静压桩压桩力计算及长期承载力预测

李付超,马　辉（滨州学院建筑工程系,山东　滨州256600）

静压桩压桩力计算及长期承载力预测

李付超,马辉
（滨州学院建筑工程系,山东滨州256600）

高层建筑的数量不断增加，桩基的应用也越来越广泛。静压桩与其他桩型相比，有噪音少、污染小等优势，实际应用较多。但是对于其理论研究却远落后于其应用。本文分析了静压桩的工作机理和长期承载力预测等。

静压桩；压桩力；承载力时间

桩基础在很多不同地质条件和类型的工程中都得到了很好地应用，高层建筑对工程质量和基础工程的质量要求较高，桩基础具有承载力高、沉降量小等优势，受到很多高层建筑设计师的青睐。在实际运用中，静压桩无振动和噪音、冲击力小、具有很高的施工效率其额成本较低等，这些优势是其他桩型不可比拟的。目前，国内外对静压桩都有一定的研究，并对其进行了相关试验，分析压桩力的计算方法及时间承载力等。

1　静压桩沉桩机理分析和沉桩阻力计算

触探试验，是常见的土体特性及原位测试的主要方法，其操作便捷、快速，可进行连续性作业，其测试模式和静压桩沉桩模式有很多相似之处。

1.1静压桩沉桩原理分析

预制桩在灌入土层的过程中，会引起周桩的挤压运动，对土层产生破坏，孔隙在挤压作用下，产生不均衡的水头，并随之产生水压力，对土体结构产生抗动作用，在连续作业下产生力的传递，最终使土体形成塑性，能让桩身贯入其中。沉桩步骤结束后，随着时间的变化，桩周土层中的压力逐渐减小消散，土体再逐渐固化，其强度和摩擦力也渐渐恢复，从而使其承载力大大提升。

在静压桩沉桩的过程中，主要是对地基的扰动和重塑，引起土层阻力和抗压能力的变化，但是这种阻力不是静态的，而是处理动态变化之中。在不同的土质土层中，该种阻力也会存在很大的差异。

1.2沉桩阻力和相关的计算模拟

在具体的工程建设中，需要对沉桩阻力进行预测和计算，通过数据值来选择合适的压桩机械，阻力计算值对整个工程都有重要意义。数值过小则不能达到工程建设的要求，造成设计方案的变换，影响建设成本；数值预算过大，则对土体及其结构产生过大的重力和压力，带来施工安全隐患等。

沉桩阻力一般要考虑桩侧的阻力及极端阻力两方面的数值问题，这两者都反映了地层变化及其特征对工程施工的影响。

1.3桩侧阻力计算

桩侧摩擦力和治理是沉桩阻力的重要影响部分，在桩基本身、土质结构、土壤摩擦等因素的作用下，桩侧阻力的激励相当复杂。通常来讲，桩侧阻力在沉桩过程中最先发挥作用，并随着桩身的不断贯入，阻力的大小也随之改变，达到某一程度时，桩基侧身的阻力增长幅度逐渐减少甚至阻力自身也减小，即发生“侧阻力退化”。

1.4静压桩的压桩力

静压桩的压桩力即在穿透土层的过程中，桩端所受阻力大小的分析。该数值随着深度的加深也在不断变化，并呈现浮动变化的局面。在具体工程建设中，其数值与理论计算数值会存在一定的误差，但是这种误差如果在合理的范围内，最工程建设并没有太多影响。压桩力（PC）与桩端阻力（RSC）、侧桩摩擦力（FMC）之间的关系及理论计算关系为：

PC=RSC+FMC

在压桩的压力大小和机械的选择上，对各种环境等都要做好认真的分析和考虑，将土性指标、试验相关数据值等进行综合分析判断，最终选用合理的标准。为对压桩力的组成及不同土质特点对阻力的影响，可通过下图1对不同土层的沉桩情况进行分析。

