.

[3]张忠苗.桩基工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2007:225-283.

[4]龚健.软土地基中杆塔基础微型桩的性状研究[D].杭州:浙江大学硕士论文,2004.

[5]吕凡任,陈仁朋.软土地基上微型桩抗压和抗拔特性试验研究[J].土木工程学报,2005(3):99-104.

静压桩的压桩力与承载力关系分析 篇5

终压力Pu是桩尖达到持力层终止压桩时的最终静压力, 单桩竖向承载力标准值Quk是沉桩结束桩周土体产生因结后, 桩能满足上部结构要求可以承受的最大荷载, 终压力是终止压桩瞬间出现的荷载, 其每次出现持续的时间通常仅为5~10s。单桩承载力是桩能抵抗由上部结构传来的长期荷载作用的能力, 这个本质区别又决定了两者的计算依据不尽相同, 因土层结构、桩型、桩径、桩长、压桩力不同, 会出现终压力大于或小于单桩竖向承载力的状况[1]。

1 静压桩的压桩机理

采用静压桩施工的地基一般含水量较高, 孔隙比较大, 在桩受垂直静压过程中, 桩尖直接使土产生冲剪破坏, 伴随或先发生沿桩身土体的直接剪切破坏。孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头, 产生了超孔隙水压力, 扰动了土体结构, 使桩周约一倍桩径的一部分土体的抗剪强度降低, 发生软化 (粘性土) 或稠化 (粉、砂土) , 出现土的重塑现象, 从而可较易地连续将静压桩送入深部地基土层中[2]。

桩尖锐角的大小对压桩时楔入土层的影响较为明显, 一般宜取45°~55°, 桩尖锐角愈小, 桩尖对土层产生的冲剪作用愈显著并使压桩阻力有所减小。

2 静压预制桩的单桩受力及承载机理

对于静压桩来说, 当竖向荷载逐步地施加于桩顶时, 桩上部首先受到竖向压缩, 因预制桩整体性好, 桩身强度较高, 因此桩身压缩量很小, 荷载的作用使桩产生相对于桩周土的向下位移, 与此同时, 桩身表面受到桩周土向上的摩阻力作用, 桩身荷载通过所发挥出来的摩阻力传递给桩周土层, 致使桩身荷载和桩身压缩变形随深度递减。在桩土相对位移等于零处, 桩身侧摩阻力也为零。随着继续加荷, 桩身的压缩量和位移也逐渐增大, 桩身下部的摩阻力随之逐步发挥作用, 从而也将部分荷载传递给桩端土层, 并进一步使其压缩并产生桩端阻力。

桩端土层的压缩也导致了桩土相对位移加大, 桩侧摩阻力进一步发挥而达到极限。桩侧摩阻力发挥至极限后, 若继续增加荷载, 随着桩土相对位移的继续增大, 桩的总侧摩阻力将基本保持不变或有所降低, 其荷载增量将全部由桩端阻力承担。若荷载继续增大则使桩端持力层大量压缩和塑性挤出, 直到桩端阻力达到极限而破坏, 此时桩承受的荷载就是桩的极限承载力。

3 压桩力与承载力关系的寻求

由静压桩的沉桩机理及承载机理, 静压桩的压桩力与极限承载力之间存在着某种数学关系。据《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008[5]规定的方法, 根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力的标准值, 计算如下:Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp (1)

式中:qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值;qpk—极限端阻力标准值;li—桩穿越第i层土的厚度;u—桩身周长;Ap—桩身截面积。

由上述论述, 静压桩在压入过程中需要克服的力包括压桩端阻力和桩侧动摩阻力, 故而, 静压桩的压桩力终值Pend应该是压桩端阻力与动侧摩阻力两者之和。用公式可作如下表示:Pend=mQpk+nQsk (2)

其中:Qpk—桩端阻力;Qsk—桩侧阻力;m—桩端阻力折减系数;n—动摩擦力与静摩擦力的比值。

为了寻求压桩力终值与静压桩承载力终值之间的关系, 选取了若干工程实例进行比较研究, 相关参数如表1所示。根据如表1所示的工程实例 (桩尖持力层均为粘性土层) , 该式中的m值取0.82, n值取0.43时, 该公式较接近工程实际, 这一点从图1当中, 能够较直观地反映出来, 因而可以作为工程实践之参考。

从 (2) 式来看, 成桩后的单桩承载力中, 当桩端承载力Qpk所占比例大于34.4%时, 则沉桩阻力以桩端阻力为主, 当桩侧摩阻力Qsk占比例大于65.6%时, 沉桩阻力以动侧摩阻力为主。总之, 在桩基施工时, 可根据勘查报告所提供的地基土性质预估单桩极限承载力, 再将预估单桩桩端极限承载力Qpk和桩侧摩阻力Qsk代入式 (2) 式推得压桩力, 从而作为桩基施工时确定压桩力及沉桩设备的参考依据。

