昆明地区静压桩承载力的探讨

张华明，李志江

(1.云南省地质矿产勘查开发局814队，云南 富民 650400；2.云南国土建设工程总公司，云南 昆明 650041)

静压桩单桩承载力高，施工质量可靠，施工速度快，效率高，基础部分成本相对较低[1-2]。昆明地区从1998年施工静压预制方桩，2002年施工静压预制管桩，至今，静压桩施工技术在昆明已是成熟工艺。设计单位和业主普遍采用，工艺比较流行，跟其他桩型相比已占据主导优势。但在实际施工中，设计、监理、甲方普遍认为：压桩力必须接近或达到设计极限承载力。

因此经常遇到以下问题：

(1)在压试桩时，因压桩力小于设计值，要求将桩超送，直到压桩力接近设计值时为止，这样就给测桩造成了困难，也增加了测桩费用。

(2)在工程桩施工时，因压桩力小于设计值，要求增加桩长或将桩超送，直到压桩力接近设计值时为止。结果大部分桩的实际桩顶标高远低于设计标高，这样就产生了接桩，给承台施工造成困难。增加桩长或将桩超送都给建设方增加了成本。

(3)昆明地区静压桩施工，发生了多起浮桩质量事故。2007年新南亚风情园发生浮桩[3]。2008年子君村经济适用房小区发生浮桩、桩位发生偏移。处理费用达80余万元。

为此，笔者总结了10余年静压桩的施工经验和体会，给出利用压桩力估算单桩竖向极限承载力的方法，供相关人员参考。

1 单桩竖向极限承载力预估实例

大理全民健身中心位于点苍山东麓洪积扇前沿与高原湖沼堆积地貌相交地带，由西向东呈缓坡状展布。地基土由洪积、湖积地层组成。场地西部主要由冲洪积而成的粘性土、粉土(夹粉砂)、角砾等组成，局部受原始地形影响，形成透镜体状淤泥质土、有机质土及高压缩性的粘性土。场区东部均为湖相沉积的淤泥、淤泥质土及高压缩性的饱和软粘土、粉土组成，连续厚度达50余米。场区中部为上述两种成因的地层交错组成，垂直和水平方向均很复杂。总之，整个地层软硬不均，差异变化大。地层概况见表1。

1.1 单桩竖向极限承载力预估

表1 大理全民健身中心地层概况Table 1 Geologic outline at Dali National Fitness Center

试桩结束后，应建设单位的委托，对3根试桩做承载力计算分析，结合实际压桩情况，根据笔者多年的施工经验，作土体恢复后单桩竖向极限承载力预估，见表2。

根据承载力预估结果，对工程桩设计的建议：(1)选择400 t(4000 kN)压桩机已能满足压桩要求;(2)应根据地层的分布规律合理确定桩长，单桩承载力不宜选择过高；(3)应选择较厚的层位作为持力层。

1.2 静载荷试桩检测结果

大理全民健身中心试桩静载荷试验检测[5]结果见表3。

表2 大理全民健身中心试桩单桩竖向极限承载力预估Table 2 Estimating maximum vertical bearing capacity of test single piles at Dali National Fitness Center

1.3 数据分析

(1)预估3根试桩的极限承载力基本接近静载荷试验压力值。

(2)6号、7号试桩的桩端持力层为角砾层，其压桩力远高于10号试桩的粉土层。

(3)3根试桩虽然单桩竖向极限承载力相同，但6号、7号试桩的沉降量比10号试桩低。

(4)10号试桩的压桩力与静载荷试验压力值差异较大，压力比为3.83。

表3 大理全民健身中心试桩静载荷试验检测结果Table 3 Static load test results of test piles at Dali National Fitness Center

2 实际工程中压桩力与单桩竖向极限承载力的关系

对南方公园、昆明三中呈贡新校、云南山灞远程基地、新南亚风情园等4个工程的压桩力与单桩竖向极限承载力的关系进行对比。各工程概况见表4。

表4 工程概况Table 4 Project outline

2.1 南方公园

南方公园地层情况见表5。

由于缺钻孔剖面图，用平均地层厚度计算单桩竖向极限承载力[4]，桩长26 m。

Quk=Qsk+Qpk

=u∑qsikLi+qpkAp

=1115+118=1233 kN

式中：Quk——单桩竖向极限承载力；Qsk——桩侧极限摩阻力总和；Qpk——桩端极限端阻力；u——桩身周长；qsik——桩侧第i层土极限侧阻力标准值；Li——桩侧第i层土的厚度；qpk——桩端第i层土极限端阻力标准值；Ap——桩端面积。

