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184 静压桩终压力的确定及其意义 黄赞 摘要 在静压桩施工中 应灵活合理地运用规范 正确选择终压力 提高单桩承载力 实践证明 超载施压法 可提高静压桩的承载力和抗震性能 降低工程造价 具有实用价值 关键词 静压桩 终压力 单桩极限承载力 中图分类号 tu 473 13文献标识码 b 文章编号 1000 4726 2002 03 0184 03 determination and meaning of final pressure in static pressure piling huang zan abstract in construction of static pressure piiing technigue code shouid be properiy and fiexibiy observed bearing capacity of singie piie couid be improved by correctiy identifying the finai pressure engineering practice proved over pressing can improve the bearing capacity and anti seismic function of the pressing piie and in addition reduce the cost as weii key words static pressure piiing finai pressure uitimate bearing capacity of singie piie 静力压预制桩以其质量可靠 施工速度快 无噪 声 无污染 综合经济效益高等特点 已在各地得到广 泛应用 但由于国家规范对预制桩施工的规定多限于 锤击法 对静压法的论述较少 往往造成静压桩的设 计 施工不够规范 合理 尤其是对终压力的选用存在 错误认识 1静压桩终压力的概念 静压桩的压桩力是沉桩过程中为克服桩尖土层 的抗冲剪阻力和桩周土摩擦力所施加的压桩机静压 力 终压力 u是桩尖达到持力层终止压桩时出现的 最终静压力 单桩竖向极限承载力标准值 uk是沉桩 结束桩周土体产生固结后 桩能满足上部结构要求可 承受的最大荷载 终压力与单桩承载力是两个不同的概念 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 5 10 s 而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 这个本质区别决定了两 者的计算依据不尽相同 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竖向 极限承载力的情况 终压力的意义 压桩力过大易压坏桩 而压桩力过小 桩无法达 到合适的持力层 桩底嵌固不好 有效桩长不足 单桩 承载力不满足设计要求 且易出现多桩承台施工时邻 桩上涌的质量事故 安全适宜的压桩力既可保证桩身 不受破坏 又可以确保桩端嵌固至合适的持力层 并 通过大吨位挤密桩底土体提高桩端土体力学性能 取 得较高的桩端土极限端阻力 亦即在同等混凝土强度 等级或稍提高等级的情况下 同一种型号 截面 长 度 同一地质条件的桩 只要选用一个适当提高的终 压力 即可取得更高的单桩承载力 从而大幅度降低 基桩工程造价 这是一个更新观念 灵活合理运用规 范而富有意义的结论 我国桩工机械制造业已有长足 进步 出现了从 240 t 800 t 的压桩机 也为终压力的 合理选择提供了各种可能性 也提出了对此进行认真 研究的必要 3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 在上部结构长期荷载作用下简单 只要使用按国标图 集选用的桩 一般就无须再进行抗震 疲劳 吊运验 算 而只需进行静力抗压强度和压屈失稳验算 由于桩 土的相互作用和静压桩施工的特点 使 桩身受终压力压曲的问题变得十分复杂 它受下列诸 因素的影响 1 桩侧土的约束 2 桩的长度 3 桩露 出地面的自由长度 0 4 压桩施工送桩时 送桩器未 能完全对正桩顶或压桩施工垂直度有偏差 规范要求 在 0 5 之内 致使桩顶除受轴向压力作用外 还受 弯矩和水平力联合作用 所以 要全面考虑上述特点 精确地计算压曲荷载极为困难 但经反复论证 压曲 黄赞 1969 年 6 月生 广东云浮人 南宁市建筑安装工程公司 工程 师 530031 广西南宁 收稿日期 