淺談樁基礎在地基處理中的應用

任廣仕

內容摘要

樁是一種人為在地基中設置的柱形構件，單根或數根樁與連接樁頂的承臺一起構成樁基礎，其作用是將上部結構的荷重通過上部軟弱土層和易壓縮性土層傳給深層強度高、壓縮性低的土層，利用樁端阻力和樁側阻力承擔荷載。

關鍵詞：預應力混凝土管樁；靜壓樁；偏位；擠土效應；低應變法；

引 言

靜壓預制樁是借助專用設備的自重和配重或結構物做反力，通過靜壓機械作用作用于預制好的樁頂或樁身上，對其施加持續的壓力，將樁體壓入地基中形成樁。

靜壓預制樁包括鋼筋混凝土方樁和預應力鋼筋混凝土管樁，適用于持力層起伏變化不大的強風化層、風化殘積土、砂層及中低壓縮性粘土層，且樁身穿卻穿越層中存在孤石等障礙物，以及從軟塑層突變到堅硬巖層地區不適用。

因靜壓預制樁施工無噪音.無振動.對環境無污染，近年來得到較快發展，施工機械亦京都代發展，最大壓樁力已經可高達6000-8000kN，單樁可施壓300-500mm級直徑為300-800mm的管樁， 適用于多.高層建筑物。本文就管樁在設計、施工、質量檢測和問題處理作初步歸納，呈與同行交流。

1 預制混凝土管樁成樁機理

靜壓預制管樁在靜壓力作用下沉人地基土中，樁側表面與樁周土體之間產生滑動摩擦，這種滑動摩擦作用非常小，而且在同一土層變化不大，與樁阻力是隨樁端處土體的軟硬程度即樁端處土體的抗沖剪阻力的大小而波動，沉樁過程穿越的土層一般是軟弱松散的，含水量高，孔隙比大叫較大，當靜壓樁垂直受力下沉時，樁尖直接使土體產生沖剪破壞，樁周土，同時樁周土也產生擠壓破壞，孔隙水受此影響，形成不均勻水頭，產生了超孔隙水壓力，擾動了樁周土結構，使樁周一定范圍內的土體抗剪強度降低，粘性土發生了稠化，粉粉土與于砂土發生了軟化。壓樁終止后隨著時間的推移，超孔隙水壓力會逐漸消散，樁周土固結，圖的抗剪強度逐漸恢復，甚至會超過土體的原始強度，樁周土恢復后，原來沉樁式的滑動摩擦變成靜摩擦，這種靜摩擦作用和樁端端阻力就構成了工程中所需要的樁承載力。

2 預制樁的承載力特征

根據上述對靜壓預制樁成樁機理的概述，靜壓預制樁屬于摩擦端成樁或端承摩擦樁。對于極限承載力，不管樁端持力層是粘性土、粉土層、砂土層還是強風化巖，在壓樁終止時，樁端土層所提供的承載力約占成樁時中終壓力的40%-60%，余的要靠樁周土體抗剪強度來提高的恢復來補充。

由于影響靜壓預制管樁成樁終壓力與單樁豎向極限承載力相互關系相當復雜，一般情況下如果樁較長，且樁周土體摩擦力的恢復值較大；一般情況如果樁較短，且樁周土體摩擦力的恢復值較小。

3 工程實例

3.1工程地質及水文地質條件

根據《巖土工程勘察報告》場地地層層序如下：

第（1）層：雜填土，層厚3.80～8.00米，層頂埋深0.00～0.00米，層底標高12.16～16.30米?；?、灰黃色，松散，稍濕，含較多碎磚.碎瓦.石頭等建筑垃圾。該層主要為新近填土

第（2）層：粉質粘土（Q4al），層厚0.50～1.80米，層頂埋深3.80～5.50米，層底標高14.00～14.74米。黃褐色，可塑，濕，干強度中等，中等壓縮性，中等韌性，稍有光澤。該層地基土承載力特征值fak=180kpa

第（3）層：粉砂混粉土（Q4al），層厚0.90～2.20米，層頂埋深5.50～6.50米，層底標高12.30～12.94米。棕黃色，稍密～中密，混粉土，干強度低，中等壓縮性，低韌性，搖振反應中等。該層地基土承載力特征值fak=180kpa

第（4）層：粉質粘土與粉土互層（Q3al），層厚11.50～12.40米，層頂埋深7.30～8.00米，層底標高0.28～0.66米。淺棕紅色，可塑，濕，互層粉土，局部夾粉土.粉砂，呈中密狀態。干強度中等，中等壓縮性，稍有光澤，含少量蚌殼碎片及氧化鐵。該層地基土承載力特征值fak=200kpa

