八音盒里面的音乐:静压桩的沉桩机理和常见问题防治

【摘要】本文探讨了静压桩在沉桩过程中的机理,阐述了沉桩的终压力与极限承载力的关系,对工程中常见质量问题及处理方法进行了分析并提出防治方法.

【关键词】 桩  机理  施工  处理

一、 前 言

静压法施工是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将桩压入土中的沉桩工艺。由于这种方法具有无噪音、无振动、无冲击力等优点，一般选用预应力管桩，该桩作基础具有工艺简明，质量可靠，造价低，检测方便的特性。两者的结合便大大推动了静压管桩在泉州地区的应用。笔者根据多年来桩基检测经验，结合静压桩的沉桩机理对工程中常见质量问题及处理方法进行了分析并提出防治方法.

二、 静压桩沉桩机理

沉桩施工时，桩尖“刺入”土体中时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，土体产生塑性流动（粘性土）或挤密侧移和下拖（砂土），在地表处，粘性土体会向上隆起，砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力,土体主要向桩周水平方向挤开，使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大扰动影响，此时，桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗，当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力，桩将继续“刺入”下沉。反之，则停止下沉。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。

三、 终压力与极限承载力

在静压桩施工完成后，土体中孔隙水压力开始消散，土体发生固结强度逐渐恢复，上部桩柱穴区被充满，中部桩滑移区消失，下部桩挤压区压力减小，这时桩才开始获得了工程意义上的极限承载力。从大量的工程实践看，粘性土中长度较长的静压桩其最终的极限承载力比压桩施工时的终压力要大，在某些土体固结系数较高的软土地区，静压桩最后获得的单桩竖向极限承载力可比终压力值高出一二倍，但是粘性土中的短桩，土体强度经一段时间的恢复，摩阻力虽有提高，但因桩身短，侧摩阻力占桩的极限承载力的比例差异不大，最终极限承载力达不到桩的终压力。因此桩的终压力与极限承载力是两个不同的概念，一些初接触静压桩的设计、施工、监理人员往往将两者混为一谈。两者数值上不一定相等，主要与桩长、桩周土及桩端土的性质有关，但两者也有一定的联系。总结泉州地区经验提出了自己的做法,对一些设计承载力较高的工程,终压力值宜尽量达到设计取值的1.5∽1.7倍,并视土质及布桩情况考虑复压;对于14∽21m的中长桩,终压力控制在设计值的1.7∽2倍以上,宜复压3次;而小于14 m的短桩,终压力控制在设计值的2∽2.5倍以上,并复压3∽5次。结合福建省《建筑预应力砼管桩基础技术规程》进行施工。

四、常见质量事故分析及处理

笔者总结多年来对一些静压桩工地进行基桩检测和质量事故咨询处理的案例，对工程中常见质量问题及处理方法进行了分析并提出防治方法.

1、 挤土效应和振动影响

挤土类型施工，由于沉桩时四周的土体结构受到扰动，改变了土体的应力状态，产生挤土效应；桩机施工过程中焊接时间过长；桩的接头较多而且焊接质量不好或桩端停歇在硬夹层；施工方法与施工顺序不当，每天成桩数量太多、压桩速率太快、布桩过多过密，加剧了挤土效应。

防治方法：

控制布桩密度，对桩距较密部分的管桩可采用预钻孔沉桩方法，孔径约比桩径小50－100MM，深度宜为桩长的1/3－1/2，施工时应随钻随打；或采用间隔跳打法，但在施工过程中严禁形成封闭桩。控制沉桩速率，一般控制在1m/min左右；并制定有效的沉桩流水路线，并根据桩的入土深度，宜先长后短、宜先高后低，应对日成桩量进行必要的控制。设置袋装砂井或塑料排水板，消除部分超孔隙水压力；设置隔离板桩或地下连续墙；开挖地面排土沟。加强临近建筑物、地下管线的观测、监护。控制停歇时间，避免摩阻力增大影响桩机施工，造成沉桩困难。