2001 10 10 建筑技术 architecture technoiogy 第 33 卷 2002 年 第 3 期 voi 33no 3 2002 年第 3 期 185 表 常用方桩 管桩最大允许终压力 kn 临界荷载 pcr一般远大于桩的极限荷载标准值 uk 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 jgj 94 94 第 5 5 3 条和 5 5 4 条规定 除 桩的自由长度较大的高桩承台 桩周为可液化土或为 地基极限承载力标准值小于 50 kpa 的地基土 或不排 水抗剪强度小于 10 kpa 以外 一般不考虑压曲的影 响 即取稳定系数 1 0 此规定也可引用至静压桩 终压力作用下桩身强度的验算 综合压桩施工的特点和各地 各部门的规定 现提 出一种简化方法计算终压力 pu 方桩 pu apfck asfy 1 预应力管桩 pu apfck 0 598ap pc 2 式中 fck 混凝土轴心抗压强度标准值 ap 桩身截面面积 fy 纵向钢筋的抗压设计强度标准值 as 全部纵向钢筋的截面面积 pc 混凝土的有效预压应力值 通常为 3 6 6 0mpa 稳定系数 一般情况下 1 0 除非出现 建筑桩基技术规范 jgj 94 94 规定要考虑压曲影 响的不利情况 压桩安全工作系数 0 8 1 0 关于 的取值 按 混凝土结构设计规范 gbj 10 89 的算式推算如下 基 桩 承 载 力 设 计 值 r apfc asfy r uk 1 60 fc fck 1 35 以 pu应不小于 uk计 得出 pu 1 18 apfck asfy 3 按 3 式推论得出 1 18 与实践结果比较 该 值偏高 按上海市地基基础设计规范 dgj 08 11 1999 根据实际工程经验并参考国外有关规范 对长期荷载 作用下的桩 由桩身结构强度决定的单桩竖向承载力 设计值提出如下近似公式 预制桩 rc 0 60 0 75 fcap 预应力管桩 rc 0 60 0 75 fcap 0 34 ap pc 而 uk 1 6 rc fc fck 1 35 pu 为预制构件在瞬 间施工荷载作用 安全等级比 u降一级 故可设定 pu 1 1 uk 得出 方桩 pu 0 782 0 978 apfck 4 管桩 pu 0 782 0 978 apfck 0 598 ap pc 5 按 4 5 式推算 值可取 0 78 0 98 与实践结 果比较 该值略低 按 3 4 5 式和工程实践 可确定压桩安全工 作系数 0 8 1 对桩长小于 10m 者可取高值 对 桩长大于 20m 者可取低值 表 1 为按 1 2 式计算的工程中常用桩型截面 长度 混凝土强度等级的终压力 pu 计算值与工程实 践基本符合 从表 1 中可看出 在一般条件下 按国标图集设计 的方桩 管桩可承受的终压力比单桩极限承载力大得 多 故将使用大于单桩极限承载力的终压力的方法称 为 超载施压法 这里的超载指的是超过单桩极限承 载力标准值而不是超过压曲荷载 即 pcr pu uk 通 常 pu 1 1 1 7 uk 从安全角度出发 超载施压 法 较少考虑桩周土回复的时间效应 将终压力与极 限承载力直接比较 既直观又安全 实践中在经验算的终压力作用下桩身压曲破坏 者较少 一般会在如下条件下发生 1 桩身进入的各层土体层 软弱土体 液化土 或地基极限承载力标准值小于 50 kpa 占比例较大 桩 身又露出地面高过 1 5m 以上 桩周缺乏土体侧向约 束 又未按此受力条件验算 pu 2 桩身过长 长细比超过规范要求 3 施工偏差严重超过规范要求 如压桩垂直度 偏差太大或送桩器偏离桩顶平面而产生较大附加偏 心矩 大于方桩 管桩所能承受的抗裂弯矩 接桩接头 质量较差 或者桩身混凝土构件的尺寸及强度不符合 桩长 m 截面 mm 大于 20 10 20小于 10 c30 c35 c40 c30 c35 c40 c30 c35 c40 phc 300 a 壁厚 70 mm phc 400 a 壁厚 95 mm phc 500 a 壁厚 100 mm phc 500 a 壁厚 125 mm phc 600 ab 壁厚 105 mm 2700 3000 3500 3400 3800 4400 5100 5800 6600 2100 3760 5200 6150 6500 2400 2700 3100 3000 3400 3900 4500 5200 5900 1850 3300 4560 5400 5670 500 500 350 350 400 400 3000 3400 3900 3800 