蔣隆建

(福州市規(guī)劃勘測設(shè)計研究總院，福建 福州 350003)

0 前 言

靜壓法施工無噪聲、無振動、無污染，適合于市區(qū)及對環(huán)保要求較高的地區(qū)使用，工藝成熟。設(shè)計單位通常會要求采用壓樁力作為靜壓管樁的終樁控制標(biāo)準(zhǔn)，但在實際施工中，經(jīng)常有施工、監(jiān)理或甲方單位提出：壓樁力必須達(dá)到單樁設(shè)計極限承載力方可終樁，在試樁時打入設(shè)計樁長后，往往因壓樁力達(dá)不到單樁設(shè)計極限承載力設(shè)計值，要求繼續(xù)增加樁長，直到壓樁力達(dá)到設(shè)計值，造成實際樁長較設(shè)計樁長增加較多，增加了工程投資，也給參建各方帶來較大的壓力。

實際上，靜壓樁沉樁結(jié)束后，承載力隨時間的推移會發(fā)生改變，即承載力具有時效性[1-2]，特別是軟土地基中的樁承載力隨時間呈增長趨勢尤為明顯，因此，僅用終樁時的終壓力去推算單樁極限承載力過于保守，有必要對二者的關(guān)系進(jìn)行研究，提出合適的估算方法，以指導(dǎo)施工。部分學(xué)者考慮時間效應(yīng)根據(jù)壓樁力對單樁豎向承載力進(jìn)行了預(yù)測和試驗[3-4]，但這種關(guān)系具有很強(qiáng)的地域性，本文根據(jù)福州地區(qū)的工程案例探索適用于本地區(qū)的預(yù)測關(guān)系。

1 單樁承載力與終壓力的區(qū)別

沉樁完成后，樁的承載力并非一成不變，而是隨著時間推移逐漸增大的趨勢，增加比例隨著不同地區(qū)土層的不同而各異，稱為單樁承載力的時效性。靜壓管樁沉樁后，單樁承載力增長的原因如下[5-7]。

1)樁周土層的固結(jié)。靜壓管樁貫入施工過程中由于土中水無法及時排出，會產(chǎn)生很大的超孔隙水壓力，且在管樁表面形成水膜，減少了樁周土的側(cè)摩阻力，反映在壓樁力上即為壓樁力要小于相應(yīng)深度的計算單樁承載力；沉樁結(jié)束后，超孔隙水壓力逐漸消散，水膜消失，樁周土層重新固結(jié)，土的有效應(yīng)力增加，側(cè)摩阻力恢復(fù)，使得單樁承載力逐漸增加，最終收斂于計算的單樁承載力。

2)樁周土層的觸變恢復(fù)和硬殼效應(yīng)。靜壓管樁沉樁過程中，樁周土層的一小部分土體受到徑向擠壓和豎向剪切作用，緊靠樁身區(qū)域的土體變成完全塑性區(qū)，使得施工沉樁時阻力變小，但經(jīng)過一段休止期后，該部分土體的粘聚力和剪切強(qiáng)度逐漸得到恢復(fù)甚至超過土體原始抗剪強(qiáng)度，在樁身表面形成了一層3～20 mm厚的“硬殼”，當(dāng)樁承受豎向荷載發(fā)生向下位移趨勢時，該“硬殼”層會隨樁身一起產(chǎn)生位移趨勢，剪切面發(fā)生在該層之外，即發(fā)生在完全塑性區(qū)與部分?jǐn)_動區(qū)交界處，相當(dāng)于擴(kuò)大了樁徑，實際上增加了樁側(cè)摩阻面積，增加了樁的承載力。

通過對單樁承載力及終壓力概念的分析，二者在原理及應(yīng)用上存在著本質(zhì)差別，主要表現(xiàn)如下。

1)概念不同。單樁承載力是管樁施工完成且在休止期后，能夠保持正常使用所能承受的最大長期荷載作用；壓樁力是管樁施工過程中貫入土層所需要的“動態(tài)”靜壓力。

2)性質(zhì)不同。單樁承載力是土層穩(wěn)定后的樁側(cè)土摩阻力和樁端土承載力對樁所能提供的支承力；壓樁力是克服樁尖土層的抗沖剪阻力，是一種破壞土層的極限荷載。

3)數(shù)值大小不同。單樁承載力包括樁端土承載力和樁側(cè)土層的摩阻力，一般可以按照地區(qū)土質(zhì)的經(jīng)驗參數(shù)計算得到，對于長樁而言，樁側(cè)土摩阻力占主要部分；壓樁力包括樁端土層的阻力和樁側(cè)土層的滑動摩阻力，在連續(xù)壓樁的施工過程中，反映的主要是樁尖土層的阻力。

4)作用效果不同。壓樁力會使樁尖土體沖剪破壞擠壓樁管周圍土層，形成具有很高孔隙水壓力的擾動重塑區(qū)；單樁承載力要靠消散孔隙水壓力，使緊貼樁身的擾動重塑土產(chǎn)生再固結(jié)而逐漸恢復(fù)土體的抗剪強(qiáng)度才能最后形成。終壓力可以理解為壓樁結(jié)束時刻的單樁承載力。