5 預制混凝土管樁施工控制

5.1 浮樁的控制

預制混凝土管樁屬于擠土樁，在沉樁過程中樁周部分土體能夠進入光管樁內部，實測資料表明，一般粘性土中施工管樁土塞能夠達到樁長的三分之一，即產生土塞效應，樁體排擠開的土體不可能全部進入管樁腔內或被壓縮，擠土作用也是非常明顯的。由于擠土效應必然會造成表層土體的上浮，對于長樁（一般超過20m）樁端下部能夠進入硬土層較深，發揮嵌固作用，樁體的上浮不明顯；對于短樁或持力層為粘性土的管樁，由于樁端下部不能夠進入硬土層，樁體隨著淺層土體的上浮而上浮，工程實例表明短樁比長樁更容易發生樁體上浮事故。由于樁體上浮必然會造成試樁過程中沉降加大、承載力降低。有效處理方法是采用復壓或復打，經過靜載荷試驗檢驗，浮樁經復壓或復打后單樁承載力能滿足要求。

5.2樁體的偏位

預應力混凝土管樁應嚴格控制樁的偏位，如樁位偏位超過規范規定極限值，設計變更加大承臺，有以下原因，樁過密產生擠土效應將后施工樁擠偏位，應采取復打測樁位偏差；樁機的下陷，場地土較軟，未經處理樁機行走過程限機，一般對場地土進行碾壓，其厚度大于50cm；基坑開挖；水平位移過大，如基坑開挖采取放坡，將產生較大水平位移，土體的位移會造成基坑內樁的位移。

6 預制混凝土管樁質量檢測

6.1 承載力檢測

對預制混凝土管樁的承載力檢測，常用檢測方法有靜載荷試驗和高應變法。這兩種方法都用于承載力檢測，其中靜載荷試驗最為直觀，結果可靠，高應變法的結果應建立在一定數量同一場地，相同條件下積累一定靜載荷試驗結果對比的基礎上，可用于工程樁驗收性檢測或錘擊樁施工時的打樁監控。本工程荷載最大加載量為設計打樁承載力特征值（300kN）的2倍（600kN），根據3根試驗樁的Q-S關系線特征分析：試樁Q-S關系曲線均系屬“緩變型”，無陡降段，說明樁-土體系基本上處于彈塑性工作狀態；試樁S-lgt關系曲線在各級荷載作用下，曲線呈直線變化，曲線間距逐漸加大，S-lgt關系曲線尾部均未出現明顯下彎曲現象，說明樁-土體系基本上處于彈塑性工作狀態，未達到塑性破壞極限工作狀態。這說明三根樁艱險承載力均大于600 kN。

6.2低應變完整性檢測

低應變法主要用來檢測樁的完整性，其原理及原則是：在樁身頂部進行豎向激振，樁的質點受迫而振動并產生沿樁身向下傳播的應力波，當波到達樁的末端就向上反射；在樁身某處存在廣義波阻抗（該處樁截面積、混凝土密度、縱波在該處傳播的波速三者的乘積）有變化，也會產生波的反射并與入射波疊加。這些包含有樁身質量信息的反射信號被安置在樁頂上的靈敏度傳感器所接受，儀器把傳感器模擬信號放大后通過高速A/D轉換器轉換成數字信號存儲在計算機里。通過對反射波的波形.振幅.頻譜和相位的綜合分析，從而判斷被檢測的樁身結構的完整性，對樁身存在缺陷的部位和相對程度作出判斷。

依據《建筑基樁檢測技術規范》，樁身完整性可分為四類。

類別 分類原則

Ⅰ 樁身完整

Ⅱ 樁身有輕微缺陷，不影響樁身結構承載力的發揮

Ⅲ 樁身有明顯缺陷，對樁身結構承載力有影響

Ⅳ 樁身存在嚴重缺陷，必須進行工程處理

根據低應變法測試樁128根樁，結果顯示Ⅰ類樁125根，Ⅱ類根樁3根。Ⅱ類不影響樁身結構承載力的正常發揮。

結論

通過本文的討論，可得出以下幾點結論

① 在確定終壓力，應進行試樁，通過靜載荷確定有效樁長、終壓力。

② 對樁端持力層為非硬土層的短樁，施工中易產生浮樁與偏位，有效預防處理措施：施工中經常復測樁位及對浮起樁進行復壓。

③ 管樁承載力檢測應首選靜載法，高應變法用于錘擊樁打樁監控或工程樁檢測，低應變應用在管樁完整性檢測時尚存在一定局限。

④ 管樁樁型具有施工速度快、單樁承載力高、成樁機質量可靠.涉及范圍廣.單位承載力造價低.穿透力較強。

參考文獻

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