2．沉桩时遇到浅层障碍无法继续沉桩

由于地质勘察报告中未能特别强调浅层障碍物及局部的土层分布深度和性质，导致沉桩时遇到浅部（3－4M）的老基础、大孤石，较深部（20M左右）的硬塑老粘土和非常密实砂层、沙砾石层等情况无法施工。

防治办法：打桩前详细了解地质，进行探桩施工；对浅层障碍物可采用挖土机挖除，当无法操作施工时，可采用将障碍物钻穿，然后在孔内插桩后沉桩，严禁移动桩架等强行回扳的的方法纠偏。当桩已入土较深，桩无法拔出时，可采用小型钻机将钻具放入管桩中间的空洞中钻孔，将障碍物钻穿后继续沉桩。

3．斜桩

静压桩机机械维修不及时，如液压系统漏油导致桩机支撑下滑；静压桩机自重加配重总重量大，桩机基础如不平整坚硬，沉桩过程中，桩机容易产生不均匀沉降，桩身极易发生偏移；桩身不垂直，桩帽、桩身不在同一直线上；接桩时桩身、桩帽不在同一直线上；施工顺序不当，导致应力扩散不均匀；尤其是有地下室深基坑的承台相邻桩身过近过密，使先施工的一边已有孔洞，再施工一面时桩身极易滑动。

沉桩过程中遇到大块坚硬物，把桩挤向一侧；采用预钻孔法时，钻孔垂直偏差较大，沉桩过程桩又沿着钻孔倾斜方向发生偏移；桩布置过多过密，沉桩时发生挤土效应；基坑开挖方法不当，一次性开挖深度太深，使桩的一侧承受很大的土压力，使桩身弯曲变形。

防治方法：注意机械设备的维修，以避免影响施工质量；在较软的场地中适当铺设道渣，不能使桩机在打桩过程中产生不均匀沉降，桩机及配重达500吨以上，为防止桩机下陷而造成桩身倾斜、桩机挤压对桩位的影响，采取必要的措施提高地基承载力。要严格控制好桩身垂直度，重点应放在第一节桩上，垂直度偏差不得超过桩长的0.5％，桩帽、桩身及送桩杆应在同一直线上，沉桩时宜设置经纬仪在两个方向上进行校准。尽量减少接桩，预制管桩接头不宜超过3个，接桩宜在桩尖进入硬土层后进行。接桩时上、下段桩的中心线偏差不宜大于2mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%。制定合理的施工顺序，孔洞应及时回填，对垂直度的控制。遇到障碍物及时排除后沉桩；沉桩时发现不垂直应及时纠正，必要时应把桩拔出重打，桩进入一定深度后，不宜采用移动机架进行校正，以免发生断桩。采用预钻孔法时，严格控制钻孔垂直度。合理布置桩位，桩与桩的中心距不小于3倍桩径。应在停歇期后进行基坑开挖，并分层均匀进行，加强围护措施，防止土体对桩的侧压力产生附加弯矩。

4、桩身破坏：

（1）斜桩现象的出现或桩端、送桩杆不平整导致桩端应力集中，使桩帽滑落或桩头爆裂。

（2）压力值超高。

（3）桩机擅自移动机架进行校正桩位、桩身垂直度，导致桩身断裂；不合理的土方开挖。

（4） 桩身材料质量；

防治方法：

合理施工方法，控制的垂直度，避免斜桩的发生；控制好桩机施工终止条件；施工结束合理的土方开挖以及凿桩施工；对桩身原材料的检查验收。

5、 桩身抬高

挤土效应引起局部桩身抬高，尤其是端承桩或端承摩擦桩会引起基础不均匀沉降。

防治方法：

（1）对桩身复压1—2次，甚至多次。在嵌固期后才进行土方施工。

（2）进行必要的静载检测，以检验是否达到设计要求。