表5 南方公园地层概况Table 5 Geologic outline at South Park

单桩极限承载力取1200 kN，单桩承载力特征值取600 kN。工程桩静载荷试验检测结果见表6。

由表6可知，压力比为1.36～5.33。

2.2 昆明三中呈贡新校

昆明三中呈贡新校试桩静载荷试验检测结果见表7。

表6 南方公园工程桩静载荷试验检测结果Table 6 Static load test results of engineering piles at South Park

表7 昆三中呈贡新校试桩静载荷试验检测结果Table 7 Static load test results of test piles at Kunming No.3 Middle School Chenggong New Campus

由表7可知，压力比为1.28～2.93，正常压力比为1.30以上。

2.3 云南山灞远程基地

云南山灞远程基地地层情况见表8。

根据岩土勘察报告，选取12个勘察孔的地层剖面图，计算单桩竖向极限承载力，见表9。

表8 云南山灞远程基地地层概况 Table 8 Geologic outline at Yunnan Shanba Remote Base

表9 云南山灞远程基地计算单桩竖向极限承载力Table 9 Calculating maximum vertical bearing capacity ofthe single piles at Yunnan Shanba Remote Base

云南山灞远程基地试桩静载荷试验检测结果见表10。

数据分析如下：

(1)以上试桩符合土体恢复后，端阻力和摩阻力共同发挥作用这一规律。

(2)A-2号试桩，静载荷试验压力值是压桩力的10.41倍，其摩阻力已发挥到极致。除了D-2试桩压桩力略显偏高外，其余7根桩的承载力主要是桩周的摩阻力在起作用。说明在饱和软土地层，土体恢复后，桩的承载力增长较大，压力比高。

表10 云南山灞远程基地试桩静载荷试验检测结果Table 10 Static load test results of test piles at Yunnan Shanba Remote Base

(3)压力比为2.58～10.41。

(4)表9中，计算的平均桩端极限端阻力Qpk为485 kN，几乎与表10中A-1、B-1、B-2、B-3的压桩力480 kN相同。即说明在饱和软土地层，压桩力几乎就是桩的端阻力。

2.4 新南亚风情园 [3]

新南亚风情园地层情况见表11。

表11 新南亚风情园地层概况Table 11 Geologic outline at New South Asia Folk Garden

由于缺钻孔剖面图，用平均地层厚度计算单桩竖向极限承载力，桩长29 m。

Quk=Qsk+Qpk

=u∑qsikLi+qpkAp

=2419+255=2674 kN

单桩竖向极限承载力取2600 kN，单桩承载力特征值取1300 kN。

2.4.1 试桩静载荷试验检测结果

新南亚风情园基础设计为静压预制管桩，试桩静载荷试验检测结果见表12。

表12 新南亚风情园试桩静载荷试验检测结果Table 12 Static load test results of test piles at New South Asia Folk Garden

注：试桩顶平自然地面，宾馆有4根截桩。而工程桩是在-4 m左右的基坑内施工。

2.4.2 工程桩检测结果

2007年10月工程桩施工完毕，11月承台土方开挖，宾馆和公寓预先各抽取2根桩做静载荷试验，检测结果见表13。

表13 新南亚风情园工程桩静载荷试验检测结果Table 13 Static load test results of engineering piles at New South Asia Folk Garden

从以上数据判断：单桩极限承载力远远小于压桩力，也小于计算的单桩极限承载力2600 kN，已发生浮桩。

2.4.3 浮桩的主要原因和预防措施

在压桩时，地层中的孔隙水(土体)被挤压，形成孔隙水压力，产生一个向上的浮力，导致已施工的桩上浮，桩的端阻力丧失，摩阻力损失，单桩承载力显著降低[6-7]。

预防措施[8]：(1)施工砂袋井，释放孔隙水压力；(2)引孔取土，取出地层中部分土体，减小挤土效应；(3)控制施工速度，采取合理的施工顺序(打桩先深后浅，送桩先深后浅，打桩先中间后周边、先大桩后小桩、跳打)。