2 工程案例

2.1 工程概況

擬建道路工程位于福建省福州市三江口片區(qū)，在K8+839下穿通道兩端各60 m范圍的過渡段路基擬采用靜壓管樁進(jìn)行軟基處理，場地土層的地質(zhì)資料見表1，整個場地地層分布較為均勻，路堤填方高度4～5 m，管樁外徑400 mm，壁厚95 mm，正方形布樁，樁間距2.5 m，設(shè)計樁長34 m，持力層為粉質(zhì)黏土⑦，按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》(JGJ94—2008)，樁端土塞效應(yīng)系數(shù)取0.8，計算得到單樁承載力特征值見表2。

表1 場地土層地質(zhì)資料

表2 單樁承載力特征值計算

2.2 試驗過程

2019年8月，現(xiàn)場對靜壓管樁進(jìn)行試樁，試樁點(diǎn)位取原勘察孔附近，保證地層變化情況可控，打至設(shè)計樁長時記錄壓樁力為終壓力，按設(shè)計樁長共試樁6根，經(jīng)7天的休止期后，采用靜載試驗對單樁承載力進(jìn)行檢測，結(jié)果如表3所示。

表3 單樁承載力靜載試驗結(jié)果

2.3 結(jié)果與分析

1)壓樁力是沉樁結(jié)束第零時刻的單樁承載力，在沉樁結(jié)束且經(jīng)過一段時間的休止期后，單樁承載力存在較大幅度的增長，根據(jù)本項目試樁的結(jié)果，7天后單樁承載力增長幅度大部分在152%～217%，個別樁達(dá)到314%，如果在施工中把終壓力當(dāng)成單樁承載力去理解的話，會認(rèn)為設(shè)計樁長達(dá)不到所要求的承載力，從而需要增加樁長，在實際工程項目中經(jīng)常碰到有甲方與施工單位提出類似的疑問和要求，這是對壓樁力與單樁承載力二者概念不清導(dǎo)致的。

2)壓樁力是一個與地層、含水量、樁長、施工工藝等多因素有關(guān)的動態(tài)變化參數(shù)，在不同場地甚至同一場地的不同位置均會出現(xiàn)較大的變化，需要通過試樁來了解本項目的特異性。由于此次收集的檢測數(shù)據(jù)數(shù)量較少，要定量分析壓樁力與單樁承載力的函數(shù)關(guān)系比較困難，從指導(dǎo)現(xiàn)場實際施工及設(shè)計的角度出發(fā)，可以采用UQ比作為大致把控的指標(biāo)，即

UQ比=終壓力U/單樁極限承載力Q

根據(jù)本次試樁及檢測的結(jié)果，本項目UQ比變化范圍為0.3～0.4，在實際大范圍施工中可以據(jù)此控制終壓力，按設(shè)計樁長施工到位后終壓力能夠30%～40%倍要求的單樁極限承載力，即可認(rèn)為休止期后檢測單樁極限承載力能夠滿足設(shè)計要求。

3)從試樁的結(jié)果來看，在本項目深厚淤泥的地質(zhì)條件下，休止期后單樁承載力較終壓力有大幅度的增長，根據(jù)本文中對二者關(guān)系的分析，增長的部分主要來自于樁周飽和軟黏土中超孔隙水壓力消散、土體重塑后樁側(cè)摩阻力的增長，由于樁長較長，樁側(cè)摩阻力增長部分非?？捎^。因此，在實際施工中要做好靜壓管樁的試樁工作，掌握本場地的情況，充分發(fā)揮靜壓樁在土體恢復(fù)后單樁承載力的增長潛力，讓樁的承載力最大限度發(fā)揮，使軟基處理的設(shè)計、施工更為科學(xué)合理，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理的施工效果。

3 結(jié)論與建議

針對福州地區(qū)深厚淤泥地質(zhì)條件下采用靜壓管樁的道路軟基處理案例，結(jié)合施工過程中的問題及樁基檢測結(jié)果資料，對靜壓管樁終壓力和單樁極限承載力的關(guān)系進(jìn)行了辨析，指出單樁極限承載力在沉樁完成后仍存在大幅度的增長并分析了原因，提出UQ比作為指導(dǎo)現(xiàn)場試樁及大范圍施工的依據(jù)。

在淤泥層深厚的福州三江口地區(qū)，要充分重視靜壓管樁的試樁工作，總結(jié)試樁及檢測成果，以作為大面積施工的指導(dǎo)。對于以其他地層為主的場地，不一定適用本項目所提出的UQ比，應(yīng)結(jié)合具體場地試樁結(jié)果確定。

本文提出的UQ比目前僅可用于初步指導(dǎo)現(xiàn)場施工，但對靜壓樁沉樁后的單樁極限承載力發(fā)展過程及原理還無法進(jìn)一步解讀，下一階段可考慮結(jié)合工程案例通過埋設(shè)孔隙水壓力計、沉樁完成后對樁周土進(jìn)行靜力觸探等方式探索樁周土及孔隙水的變化情況，完善單樁極限承載力隨時間增長的理論過程，以更好地指導(dǎo)工程設(shè)計及實施。

[ID:010193]