谈静压桩的沉桩机理及施工技术

　　［摘要］：本文对静压桩的沉桩机理及施工技术进行了分析，并且对终压力的确定及压抗机动性的选择作了讨论。可供同行参考。
　　[关键词]：静压桩；沉桩机理；施工技术
　　1静压法适用范围
　　静压法通常适用于高压缩性粘土层或砂性较轻的软粘土层，当桩须贯穿有一定厚度的砂性土夹层时，必须根据桩机的压桩力与终压力及土层的形状、厚度、密度、上下土层的力学指标、桩型、桩的构造、强度、桩截面规格大小与布桩形式、地下水位高低以及终压前的稳压时间与稳压次数等综合考虑其适用性。
　　压桩力大于4000kN的压桩机，可穿越5-6m厚的中密、密实砂层。中型压桩机（压桩力≤2400kN)，穿越砂层的能力较有限，所以对其情况需进行压桩可行性判断。
　　静压桩也适用于覆土层不厚的岩溶地区。在这些地区采用钻孔桩很难钻进；采用冲孔桩，容易卡锤；采用打入式桩．容易打碎。只有采用静压桩可缓慢压人，并能显示压桩阻力，但在溶洞、溶沟发育充分的岩溶地区，静压桩宜慎用，以及在土层中有较多孤石、障碍物的地区，静压桩宜慎用。
　　小型压桩机（压桩力≤600kN）用于压制预制小桩，适用于在10m以内存在持力层（如硬塑粉质粘土层、粉土层及中密粉细砂层等）。
　　2静压法沉桩机理
　　静压预制桩主要应用于软土地基。在沉桩过程中，桩尖直接使土体产生冲切破坏，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抗剪强度降低，发生严重软化（粘性土）或稠化（粉土、砂土），出现土重塑现象，从而可容易地连续将静压桩送人很深的地基土层中。压桩过程中如发生停顿，一部分孔隙水压力会消失，桩周土会发生径向固结现象，使土体密实度增加，桩周的侧壁摩阻力也增长，尤其是扰动重塑的桩端土体强度得到恢复，致使桩端阻力增长较大，停顿时间越长扰动土体强度恢复增长越多。因此，静压沉桩不宜中途停顿，必须接桩停留时，宜考虑浅层接桩，还应尽量避开在好土层深度处停留接桩。静压桩是挤土桩，压人过程中会导致桩周围土的密度增加，其挤土效应取决于桩截面的几何形状、桩间距以及土层的性能。
　　3静压桩施工
　　3.1桩的类型
　　用于静压桩施工的钢筋混凝土预制桩有RC方桩、PC管桩、PHC管桩和PTC管桩，还有的地区采用外方内圆空心式钢筋混凝土预制桩。
　　3.2桩的沉设
　　静压预制桩的施工一般采用分段压入、逐段接长的方法。其施工工艺为：测量定位一压桩机就位一吊装喂桩一桩身对中调直一压桩一接桩一再压桩一（送桩）一终止压桩一切割桩头。
　　(1)测量定位
　　通常在桩身中心打人一根短钢筋，若在较软的场地施工，由于桩机的行走而挤压预打人的短钢筋，故当桩机大体就位之后要重新测定桩位。
　　(2)压桩机就位
　　经选定的压桩机进行安装调试就位后，行至桩位处，使桩机夹持钳口中心（可挂中心线陀）与地面上的样桩于塔本对嘴，调平压桩机后，再次校核无误将长步唇．（长船）落地受力。
　　(3)吊装喂桩
　　静压预制桩桩节长度一般在12m以内，可直接用压桩机上的工作调机自行吊装喂桩，也可以配备专门调机进行吊装喂桩。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，采用双千斤（吊索）加小便担（小横梁）的起吊法可使桩身竖直进人夹桩的钳口中。当接桩采用硫磺胶泥接桩法时，起吊前应检查浆锚孔的深度并将孔内的夹物和积水清理干净。
　　(4)桩身对中调直
　　当桩被吊人夹桩钳口后，由指挥员指挥司机将桩缓慢降到桩尖离地面10cm左右为止，然后加紧桩身，微调压桩机使桩尖对准桩位，并将桩压人土中0.5-1.0m，暂停下压，在从桩的两个正交侧面校正桩身垂直度，当桩身垂直度偏差小于05％时才可正式压桩。
　　(5)压桩
　　压桩是通过主机的压桩油缸伸程的力将桩压人土中，压桩油缸的最大行程因不同型号的压桩机而有所不同，一般为1.5-2.0m，所以每一次下压，桩人土深度约为15-20m,然后松夹具一上升一再夹紧一再压，如此反复进行，方可将一节桩压下去。当一节桩压到其桩顶离地面80-100cm时，可进行接桩或放人送桩器将桩压至设计标高。
　　(6.)接桩
　　静压预制桩常用接头形式有电焊焊接和硫磺胶泥锚固接头。电焊焊接施工时焊前须清理接口处砂浆、铁锈和油污等杂质，坡口表面要呈金属光泽，加上定位板。接头处如有
　　孔隙，应用锲形铁片全部填实焊牢。焊接坡口槽应分3-4层焊接，每层焊渣应彻底清除，焊接采用人工对称堆焊，预防气泡和夹渣等焊接缺陷。焊缝应连续饱满，焊好接头自然冷却15min后方可施压，禁止用水冷却或焊好即压。硫磺胶泥锚固接头，施工时要认真把好质量关。
　　(7)送桩
　　如果桩顶已接近设计标高，而桩压力尚未达到规定值，可以送桩。如果桩顶高出地面一段距离，而压桩力已达到规定值时则要截桩，以便压桩机移位。
