李付超,馬　輝（濱州學(xué)院建筑工程系,山東　濱州256600）

靜壓樁壓樁力計(jì)算及長期承載力預(yù)測(cè)

李付超,馬輝
（濱州學(xué)院建筑工程系,山東濱州256600）

高層建筑的數(shù)量不斷增加，樁基的應(yīng)用也越來越廣泛。靜壓樁與其他樁型相比，有噪音少、污染小等優(yōu)勢(shì)，實(shí)際應(yīng)用較多。但是對(duì)于其理論研究卻遠(yuǎn)落后于其應(yīng)用。本文分析了靜壓樁的工作機(jī)理和長期承載力預(yù)測(cè)等。

靜壓樁；壓樁力；承載力時(shí)間

樁基礎(chǔ)在很多不同地質(zhì)條件和類型的工程中都得到了很好地應(yīng)用，高層建筑對(duì)工程質(zhì)量和基礎(chǔ)工程的質(zhì)量要求較高，樁基礎(chǔ)具有承載力高、沉降量小等優(yōu)勢(shì)，受到很多高層建筑設(shè)計(jì)師的青睞。在實(shí)際運(yùn)用中，靜壓樁無振動(dòng)和噪音、沖擊力小、具有很高的施工效率其額成本較低等，這些優(yōu)勢(shì)是其他樁型不可比擬的。目前，國內(nèi)外對(duì)靜壓樁都有一定的研究，并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，分析壓樁力的計(jì)算方法及時(shí)間承載力等。

1　靜壓樁沉樁機(jī)理分析和沉樁阻力計(jì)算

觸探試驗(yàn)，是常見的土體特性及原位測(cè)試的主要方法，其操作便捷、快速，可進(jìn)行連續(xù)性作業(yè)，其測(cè)試模式和靜壓樁沉樁模式有很多相似之處。

1.1靜壓樁沉樁原理分析

預(yù)制樁在灌入土層的過程中，會(huì)引起周樁的擠壓運(yùn)動(dòng)，對(duì)土層產(chǎn)生破壞，孔隙在擠壓作用下，產(chǎn)生不均衡的水頭，并隨之產(chǎn)生水壓力，對(duì)土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生抗動(dòng)作用，在連續(xù)作業(yè)下產(chǎn)生力的傳遞，最終使土體形成塑性，能讓樁身貫入其中。沉樁步驟結(jié)束后，隨著時(shí)間的變化，樁周土層中的壓力逐漸減小消散，土體再逐漸固化，其強(qiáng)度和摩擦力也漸漸恢復(fù)，從而使其承載力大大提升。

在靜壓樁沉樁的過程中，主要是對(duì)地基的擾動(dòng)和重塑，引起土層阻力和抗壓能力的變化，但是這種阻力不是靜態(tài)的，而是處理動(dòng)態(tài)變化之中。在不同的土質(zhì)土層中，該種阻力也會(huì)存在很大的差異。

1.2沉樁阻力和相關(guān)的計(jì)算模擬

在具體的工程建設(shè)中，需要對(duì)沉樁阻力進(jìn)行預(yù)測(cè)和計(jì)算，通過數(shù)據(jù)值來選擇合適的壓樁機(jī)械，阻力計(jì)算值對(duì)整個(gè)工程都有重要意義。數(shù)值過小則不能達(dá)到工程建設(shè)的要求，造成設(shè)計(jì)方案的變換，影響建設(shè)成本；數(shù)值預(yù)算過大，則對(duì)土體及其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的重力和壓力，帶來施工安全隱患等。

沉樁阻力一般要考慮樁側(cè)的阻力及極端阻力兩方面的數(shù)值問題，這兩者都反映了地層變化及其特征對(duì)工程施工的影響。

1.3樁側(cè)阻力計(jì)算

樁側(cè)摩擦力和治理是沉樁阻力的重要影響部分，在樁基本身、土質(zhì)結(jié)構(gòu)、土壤摩擦等因素的作用下，樁側(cè)阻力的激勵(lì)相當(dāng)復(fù)雜。通常來講，樁側(cè)阻力在沉樁過程中最先發(fā)揮作用，并隨著樁身的不斷貫入，阻力的大小也隨之改變，達(dá)到某一程度時(shí)，樁基側(cè)身的阻力增長幅度逐漸減少甚至阻力自身也減小，即發(fā)生“側(cè)阻力退化”。

