锤击和静压管桩在某工程中应用效果分析

姜规模，吴群昌，韦显呈

(西安市勘察测绘院，陕西西安 710054)

1 引言

预应力高强度混凝土管桩(PHC管桩)因具有单桩竖向抗压承载力高、耐打性好、质量可靠、长度易调整、施工速度快、对工程地质条件适应性强和造价低等优点在西安地区得到广泛应用。管桩沉桩方法主要有锤击法和静压法两种。本文结合工程实例对锤击和静压管桩应用效果进行分析。对今后类似工程的应用提供经验。

2 工程实例

2.1 工程概况

该项目位于西安北郊施家庄东侧，常青二路南侧。该项目由多栋高层建筑组成，建筑层数为地上30层～34层，地下2层。本工程采用预应力高强度混凝土管桩(PHC)，受场地岩土工程条件和环境条件的限制，成桩方式前期为锤击法，后期为静压法。设计有效桩长 11.00 m～13.00 m，桩径 Φ500 mm，桩端持力层为中砂。

2.2 场地岩土工程条件

根据岩土工程勘察报告，场地地貌单元属于渭河二级阶地。场地属自重湿陷性黄土场地，设计拟建建筑物基础面以上的湿陷性土层全部挖除，故按非湿陷性地基进行设计。勘察期间，场地地下水稳定水位埋深 18.0 m～18.30 m，属潜水类型。场地地下潜水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中钢筋均具弱腐蚀性。地基土对混凝土结构及钢筋混凝土结构中钢筋均具弱腐蚀性。

桩长范围内的地层结构、岩性描述及地基土的主要工程性能指标如表1所示:

桩长范围内地层结构及地基土物理力学性质指标统计 表1

2.3 施工概况

该工程根据场地岩土工程条件和施工环境条件，管桩施工分别采用锤击法和静压法沉桩。

锤击法施工采用6.5 t柴油锤锤击沉桩，贯入度为最后每10击 3 cm。

静压法采用680 t液压压桩机压桩，压桩终压力为4 800 kN。

2.4 单桩静载试验结果

为了验证管桩方案的可行性，确定设计和施工参数，为工程桩设计提供依据，在初步设计的基础上，进行了12根锤击法和6根静压法管桩单桩静载荷试验。布置了9根锤击法和3根静压法管桩单桩静载荷试验，以检测工程桩承载力和应用效果，单桩载荷试验结果如表2、图1、图2所示。

从表2，图1、图2可以看出，在试桩条件下，锤击法12根管桩的单桩竖向抗压极限承载力为4 800 kN。静压法6根管桩单桩竖向抗压极限承载力为 3 800 kN。在检测阶段锤击法9根管桩的单桩竖向抗压极限承载力为 4 800 kN。静压法3根管桩单桩竖向抗压极限承载力为 3 800 kN。锤击法比静压法单桩极限承载力均高出 1 000 kN。

管桩试验资料表2

图1 锤击法管桩静载试验曲线图

图2 静压法管桩静载试验曲线图

3 应用效果分析

从上述工程实例分析中可以看出，在建设场地岩土工程条件和管桩设计参数相同的条件下，施工方法不同，管桩的单桩竖向抗压极限承载力差异较大。经分析主要是锤击法和静压法在沉桩机理、对地基土体破坏程度和对承载力初判方法不同。

3.1 沉桩机理不同

静压法施工是采用静力压桩机将管桩用静力压入土层。锤击法施工是采用锤击打桩机将管桩打入土层。显而易见，沉桩的方式一个为静力抱压式，一个为冲击打入式。

3.2 土体破坏程度不同

静压法施工时，管桩在静压力作用下进入土层时，桩周土体会发生挤压变形，土的原始结构遭到破坏，土的抗剪强度降低，因而桩身容易下沉;桩进入砂性土时会产生挤压和剪胀性，从而提高了桩贯入阻力。锤击桩沉桩时，土体在桩身的冲击力和震动的作用下，粘性土产生压缩变形，砂性土在震动的作用下产生液化，抗剪力降低。锤击法施工在冲击力和震动作用下对土体作用面较大。静压施工土体的破坏不存在震动作用，破坏作用仅在桩土界面，影响范围小。

3.3 对承载力初判方法不同

静压桩施工时，静压法能直观地看到压桩的压力，往往采用入土的有效桩长和终压值进行控制停止压桩和判定承载力。锤击桩施工时，一般采用入土的有效桩长和最后贯入度作为参考确定停止锤击和判定承载力。

3.4 施工方法对承载力的影响分析

锤击力属冲击动力，在强力冲击下具有较强的穿透能力，柴油锤施打管桩由于采用的是冲击载荷，管桩能穿透较厚的砂层，对入土深度或持力层有要求的工程施工有更大的保证;在砂性土中，由于受震动液化的影响，锤击桩施工过程中的桩身的摩阻力比静压桩会明显减少，锤击沉桩桩端进入砂层持力层的深度更深一些。因而锤击沉桩的管桩承载力较高。

静压管桩施工中采用的液压压桩机，因为机械性能受设计条件的限制，当压桩力达到终压力后的很短时间，压桩机会立即自动卸载，终压值不能稳定在规定的时间，桩不易进入中密以上的砂土持力层，因而压桩的终压力实际上反映的是土体对桩的短时间的抗力。同时，由于端承桩较短，压桩机卸载后砂土会产生应力释放，这些都是静压管桩承载力较低的影响因数。

因此在上述相同地层及桩型条件下，锤击沉桩的管桩承载力高于静压沉桩的管桩，是因为锤击沉桩对地基土的扰动程度大、范围大、对土体产生很大的震动作用，桩端进入砂层持力层的深度大。静压成桩，土体的破坏不存在震动作用，破坏作用仅在桩土界面，桩端进入砂层持力层的深度小。因此在砂性土较厚工程及以标高控制的管桩，往往采用锤击方法对施工更有利，其单桩竖向抗压极限承载力明显高于静压管桩。在环境条件允许的情况下，在以砂层为持力层的端承桩工程，选用锤击法施工更为合理。

4 结论

通过对锤击和静压管桩工程实例分析可以看出，在建设场地岩土工程条件和桩型相同的条件下，锤击沉桩的管桩承载力明显高于静压法沉桩的管桩。在砂性土较厚工程及以标高控制的管桩，采用锤击方法对施工更有利。因此在环境条件允许的情况下，在以砂层为持力层的端承管桩工程，选用锤击法施工更为合理。

［1］JGJ106－2003 J256－2003.建筑基桩检测技术规范［S］.

［2］JGJ94－2008.建筑桩基技术规范［S］.

［3］孙文怀，魏厚峰，郝小红等.郑州地区静压管桩单桩极限承载力与终压力关系［J］.水文地质工程地质，2009(4).

［4］杨国权，刘海波.锤击法与静压法施工预制桩单桩承载力差异分析［J］.探矿工程(岩土钻掘工程)，2009(3).

［5］杨雪冬，吴志鹏.预应力高强混凝土管桩应用初探［J］.四川建筑科学研究，2013(6).

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