静压桩终压力与极限承载力的差异分析

陈铭辉

(上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 200232)

1 工程概况及工程地质条件

1.1 工程概况

施工单位在施工54根桩时，对施工情况进行了统计，当将这54根桩压入设计桩底-21.25m标高时，静压桩的最终压力值在820～984kN范围，均未达到设计特征值的两倍——桩的极限承载力 600kN×2=1200kN。

施工单位又两次将桩长分别加长到28m和35m，静压桩的终压力值分别为820kN和1066kN，仍未达到桩的极限承载力1200kN。

1.2 工程地质条件

竹园污泥处理工程场区工程地质分层及预制桩桩侧fs值及桩端fp值参见表1。

2 桩的静载荷试验情况

2.1 桩静载试验方法、加载方式及终止条件

2012年4月，委托上海某公司，对该工程进行基桩静载荷试验。两根桩的静载试验情况介绍见表2。

表1 竹园污泥厂地层特征、土层物理力学性质简述

表2 简要静载试验情况记录

静载试验采用压重平台反力装置，加载方式为慢速维持荷载法。终止加荷条件为试桩荷载达到单桩设计极限荷载。

2.2 515号桩和536号桩静载试验汇总

2012年4月9日和14日，分别对515号桩和536号桩进行了静载试验，其试验结果详见表3和表4。

表3 单桩竖向静载试验结果汇总(515号桩)

续表

表4 单桩竖向静载试验结果汇总(536号桩)

3 施工终压力值与桩的极限承载力差异比较及原因分析

现将做静载试验的两根桩在施工时的终压力值与静载试验达到的桩极限承载力进行比较，见表5。

表5 施工终压力值与桩的极限承载力比较

从表5比较中可以看出两个问题:

测绘工程项目管理涉及到很多方面，以系统性特点为基础，具有决策，控制，策划等功能，属于较全面的系统。因此，在施工过程中，将数据库技术应用到测绘工程项目数据管理当中，一方面可以提高整体工程项目的质量，另一方面可以有效的节约项目工程的投入成本，进而积极促进我国建筑行业的良好发展。

a.采用静力压桩方式沉桩，将桩压入到设计桩底标高时终压力值小于桩的极限承载力值(只占67.2%)。

b.压入到桩底标高的桩在休止一段时间后，采用同样的静力压桩方式做静载试验时，桩的承载力却大大提高了，远远超出沉桩阶段的终压力值，从两根试验桩看，极限承载力约为终压力的1.5倍。

3.1 终压力小于桩极限承载力的原因分析

在锤击和静压两种方式沉桩过程中，在桩周围地面上有“水”沿桩周边上“冒”，这种现象说明在沉桩过程中，土中孔隙水有一部分被沉入土体中的桩挤压，沿着桩周边与土体间隙排泄出来，部分孔隙水沿“桩土界面”这个通道被挤压排泄至地表，“润滑”了桩与土的摩擦，使桩在沉桩过程中桩侧所受的摩擦阻力有所消减。

预制桩在沉桩过程中，桩侧受到土体给予的摩阻力的作用，桩尖受到土体正面反力的作用，而桩侧摩阻力因受挤压而排出的孔隙水沿桩土界面向上排泄的润滑作用而有所消减，从而桩在饱和土体中沉桩过程总比在非饱和土体中，沉桩所受的总阻力要小，因此，在饱和软土地基中沉设预制桩的终压力值总是比桩的极限承载力值小。

3.2 沉桩休止期28天后承载力提高的原因分析

按规范规定，本项工程在沉桩28天后进行桩静载荷试验，并测出桩的极限承载力。

在沉桩过程中，桩沉入土体中，占据一定空间，土体必然要被压缩一定空间，饱和土体是由土颗粒和土颗粒之间的孔隙水组成的(非饱和土中则是三相体——土颗粒、水和空气)。

当桩沉入土中，土体受到挤压，饱和土体中的土颗粒不可能被压缩，只能是液态的可流动的孔隙水会被压缩。

从理论上分析饱和土体在受到阻力作用时，会在土体中产生总应力(σ)，总应力σ一部分由孔隙水承担，称为孔隙水压力(μ)，另一部分由土体骨架承受，称为有效应力(σ')，因此σ=μ+σ'。土体的强度变化和变形只决定于有效应力变化，与土体内的孔隙水压力无直接关系，但有间接关系。

当桩沉入土体内挤压土体时，土体所受到的总应力σ几乎全由孔隙水承受。原来位于土体颗粒间的静止孔隙水压力会突然增高，称之为超孔隙水压力。此时σ=μ，而有效应力σ'=0。

在沉桩过程中，有小部分位于桩周围的孔隙水，受桩挤压产生超孔隙水压力沿着水平方向涌入桩土界面这个通道排泄，而其他大部分孔隙水由于饱和软黏土的渗透系数很小而无法及时排泄，形成超孔隙水压力挤压着周边的土体——这就是沉桩挤土影响周边环境的土力学基理。

随着时间的推移，桩周边孔隙水大部分向上向周边慢慢迁离排泄，超孔隙水压力才会慢慢消散，这时土体内的有效应力逐渐增大，使得土体颗粒逐渐相互靠近，土体开始慢慢固结，强度逐渐提高了——这就是土体固结理论的基本概念。

桩在沉入土体中休止一段时间后土体开始重新固结，土体强度(内摩擦角φ和黏聚力C)逐渐提高，必然使桩侧摩阻力和桩端阻力也随之提高，从而桩的承载力也逐渐提高，说明沉桩休止28天后其承载力基本上可以达到桩的极限承载力。

4 结语

人们一般认为，静力压桩将桩压到设计桩底标高，这时候的最终压力就是桩能承受的最大承载力——即桩的极限承载力。上面的静载试验结果说明，人们的这种看法普遍存在错误。

a.在饱和软土地基中，沉桩时土体受挤压有一小部分孔隙水沿桩土界面冒泄至地面，消减了桩侧摩阻力，致使静压桩终压力不可能达到桩的极限承载力。

b.沉桩结束休止一段时间后，由于饱和土体超孔隙水压力逐渐消散，土体有效应力逐渐增大，桩周土体逐渐重新固结，抗剪强度(ψ和C值)逐渐提高，必然使桩侧摩阻力和桩端阻力也随之提高，从而桩的承载力也逐渐提高了。

c.当桩的休止期超过28天后，做静载试验桩的承载力基本上可以达到极限值。

d.当桩极限承载力达到桩设计承载力特征值的2倍时，可以判定本工程桩的抗压承载力是合格的。■