1.4靜壓樁的壓樁力

靜壓樁的壓樁力即在穿透土層的過程中，樁端所受阻力大小的分析。該數(shù)值隨著深度的加深也在不斷變化，并呈現(xiàn)浮動(dòng)變化的局面。在具體工程建設(shè)中，其數(shù)值與理論計(jì)算數(shù)值會(huì)存在一定的誤差，但是這種誤差如果在合理的范圍內(nèi)，最工程建設(shè)并沒有太多影響。壓樁力（PC）與樁端阻力（RSC）、側(cè)樁摩擦力（FMC）之間的關(guān)系及理論計(jì)算關(guān)系為：

PC=RSC+FMC

在壓樁的壓力大小和機(jī)械的選擇上，對(duì)各種環(huán)境等都要做好認(rèn)真的分析和考慮，將土性指標(biāo)、試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)值等進(jìn)行綜合分析判斷，最終選用合理的標(biāo)準(zhǔn)。為對(duì)壓樁力的組成及不同土質(zhì)特點(diǎn)對(duì)阻力的影響，可通過下圖1對(duì)不同土層的沉樁情況進(jìn)行分析。

2　靜壓樁承載力分析

在滲透力較弱的粘性土層中，壓樁過程會(huì)因各種內(nèi)外因素出現(xiàn)停頓或者故障，在第二次重復(fù)作業(yè)時(shí)其壓力和所受到的阻力要比初次作業(yè)的數(shù)值增加幾倍，在工程建設(shè)中稱之為“時(shí)間效應(yīng)”。在沉樁過程和工程完成后，其承載力都會(huì)不斷發(fā)生變化，并且隨著時(shí)間的不斷推移，其承載力也會(huì)不斷增大。在半年甚至是一年后，才會(huì)趨于一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值，即承載力的“時(shí)間效應(yīng)”。其時(shí)間效應(yīng)會(huì)收到多種因素的影響，如樁身面積大小、材料的選擇、地質(zhì)土層條件、機(jī)械之間的作用摩擦等，這些或多或少都會(huì)在一定程度上影響到承載力及其時(shí)間效應(yīng)。

精裝承載力時(shí)間效應(yīng)的確定和計(jì)算，可以通過具體的施工特點(diǎn)，定期或者不定期對(duì)樁基實(shí)行復(fù)壓，并對(duì)最大壓力值進(jìn)行記錄和分析，將該數(shù)值作為極限承載力。最終在多次的試驗(yàn)中畫出一定的關(guān)系曲線，找到其變化的相關(guān)規(guī)律。

2.1樁基承載力的計(jì)算方法

目前，在工程中對(duì)承載力的計(jì)算，主要采用的是公式法，有時(shí)也會(huì)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，借助一定的理論公式，對(duì)最終數(shù)值進(jìn)行推算。

在多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)中，歸納出了在一定地質(zhì)條件下承載力的規(guī)律，主要是函數(shù)法，用雙曲線的形式對(duì)承載力的大小進(jìn)行預(yù)測(cè)，具有較高的實(shí)踐意義。具體公式為：

Put=（a?ln（t）+b）?Puo+Puo

當(dāng)然，在不同的地區(qū)和不同工程建設(shè)中，其理論公式也存在很大的差別，相關(guān)的理論公式只能對(duì)工程建設(shè)提供一定的參考依據(jù)，具體的計(jì)算還需要結(jié)合工程本身、土層構(gòu)造、機(jī)械條件等進(jìn)行綜合衡量。

2.2靜壓樁承載力時(shí)間效應(yīng)的影響因素

從受力部分分析，樁基承載力的時(shí)間效應(yīng)主要表現(xiàn)為樁基側(cè)壓力隨時(shí)間的變化而變化明顯，樁基端部的壓力變化則隨時(shí)間的變化而變化不明顯。因此，我們常說的承載力時(shí)效特性主要是指樁基的側(cè)阻力時(shí)效特性。