4 关系式的工程意义

4.1该关系式表明, 当桩尖持力层为粘性土层时, 对于静压桩其压桩力值与承载力值的数值比应介于0.82~0.43之间, 也就是说, 桩的极限承载力值应为Quk= (1.20~2.33) Pend, 对摩擦桩来说, 可以近似认为Quk=2.33Pend, 对端承桩来说, 可认为Quk=1.20Pend, 这样就说明桩的极限承载力和压桩力之间的比值不能无限地增大或者缩小, 而是介定于有限的范围之内, 当Pend/Quk超出这一范围时, 应及时查找原因, 同时提醒施工人员谨慎施工, 采取相应措施以确保施工的质量和安全。

4.2压桩力的大小在一定程度上反映了不同土层的软硬程度。据所收集的资料来看, 桩在同一土层中的压桩力大小变化较小, 其主要是克服桩体冲剪土体向下穿透时的桩端阻力, 这一点从压桩时所记录的压桩力值可以证实, 该值不随深度而递增, 只有当桩尖达到土层的分界面时才会产生变化。这与静力触探的比贯入阻力值能定量提供土层垂直方向的变化有其相似机理。

4.3静压预制桩桩基工程往往因工期紧迫, 未经先试桩、静载荷检测就正式施工, 这就涉及到压桩机选型问题, 大型桩机讲退场费用高, 经济上不合理, 小型桩机压桩力不足, 往往满足不了设计要求。为此, 我们可以按 (2) 式计算出最终压桩力, 根据压桩力选择合适的桩机。

5 结语

(1) 静压桩的压桩力主要与桩端土的抗冲剪阻力、侧壁动摩阻力有关, 一般来说, 端承桩的压桩力与承载力的比值要较摩擦桩的大。 (2) 本文通过收集到的数据, 提出了粘性土中压桩力与承载力之间的关系式, 即Pend=0.82Qpk+0.43Qsk, 可以对施工实践提供—个简便实用的通过终压力确定单桩极限承载力或通过承载力预估终压力的方法。

参考文献

[1]黄赞.静压桩终压力的确定及其意义[J].建筑技术, 2002 (3) :184-186.

[2]张九香.小断面静压预制桩在软土地层中的工程应用研究[D].上海:同济大学, 2004.

压桩技术 篇6

1 土的应力路径与桩的荷载传递机理

1.1 桩身部分土层的应力路径

无论是抗拔桩还是抗压桩, 土体单元在受到剪切后, 水平有效应力都不再是主应力, 主应力的方向发生了旋转。剪应力越大, 旋转角就越大。Roscoe (1967年) [4]提出, 在排水剪中:

$\frac{\tau }{{\sigma }^{\prime }{}_v}={\rm K}\cdot \text{t}\text{g}\phi$ (1)

其中, τ为施加的剪应力;σ′v为竖向有效应力;K为材料的常数;φ为σv′和大主应力之间的夹角。

水平有效应力σ′r的变化取决于土的应力应变性能, 室内三轴试验证明[5]:一定密度的砂土, 围压越小, 剪胀越明显。当围压渐增到一定值时, 砂土则表现为常体积, 当围压增大时, 则表现为剪缩。对于一定密度的正常固结黏土, 三轴剪切试验中都表现为剪缩, 且围压越大, 剪缩越明显。不过, 无论是抗压桩还是抗拔桩, 如果土体剪缩, 水平有效应力将减小, 反之, 则水平有效应力将增大。

Lehane等 (1993年) [6]进行了松～中密石英砂中的桩静载试验, 并测量了有效应力。并指出, 荷载引起了土中径向有效应力的变化及桩土接触面处剪胀现象的产生。同时试验表明, 在桩破

坏时, 抗压桩试验中的σ′v大于抗拔桩试验的σ′v, 使抗拔桩侧阻小于抗压桩侧阻。

总结前人的研究, 笔者认为造成抗拔桩侧阻不同于抗压桩侧阻的机理是:1) 荷载方向的不同, 导致桩周土应力场有所不同。抗压桩桩周土应力场中平均应力不断提高, 抗拔桩应力场中平均应力不断降低。2) 桩身材料泊松效应的影响, 抗压桩桩身半径扩大, 而抗拔桩桩身半径收缩, 导致了桩周土中径向有效应力发生变化。3) 剪切应力的出现, 使主应力方向发生了旋转。主应力方向转动的角度和荷载方向及残余应力场有关。