4300 4900 5700 6500 7400 2360 4200 5830 6890 7320 注 按本表取值 桩身质量 包括混凝土强度等级 钢筋 截面尺寸等 应符合国标图集规范要求 否则应适当乘以一定折减系数 在规范规定须考虑压曲影响的不利情况时 须另行计算稳定系数 静压桩终压力的确定及其意义 第 33 卷 186 建筑技术 国标图集要求 桩身抗弯刚度 值过小 该条件下被 经验算使用的终压力 u破坏的桩是非常危险的 其在 长期荷载作用下也更容易被破坏 若仅因调低 u而未 及时发现桩身的质量缺陷 则其危害性更具隐蔽性 造 成的损失更严重 因此 适当提高终压力也是检测桩 身质量的一个重要手段 由于现行规范未对静压桩终压力控制标准作专门 规定 故各地实践中存在着混乱状况 旧作法即所谓 满载施压法 是压桩机达到额定压桩力时 桩尖贯入 度接近零即终止压桩 而此时有可能出现压桩力过大 对桩身造成肉眼无法目测的损害 或压桩力过小未能 穿越砂夹层进入合理持力层而存在桩承载力不足和桩 基抗震性能差的隐患 完全依赖土体摩擦力上升来弥 补遮掩原有的缺陷 施工单位往往按自身拥有的桩机 随意选用压桩力 预制桩身质量也因施工单位不同的 生产水平出现较大的波动起伏 此外 静压桩施工中 保证单桩承载力及合理持力层的两个关键因素即设备 能力 主要是指终压力 和桩身质量的不确定性 也制 约了勘察单位提供土力学数据及设计单位计算单桩承 载力的合理性 造成设计与工程实践之间的一定偏 差 工程实践 目前南宁市设计桩长通常在 12 18m 之间 设计 桩端一般在圆砾 砂砾 中砂 由于前述因素的影响 地质勘察报告往往依据现场原位测试结果 此结果与 静压力挤密作用后的工程实际情况差异极大 和 建筑 桩基技术规范 jgj 94 94 预制桩的极限端阻力标准 pk 表 5 2 8 2 的中间值选取圆砾层的 pk为 8 000 kpa 计算结果单桩极限承载力标准值 400mm 400mm 方桩为 2 000 kn 500mm 500mm 方桩为 2 600 kn 若 桩端为砾砂 中砂则取值更低 统计分析施工资料发现 这种作法对小吨位 u 400 mm 方桩 市场价为220 元 m 单桩承载力设 计值仅 1 100 1 200kn 而用 400t 静压桩机施工 0400 phc 管桩 市场价为 180 元 m 单桩承载力设计值可 达 1 600 kn 若以某幢建筑物总荷载为 480 000 kn 桩 长 20m 计 需用约 400 根 400mm 400mm 方桩 造价 约 176 万元 而采用 0400 管桩只需 300 根左右 造价 约 108 万元 采用 超载施压法 比 满载施压法 至少 可节省造价 30 表 2 列出常用静力压桩选型表 可 供使用时参考 结束语 1 合理选择终压力和确保预制桩桩身质量 是保证静压桩质量的关键 2 提倡使用 超载施压法 施工和检测基桩 大幅度提高单桩承载力 对合理利用持力层承载力具 有重大的经济价值 参考文献 1jgj 94 94 建筑桩基技术规范 北京 中国建筑工业出版所 1995 2桩基工程手册 北京 中国建筑工业出版社 1995 240 280 2400 2800 300 300 400 400 0300 1700 2800 320 360 3200 3600 400 400 450 450 0400 2100 3600 400 460 4000 4600 450 450 500 500 0400 0500 2800 4600 500 600 5000 6000 500 500 600 600 0500 0600 3500 5500 压桩机级别 t 最大压桩力 kn 单桩极限承载力标准值 kn 方桩 管桩 适用桩型 mm 表 常用静力压桩选型参考表 静压桩终压力的确定及其意义静压桩终压力的确定及其意义 作者 黄赞 作者单位 南宁市建筑安装工程公司 530031 广西南宁 刊名 建筑技术 英文刊名 architecture technology 年 卷 期 2002 33 3 被引用次数 15次 参考文献 2条 参考文献 2条 1 jgj94 94建筑桩基技术规范 1995 2 桩基工程手册 1995 引证文献 16条 引证文献 16条 1 王晓伟 徐强 潘学富 静压桩的压桩力与承载力关系分析 期刊论文 价值工程 2013 13 2 王俊林 王志宽 马艳 静压管桩单桩极限承载力与终压力关系的探讨 期刊论文 岩土力学 2008 z1 3 吴世标 浅析预制桩机械静力压桩施工技术 期刊论文 广西质量监督导报 2007 4 4 徐健 静压法沉桩在长春地区住宅基础工程中的应用 期刊论文 山西建筑