2　静压桩承载力分析

在渗透力较弱的粘性土层中，压桩过程会因各种内外因素出现停顿或者故障，在第二次重复作业时其压力和所受到的阻力要比初次作业的数值增加几倍，在工程建设中称之为“时间效应”。在沉桩过程和工程完成后，其承载力都会不断发生变化，并且随着时间的不断推移，其承载力也会不断增大。在半年甚至是一年后，才会趋于一个稳定数值，即承载力的“时间效应”。其时间效应会收到多种因素的影响，如桩身面积大小、材料的选择、地质土层条件、机械之间的作用摩擦等，这些或多或少都会在一定程度上影响到承载力及其时间效应。

精装承载力时间效应的确定和计算，可以通过具体的施工特点，定期或者不定期对桩基实行复压，并对最大压力值进行记录和分析，将该数值作为极限承载力。最终在多次的试验中画出一定的关系曲线，找到其变化的相关规律。

2.1桩基承载力的计算方法

目前，在工程中对承载力的计算，主要采用的是公式法，有时也会运用网络，采用人工神经网络法等，借助一定的理论公式，对最终数值进行推算。

在多年的实践经验总结中，归纳出了在一定地质条件下承载力的规律，主要是函数法，用双曲线的形式对承载力的大小进行预测，具有较高的实践意义。具体公式为：

Put=（a•ln（t）+b）•Puo+Puo

当然，在不同的地区和不同工程建设中，其理论公式也存在很大的差别，相关的理论公式只能对工程建设提供一定的参考依据，具体的计算还需要结合工程本身、土层构造、机械条件等进行综合衡量。

2.2静压桩承载力时间效应的影响因素

从受力部分分析，桩基承载力的时间效应主要表现为桩基侧压力随时间的变化而变化明显，桩基端部的压力变化则随时间的变化而变化不明显。因此，我们常说的承载力时效特性主要是指桩基的侧阻力时效特性。

静压桩基承载力的时间效应影响因素很多，和土层的类别及性质息息相关，但一般来讲，主要有以下三个方面的因素。首先，会受到超空隙水压力及其消散的影响。其压力的消散，引起土层有效应力的不断加大，从而使得桩基本身的承载力随之增多，同时，还会对周围的土层结构带来影响，引起土层侧面结构收缩，使得侧桩面的压力加大，对桩身承载力的影响不断减少最终至停止；其次，机械与土层的接触。土层在与机械接触后，其结构和作用力都会随着改变，机械的扰动作用对其内聚力和恢复工作带来影响，这个变化也会随着时间的推移慢慢减少至消失；最后，土壳效应的影响。在工程施工中，土层的变化要比正常情况下变化剧烈，沉桩过程中会出现位移等操作，对其结构的破坏性极大，土壤本身也会发生细微的变化，使得承载力等也会产生变化。

以滨州地区常见的粘性土和砂性土为例分析。在粘性土中，静压桩基在沉桩过程中，桩边粘性土会向外挤出，形成一定厚度的重塑区，并产生超孔隙水压力，桩基到位施工完毕，随着时间的推移，超孔隙水压力开始降低，桩基周围重塑区的粘土开始重新固结，从而使粘土强度得到提高，并大幅度提高桩基承载力。在砂性土中，沉桩过程中，桩基附近的砂土出现较高的剪应力。桩基到位施工完毕后，随时间推移，剪应力被释放，但桩基本身限制了砂土的剪应力释放，从而导致水平有效应力增加，提高了桩基承载力。因此，在上述两种性质的土层中，桩基承载力都会随时间增加而增大。

时效性下静压桩基承载力的估算，对于工程设计施工具有很强的现实意义。作者在工程具体施工中，采用调节系数法进行承载力在时间效应下的数值估算。通过对十棵静压桩基的28天侧压力的实测及理论估计对比，得出：在粘性土中，综合修正系数为0.7～0.8，砂性土中为0.9～1.0。

3　结语

综上所述，在高层建筑工程建设施工中，静压桩在工程施工中的应用也较多，其便捷、无噪音、污染小等优势较突出。发展中要对其压桩力及承载力的计算有着重要作用，要加大对其理论研究，做好准确的预算。

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项目编号201310449102指导老师：左登华 马辉