1.2 桩端处土层的影响

图1, 图2分别为抗压桩与抗拔桩受荷时桩侧平均摩阻力沿桩身的分布图。

从图1, 图2中不难发现, 在桩开始受荷时, 抗拔桩与抗压桩沿桩身的侧摩阻力分布曲线相似, 即桩侧阻都是从桩上部开始发挥并逐渐往下传递的。随着荷载的不断增大, 抗拔桩桩身上部和端部的侧阻几乎没有变化, 而桩身中部侧阻变化较大;抗压桩除桩上部侧阻达到极限外, 中下部侧阻均快速增长。

对于端阻的增强效应, 前人已做了大量的工作。试验资料表明, 桩端土层强度越高, 对桩侧阻力增强效果就越明显。同时, Vesic[7]试验表明, 在其他条件相同情况下, 桩越长, 桩侧阻力的强化效应越明显。这说明, 桩端阻对侧阻的强化作用还受到桩长的影响。

2 等截面抗拔桩承载力的计算

考虑到抗拔桩为深厚黏土中的中长钻孔灌注桩, 可采用复合剪切面破坏形态[9]。为计算简便起见, 采用桩土侧壁界面上发生土的圆柱体剪切破坏。

抗拔桩极限承载力Pu可以由以下两部分组成, 即:桩侧摩阻力Ps, 桩有效自重Wp, 基本计算公式为:

Pu=Ps+Wp (2)

Kulhawy等证实钻孔桩实际破坏面一般出现在界面以外附近的土体内, 因此只需知道土的抗剪强度即可。则抗拔桩侧阻Ps为:

Ps=λ1πd (∫${}_0^{L{}_1}$λ2qsdz+∫${}_{L{}_1}^L$qsdz) (3)

其中, d为钻孔桩有效桩径;L1为桩端侧阻影响区的长度 (由静载资料确定) ;L为桩长;λ1为侧阻折减系数, 取0.8;λ2为端阻对侧阻的影响系数, 取$\frac{1}{2}\sim \frac{2}{3}$;qs为单位极限侧摩阻力。

3 算例

下面取杭州某工程两根抗拔试桩来验证公式。

3.1 试桩参数

工程中两试桩分别为:S1:桩径800 mm, 桩长26.82 m, 充盈系数1.16;S2:桩径800 mm, 桩长25.94 m, 充盈系数1.18, 则试桩有效桩径d分别为928 mm, 944 mm。

3.2 试桩的桩身轴力

S1试桩离桩端5.82 m处, 轴力变化很小, S2试桩离桩端4.66 m处, 轴力变化很小, 则取L1分别为5.82 m, 4.66 m。

3.3 公式计算值与试验得出抗拔力的比较

根据静载试验可知, 两试桩在加载到1 700 kN时, 上拔量分别为6.23 mm, 7.12 mm, 即两试桩极限承载力均不小于1 700 kN。实际计算中, 取λ2=1/2, 混凝土有效重度27 N/cm3, 综合试桩的各项参数, 由承载力计算公式可得:

公式计算所得的极限承载力比测值大6.34%, 6.35%, 满足极限承载力不小于1 700 kN的要求, 可见公式具有很好的计算精度。

4 结语

抗拔桩与抗压桩的荷载传递机理是有差异的, 其主要影响因素为:1) 荷载的方向;2) 桩土界面间摩擦作用的剪胀性能;3) 桩体的泊松比;4) 主应力方向的旋转;5) 桩端阻的发挥。

抗拔桩与抗压桩桩周土体的应力路径在桩身部位和桩端部位是有很大不同的, 在具体分析时应该分开来进行考虑。抗压桩桩端部位侧阻发生增强效应, 而抗拔桩桩端侧阻发生退化效应。

参考文献

[1]桩基工程手册编委会.桩基工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1995.

[2]黄锋, 黄文峰, 李广信, 等.不同受载方式下桩侧阻的渗水力模型试验研究[J].岩土工程学报, 1998, 20 (2) :10-14.

[3]黄锋.单桩在压和拔荷载下桩侧摩阻力发展机理研究[D].北京:清华大学, 1998.

[4]Roscoe, K.H..Principal Axes Observed During Si mple Shear ofa Sand.Proc.Geotech.Conf, 1967:231-237.

[5]黄锋, 李广信.土的剪胀性对桩侧摩阻力的影响[J].地基基础工程, 1999, 9 (1) :18-23.

[6]Lehane, B.M..Mechanisms of Shaft Fricitionin SandfromIn-strumented Pile Tests[J].Jou.of Geotech.Eng., 1993, 119 (1) :19-35.

[7]A.S.Vesic.桩与土体系中的荷载传递, 地基与基础译文集, 桩基础[M].洪毓康, 译.北京:中国建筑工业出版社, 1982:69-79.

[8]Touma.F.T., Reese.L.C..Behavior of bored Piles in sand[J].Journal of the Geotechnical Engineering Division, 1974 (7) :31-32.