2.4.4 复压后检测结果

根据小应变检测和静载荷试验结果(见表14、15)，复压完全达到了预期效果。

表14 新南亚风情园复压后小应变检测结果Table 14 Small-strain test results after re-jacking at New South Asia Folk Garden

表15 新南亚风情园复压后静载荷试验检测结果Table 15 Static load test results after re-jacking at New South Asia Folk Garden

3 压桩力与单桩竖向极限承载力的关系分析

(1)压桩力是压桩终止瞬间所显示的荷载，是为克服桩端土层阻力和桩周土摩阻力所施加的作用在桩顶上的压力。而单桩极限承载力是指桩能抵抗上部结构长期荷载作用而处于稳定状态的能力，它取决于土对桩的支承阻力和桩身材料强度。

(2)压桩力和承载力的关系随不同地区的地层而变化，并无确定的比率。但对于不同地区的相似地层，还是有规律可循，可作参考和借鉴[9-10]。

在试桩阶段，处于饱和软土(粉土、粘土、粉质粘土等地层)的摩擦桩，对于预制桩来说，在压桩的瞬间，摩阻力已被克服，趋于最小，主要为端阻力，等于说当时压桩力基本上就是端阻力，一般压桩力较小。等到土体休止期过后，孔隙水压力消散，土体重新固结和内聚力的再恢复，即摩阻力恢复，桩的承载力增长较大，桩的承载力主要来自土体恢复后桩侧的摩阻力[11-13]。

由于收集的检测数据有限，要定量分析压桩力与承载力的关系，难度较大，只能限于局部。本文引入一个“压力比”的概念，即单桩极限承载力与压桩力的比值。在昆明地区，静压预制管桩：正常压力比在1.3～2之间；静压预制方桩：正常压力比在2.5～5之间。若压桩力大，则压力比取小值，压桩力小，则压力比取大值。在施工中，可以用压桩力乘以压力比，估算单桩竖向极限承载力，此估算值应大于或等于计算的单桩竖向极限承载力，可用于指导施工。

若桩端置于圆砾、砾砂、粉砂等砂性土地层，由于其极限端阻力标准值qpk比较大，所以压桩力比较高，有的接近甚至超过单桩竖向极限承载力。

(3)试桩施工时，挤土效应不明显，压桩力小，桩的承载力高。但工程桩施工时，已产生挤土效应，压桩力肯定要比试桩施工时增高。根据大量的工程实践，普遍出现试桩时承载力高，而工程桩压桩力高、承载力低的现象。在工程桩施工时，若未采取有效的减小挤土效应和超孔隙水压力释放的措施[14-15]，桩的承载力会普遍降低。

(4)压桩力与单桩极限承载力的关系是施工、监理、检测、设计等各方值得研究的问题。

在早期，设计文件规定：试桩的静载荷试验，不允许压至破坏。都普遍认为：当桩的沉降量>40 mm后，桩就破坏了，就是废桩，不能满足设计要求。这明显就是一个错误的概念。

实际上，若试桩做破坏性试验，经过15～25 d休止期[5]，当桩侧摩阻力恢复后，端阻力和摩阻力共同发挥作用，桩的承载力不受影响。

所以，现目前桩基设计文件允许试桩压至破坏。

(5)《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)[4]7.5.9第2条：“终压连续复压次数应根据桩长及地质条件等因素确定。对于入土深度≥8 m的桩，复压次数可为2～3次，对于入土深度<8 m的桩，复压次数可为3～5次。”第3条：“稳压压桩力不得小于终压力，稳压压桩的时间宜为5～10 s。”

但实际施工中，压桩终了大部分桩都是以标高控制，极少用压桩力控制。都不进行复压和稳压操作。所以7.5.9的第2、3条值得商榷。

4 结语

在桩基设计和施工中，如果掌握了单桩极限承载力的计算方法和在饱和土地层中压桩力和单桩极限承载力的关系，就可以根据压桩力估算单桩极限承载力。在不增加桩长的前提下，充分发挥桩在土体恢复后承载力的增长潜力，让桩的承载力最大限度的发挥出来。使桩基设计、施工更趋于科学合理，减少桩数，降低成本，对于指导施工、减少投资具有重要的意义。