靜壓樁終壓力與極限承載力的差異分析

陳銘輝

(上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 200232)

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

施工單位在施工54根樁時(shí)，對(duì)施工情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，當(dāng)將這54根樁壓入設(shè)計(jì)樁底-21.25m標(biāo)高時(shí)，靜壓樁的最終壓力值在820～984kN范圍，均未達(dá)到設(shè)計(jì)特征值的兩倍——樁的極限承載力 600kN×2=1200kN。

施工單位又兩次將樁長(zhǎng)分別加長(zhǎng)到28m和35m，靜壓樁的終壓力值分別為820kN和1066kN，仍未達(dá)到樁的極限承載力1200kN。

1.2 工程地質(zhì)條件

竹園污泥處理工程場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)分層及預(yù)制樁樁側(cè)fs值及樁端fp值參見(jiàn)表1。

2 樁的靜載荷試驗(yàn)情況

2.1 樁靜載試驗(yàn)方法、加載方式及終止條件

2012年4月，委托上海某公司，對(duì)該工程進(jìn)行基樁靜載荷試驗(yàn)。兩根樁的靜載試驗(yàn)情況介紹見(jiàn)表2。

表1 竹園污泥廠地層特征、土層物理力學(xué)性質(zhì)簡(jiǎn)述

表2 簡(jiǎn)要靜載試驗(yàn)情況記錄

靜載試驗(yàn)采用壓重平臺(tái)反力裝置，加載方式為慢速維持荷載法。終止加荷條件為試樁荷載達(dá)到單樁設(shè)計(jì)極限荷載。

2.2 515號(hào)樁和536號(hào)樁靜載試驗(yàn)匯總

2012年4月9日和14日，分別對(duì)515號(hào)樁和536號(hào)樁進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表3和表4。

表3 單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總(515號(hào)樁)

續(xù)表

表4 單樁豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果匯總(536號(hào)樁)

3 施工終壓力值與樁的極限承載力差異比較及原因分析

現(xiàn)將做靜載試驗(yàn)的兩根樁在施工時(shí)的終壓力值與靜載試驗(yàn)達(dá)到的樁極限承載力進(jìn)行比較，見(jiàn)表5。

表5 施工終壓力值與樁的極限承載力比較

從表5比較中可以看出兩個(gè)問(wèn)題:

測(cè)繪工程項(xiàng)目管理涉及到很多方面，以系統(tǒng)性特點(diǎn)為基礎(chǔ)，具有決策，控制，策劃等功能，屬于較全面的系統(tǒng)。因此，在施工過(guò)程中，將數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用到測(cè)繪工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理當(dāng)中，一方面可以提高整體工程項(xiàng)目的質(zhì)量，另一方面可以有效的節(jié)約項(xiàng)目工程的投入成本，進(jìn)而積極促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的良好發(fā)展。

a.采用靜力壓樁方式沉樁，將樁壓入到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高時(shí)終壓力值小于樁的極限承載力值(只占67.2%)。

b.壓入到樁底標(biāo)高的樁在休止一段時(shí)間后，采用同樣的靜力壓樁方式做靜載試驗(yàn)時(shí)，樁的承載力卻大大提高了，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出沉樁階段的終壓力值，從兩根試驗(yàn)樁看，極限承載力約為終壓力的1.5倍。

3.1 終壓力小于樁極限承載力的原因分析

在錘擊和靜壓兩種方式沉樁過(guò)程中，在樁周圍地面上有“水”沿樁周邊上“冒”，這種現(xiàn)象說(shuō)明在沉樁過(guò)程中，土中孔隙水有一部分被沉入土體中的樁擠壓，沿著樁周邊與土體間隙排泄出來(lái)，部分孔隙水沿“樁土界面”這個(gè)通道被擠壓排泄至地表，“潤(rùn)滑”了樁與土的摩擦，使樁在沉樁過(guò)程中樁側(cè)所受的摩擦阻力有所消減。

預(yù)制樁在沉樁過(guò)程中，樁側(cè)受到土體給予的摩阻力的作用，樁尖受到土體正面反力的作用，而樁側(cè)摩阻力因受擠壓而排出的孔隙水沿樁土界面向上排泄的潤(rùn)滑作用而有所消減，從而樁在飽和土體中沉樁過(guò)程總比在非飽和土體中，沉樁所受的總阻力要小，因此，在飽和軟土地基中沉設(shè)預(yù)制樁的終壓力值總是比樁的極限承載力值小。

