静压桩的压桩力与承载力关系分析
摘要：随着人类对环保意识的不断增强，静压法将逐渐取代锤击法，而静压预应力管桩具有能承受较大的负荷、质量稳定、造价低等优点，近年来在国内很多地区得到广泛应用，本文结合中山固莱尔阳光板有限公司厂房A,B工程静压桩桩基检测不合格问题，清楚静压桩的压桩力和承载力关系的重要性，分析静压桩施工的机理，探讨了静压桩的压桩力与承载力关系。
关键词：静压桩、压桩力；承载力
引言：静压法施工是使用施工机械将混凝土预制桩压入土层中的一种施工方式，以这种方式进行施工的桩被称为静压桩。与其它桩相比，静压桩的优点很多，诸如施工无振动、无噪音，适宜在精密仪器用房、危房及河口堤岸附近地区施工。在施工过程中，可实时显示和记录压桩阻力，可对整个施工过程进行定量观察；还可以控制终压值，对单桩承载力进行预估。
一、清楚静压桩的压桩力和承载力关系的重要性
静压预应力管桩（以下简称静压管桩）施工终压力和竖向极限承载力的关系是施工单位和设计单位十分感兴趣的问题，确定静压桩竖向极限承载力与施工终压力的经验公式主
要有以下两种用途：一是在设计初步或开工前试桩阶段估算单桩竖向承载力特征值（作为辅助方法和补充手段）：已知桩的终压力（Pze）桩的入土深度及桩周土质情况，可以很快估算出该桩的竖向极限承载力（Qu），从而可求得该桩的竖向承载力特征值Ra；二是选择施工用的压桩机、确定终压控制标准（一种简便的初估手段）：已知桩的入土深度（根据工程地质资料预估）土质情况及桩的竖向承载力特征值，可很快求得需要的终压力，因此，弄清静压管桩施工终压力和竖向极限承载力的关系，对静压桩的进一步推广应用有着重要意义。
二、静压桩的压桩力与承载力关系
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，当m值取0.82，n值取0.43时，最符合工程的实际情况。
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。
以上关系式表明，如果桩尖持力层为粘性土层，静压桩压桩力值与承载力值的数值比应控制在 0.82～0.43 之间。这就是说，预制桩的压桩力与承载力之间的比值应介定于有限的范围之内，不能无限增大，也不能随意缩小。如果超出了这一特定范围，应及时查明原因，施工人员在施工中也要谨慎，积极采取措施来保证工程施工的安全和质量。从有关资
料来看，在同一土层中，桩的压桩力变化幅度很小，桩尖阻力以克服桩体冲剪土体向下穿透时的桩端阻力为主，压桩时所记录的压桩力值可以证明这一点。压装力值与深度的递增没有直接的关系，当桩尖达到土层的分界面时才会发生相应的变化。在静压预制桩桩基工程中，由于工期比较紧迫，往往未经试桩和静载荷检测就进行施工，这时候就需要重视压桩机的选型问题。在实际工程中，大型桩机不够经济，小型桩机的压桩力又不足，难以满足设计要求。因此，我们可以先计算出压桩力，然后据此选择合适的桩机。
三、案例分析
3.1项目概述
本工程为框架二座5层厂房：厂房A:11096.52㎡,厂房B:9964.6㎡。本工程原设计采用静压预制预应力管桩￠400*95AB型PHC桩，Ra=1200KN，桩净长预计为23-26米，桩端持力层为（2-4）圆砾，进入深度≥1米，总桩数395根。中山固莱尔阳光板有限公司厂房A,B工程静压桩桩基检测不合格问题的处理。
3.2事件描述
本工程于2016年4月28日开始试压桩，配有320型静桩机，当试桩的厂房B 29号桩终压力达到2800KN时，并复压无沉降迹象，达到设计要求的稳压条件，实际桩长才16.2米,
未达到设计要求桩长,经设计单位核对勘察报告,该深度所属的圆砾层可选作持力层,可继续施工。桩基础14天后全部施工完毕，全部入土深度为16米左右，终压值2800KN。于2016年5月26日做高应变检测时，厂房A共做11条，其中一类桩2条，二类桩9条，不合格原因为承载力不足，未达到设计要求。
3.3原因分析
根据压桩记录厂房A的入土深度最长20米左右，最短16米左右，厂房B的最长22米，最短只有13米左右，根据地质资料，该深度为圆砾层，静压桩不能穿透为正常现象，对于检测反映桩承载力不足问题，因为静压桩承载力由摩擦力和端承力组成，摩擦力方面，因桩入土深度过短，摩擦力不足，端承力方面，初步怀疑压桩过程中因桩机前后行走，互相挤压影响造成部分桩位上浮现象，导致检测时该部分桩端承载力不足。
3.4解决方案
经各责任主体协商，于2016年6月18日进场锤击桩机，锤重6.2T,对厂房A55号桩进行接桩进行复打,按设计要求最后三阵锤每阵贯入度小于4㎝的标准试打,在原17米的基础上打至26.6米,达到原设计要求,达成协议,采取以下方案处理:1、经各责任主休协商同意，不再扩大检测。2、本工程所有桩位采用6.2T锤复打，对于桩头完整的，采用焊接接桩；对于桩头
不完整的，按废桩处理，按设计变更补桩。处理完成后，按规范进行大小应变检测桩承载力及桩身质量，满足设计及规范要求。
四、结语
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。静压桩的压桩力和承载力之间的相关性可以进行定量估算，如果是同一工程，可以通过静压桩的压桩力和桩端土的端阻力推算出单桩承载力。以持力层为粘性土为例，其压桩系数一般在0.50～0.70之间，方桩的长径较小及液性指数较大的时候压桩系数则比较小，反之则偏大。为了确保安全，压桩系数不能小于0.50。因此，对二者的关系进行研究，可以为静压桩的合理、安全施工提供参考。
参考文献
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