靜壓樁基承載力的時(shí)間效應(yīng)影響因素很多，和土層的類別及性質(zhì)息息相關(guān)，但一般來講，主要有以下三個(gè)方面的因素。首先，會(huì)受到超空隙水壓力及其消散的影響。其壓力的消散，引起土層有效應(yīng)力的不斷加大，從而使得樁基本身的承載力隨之增多，同時(shí)，還會(huì)對(duì)周圍的土層結(jié)構(gòu)帶來影響，引起土層側(cè)面結(jié)構(gòu)收縮，使得側(cè)樁面的壓力加大，對(duì)樁身承載力的影響不斷減少最終至停止；其次，機(jī)械與土層的接觸。土層在與機(jī)械接觸后，其結(jié)構(gòu)和作用力都會(huì)隨著改變，機(jī)械的擾動(dòng)作用對(duì)其內(nèi)聚力和恢復(fù)工作帶來影響，這個(gè)變化也會(huì)隨著時(shí)間的推移慢慢減少至消失；最后，土殼效應(yīng)的影響。在工程施工中，土層的變化要比正常情況下變化劇烈，沉樁過程中會(huì)出現(xiàn)位移等操作，對(duì)其結(jié)構(gòu)的破壞性極大，土壤本身也會(huì)發(fā)生細(xì)微的變化，使得承載力等也會(huì)產(chǎn)生變化。

以濱州地區(qū)常見的粘性土和砂性土為例分析。在粘性土中，靜壓樁基在沉樁過程中，樁邊粘性土?xí)蛲鈹D出，形成一定厚度的重塑區(qū)，并產(chǎn)生超孔隙水壓力，樁基到位施工完畢，隨著時(shí)間的推移，超孔隙水壓力開始降低，樁基周圍重塑區(qū)的粘土開始重新固結(jié)，從而使粘土強(qiáng)度得到提高，并大幅度提高樁基承載力。在砂性土中，沉樁過程中，樁基附近的砂土出現(xiàn)較高的剪應(yīng)力。樁基到位施工完畢后，隨時(shí)間推移，剪應(yīng)力被釋放，但樁基本身限制了砂土的剪應(yīng)力釋放，從而導(dǎo)致水平有效應(yīng)力增加，提高了樁基承載力。因此，在上述兩種性質(zhì)的土層中，樁基承載力都會(huì)隨時(shí)間增加而增大。

時(shí)效性下靜壓樁基承載力的估算，對(duì)于工程設(shè)計(jì)施工具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。作者在工程具體施工中，采用調(diào)節(jié)系數(shù)法進(jìn)行承載力在時(shí)間效應(yīng)下的數(shù)值估算。通過對(duì)十棵靜壓樁基的28天側(cè)壓力的實(shí)測(cè)及理論估計(jì)對(duì)比，得出：在粘性土中，綜合修正系數(shù)為0.7～0.8，砂性土中為0.9～1.0。

3　結(jié)語

綜上所述，在高層建筑工程建設(shè)施工中，靜壓樁在工程施工中的應(yīng)用也較多，其便捷、無噪音、污染小等優(yōu)勢(shì)較突出。發(fā)展中要對(duì)其壓樁力及承載力的計(jì)算有著重要作用，要加大對(duì)其理論研究，做好準(zhǔn)確的預(yù)算。

[1]白曉宇,張明義,寇海磊等.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的靜壓樁承載力時(shí)間效應(yīng)預(yù)測(cè)[J].工程勘察,2014,04(22):07-11.

[2]王曉偉,徐強(qiáng),潘學(xué)富.靜壓樁的壓樁力與承載力關(guān)系分析[J].價(jià)值工程,2013,13(09):129-130.

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[4]孟黎.引孔靜壓樁承載力特性研究[D].河北大學(xué),2014.

項(xiàng)目編號(hào)201310449102指導(dǎo)老師：左登華 馬輝