　　静压桩的送桩作业可以利用现场的预制桩段作送桩器。施压预制桩最后一节桩的桩顶面达到施工地面以上l.sm左右时，应再吊一节桩放在被压桩的顶面，不要将接头连接起来，一直下压直到桩顶面压至符合终压控制条件为止，然后将其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≥4000kN）的压桩机，由于最后的压桩力和夹桩力都很大，有可能将桩身混凝土夹碎，所以不宜用预制桩作送桩器，而应制作专用的钢质送桩器。送桩器或作送桩器用的预制桩侧面应标出尺寸线，便于观察送桩深度。
　　(8)终止压桩
　　当桩彼压入土层中一定深度或桩尖进入设计持力层一定深度，巨压力表读数达到预先规定值时，便可终止压桩。
　　4络压力的确定及压桩机的选择
　　4.1终压力的概念
　　终压力与单桩竖向极限承载力是2个不同的概念。终压力Pu是桩尖达到设计持力层终止压桩时出现的最终静压力，其每次出现持续时间通常只有5-10，。单桩竖向极限承载力口。是沉桩结束且桩周土体产生固结后，桩能承受的最大荷载。因土层结构、桩型截面、桩长、压桩力不同，会出现终压力大于或小于单桩承载力极限承载力的情况。
　　4.2终压力的计算
　　在终压力瞬间荷载作用下的桩身强度的验算比单桩极限承载力简单，只要使用按图集选用的桩，一般就无需再进行抗震、疲劳、吊运验算，而只须进行静力抗压强度和压曲失稳验算。
　　由于桩、土的相互作用和静压法施工的特点，使桩身受终压力压曲的问题变得十分复杂，它主要受下列因素影响：a）桩侧土的约束；b）桩的长度；c）桩露出地面的自由长度l0；d)压桩施工送桩时，送桩器未能完全对中桩顶或压桩施工垂直度有偏差（规范要求在0.5％之内），故桩顶除受轴向压力作用外，还要承受弯距和水平力。所以要考虑上述所有因素精确地计算压曲荷载较为困难，但经反复论证［4.5］，压曲荷载Pct一般大于桩的极限承载力Qu，因而用简化方法验算桩的压曲是安全的。因此，《建筑桩基技术规范》（JGJ94一1994)第55.3条和5.5.4条规定，除桩的自由长度较大的高桩承台，桩周可液化土或为地基承载力特征值小于50kPa的地基土（或不排水抗剪强度小于10kPa）以外，一般不考虑压曲的影响，即取稳定系数φ=1.0。此规定也可用于静压桩终压力作用下桩身强度的验算。
　　结合静压桩施工特点和各地、各部门的规定，先提出一种简化方法[4]计算终压力Pu。
　　方桩：Pu≤γφ（Apfck＋Asfyk)
　　预应力管桩：Pu≤γφApfck－0.598Apσpc)
　　式中fck——混凝土轴心抗压强度标准值；
　　AP——桩身截面面积；
　　fyk——纵向钢筋的抗压强度设计标准值；
　　As——全部纵向钢筋的截面面积；
　　σpc——混凝土的有效预压应力值，通常为3.6-6.0MPa;
　　φ——稳定系数，一般情况下φ=1.0，除非出现《建筑桩基技术规范》（JGJ94一1994）规定要考虑压曲影响的不利情况；
　　γ——压桩安全工作系数，γ=0.8-1.0。
　　4.3压桩机的选择
　　静力压桩机的选择应综合考虑桩的规格（断面和长度）、被穿越土层的特性、桩端土的特性、单桩极限承载力及布桩密度等因数，可通过以下途径合理选用：
　　a）按经验法选用。根据终压控制条件选择适用的静压桩机。一般情况下，压桩机的最大压桩力不宜小于桩的极限承载力，当遇上砂土层或砂隔层时，宜选取大一级甚至大两级的压桩机。
　　b）经现场试压桩选用。特别是在厚软土层中用最大压桩力小于桩的极限承载力的压桩机施工时，更需作现场试桩。。）按当地选择压桩机的参考表选用。
　　5压桩施工注意事项
　　a)压桩施工前应对现场的土场地值情况了解清楚，做到心中有数；同时应做好设备的检查工作，保证使用可靠
　　b）压桩过程中，应随时注意使桩保持轴心受压，若有偏移，要及时调整。
　　c）接桩时应保证上、下节桩的轴线一致，并尽可能地缩短接桩时间。
　　d）量测压力等仪表应注意保养、及时检修和定期标定，以减少量测误差。
　　e）压桩机行驶道路的地基应有足够的承载力，必要时需作处理。
　　6结束语
　　静力压桩法施工工艺具有噪音小、无污染、施工速度快、同时在压桩过程中可以预估单桩承载力等特点，特别适用于城区建筑。随着静力压桩机的不断改进和预制高强度预应力管桩技术的不断提高，静压桩将会越来越广泛的适用于城区建筑。
　　参考文献
　　1建筑桩基技术概范（JGJ94-1994），北京；中国建筑工业出版社，1995
　　2史佩栋，实用桩基工程手册，北京；中国建筑工业出版社，1999
　　3王离，实用桩基工程手册[M]，北京；中国建筑工业出版社，1999
　　4黄赞，静压桩终压力的确定及其意义，建筑技术，2002.33（3）
　　5沈保汉，静压桩.施工技术.2001.30（10）