3.2 沉樁休止期28天后承載力提高的原因分析

按規(guī)范規(guī)定，本項(xiàng)工程在沉樁28天后進(jìn)行樁靜載荷試驗(yàn)，并測(cè)出樁的極限承載力。

在沉樁過(guò)程中，樁沉入土體中，占據(jù)一定空間，土體必然要被壓縮一定空間，飽和土體是由土顆粒和土顆粒之間的孔隙水組成的(非飽和土中則是三相體——土顆粒、水和空氣)。

當(dāng)樁沉入土中，土體受到擠壓，飽和土體中的土顆粒不可能被壓縮，只能是液態(tài)的可流動(dòng)的孔隙水會(huì)被壓縮。

從理論上分析飽和土體在受到阻力作用時(shí)，會(huì)在土體中產(chǎn)生總應(yīng)力(σ)，總應(yīng)力σ一部分由孔隙水承擔(dān)，稱為孔隙水壓力(μ)，另一部分由土體骨架承受，稱為有效應(yīng)力(σ')，因此σ=μ+σ'。土體的強(qiáng)度變化和變形只決定于有效應(yīng)力變化，與土體內(nèi)的孔隙水壓力無(wú)直接關(guān)系，但有間接關(guān)系。

當(dāng)樁沉入土體內(nèi)擠壓土體時(shí)，土體所受到的總應(yīng)力σ?guī)缀跞煽紫端惺?。原?lái)位于土體顆粒間的靜止孔隙水壓力會(huì)突然增高，稱之為超孔隙水壓力。此時(shí)σ=μ，而有效應(yīng)力σ'=0。

在沉樁過(guò)程中，有小部分位于樁周圍的孔隙水，受樁擠壓產(chǎn)生超孔隙水壓力沿著水平方向涌入樁土界面這個(gè)通道排泄，而其他大部分孔隙水由于飽和軟黏土的滲透系數(shù)很小而無(wú)法及時(shí)排泄，形成超孔隙水壓力擠壓著周邊的土體——這就是沉樁擠土影響周邊環(huán)境的土力學(xué)基理。

隨著時(shí)間的推移，樁周邊孔隙水大部分向上向周邊慢慢遷離排泄，超孔隙水壓力才會(huì)慢慢消散，這時(shí)土體內(nèi)的有效應(yīng)力逐漸增大，使得土體顆粒逐漸相互靠近，土體開始慢慢固結(jié)，強(qiáng)度逐漸提高了——這就是土體固結(jié)理論的基本概念。

樁在沉入土體中休止一段時(shí)間后土體開始重新固結(jié)，土體強(qiáng)度(內(nèi)摩擦角φ和黏聚力C)逐漸提高，必然使樁側(cè)摩阻力和樁端阻力也隨之提高，從而樁的承載力也逐漸提高，說(shuō)明沉樁休止28天后其承載力基本上可以達(dá)到樁的極限承載力。

4 結(jié)語(yǔ)

人們一般認(rèn)為，靜力壓樁將樁壓到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高，這時(shí)候的最終壓力就是樁能承受的最大承載力——即樁的極限承載力。上面的靜載試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，人們的這種看法普遍存在錯(cuò)誤。

a.在飽和軟土地基中，沉樁時(shí)土體受擠壓有一小部分孔隙水沿樁土界面冒泄至地面，消減了樁側(cè)摩阻力，致使靜壓樁終壓力不可能達(dá)到樁的極限承載力。

b.沉樁結(jié)束休止一段時(shí)間后，由于飽和土體超孔隙水壓力逐漸消散，土體有效應(yīng)力逐漸增大，樁周土體逐漸重新固結(jié)，抗剪強(qiáng)度(ψ和C值)逐漸提高，必然使樁側(cè)摩阻力和樁端阻力也隨之提高，從而樁的承載力也逐漸提高了。

c.當(dāng)樁的休止期超過(guò)28天后，做靜載試驗(yàn)樁的承載力基本上可以達(dá)到極限值。

d.當(dāng)樁極限承載力達(dá)到樁設(shè)計(jì)承載力特征值的2倍時(shí)，可以判定本工程樁的抗壓承載力是合格的?！?/p>