天津市建筑构件工程有限公司 天津 300385
摘要：桩位处预钻孔是工程中减弱沉桩挤土效应的有效措施之一。根据破坏准则及有限变形理论，建立了桩–土相互作用及连续贯入的有限元模型，利用得到的模型模拟了预钻措施下沉桩产生的挤土位移场，并和现场实测进行了对比。结果表明，预钻孔的孔径与孔深是影响静压桩挤土效应重要因素，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。在同样孔深情况下，随着孔径的增大，所产生的挤位移相应减小；相同孔径情况下，孔越深产生的挤土效应就越小。
关键词：PHC桩；中砂层；预钻孔静压桩
前言
本工程属商业综合体项目，原桩基础设计形式为钢筋混凝土后注浆（复式注浆）钻孔灌注桩基础，后经试验成功改为泥浆护壁旋挖预钻孔成孔，机械回填泥土，再静压施工 PHC 桩，为整个项目缩短了工期并节约了施工成本。
一、静压预制方桩的优点及发展前景
1、成品由厂家生产后送到工地，自动化和机械化程度高。
2、施工过程无噪音、无污染、无振动，施工场地简洁，对邻近建筑物不造成影响，文明安全施工。
3、桩由工厂生产，经专业的检验后方可出厂，保证桩的质量。
4、每送一根桩，本身就是对每根桩作一次荷载的试验，由其终止压力的大小，可计算单桩的承载力大小，每压完一根桩，可为现场的技术人员提供一份完整的每根桩的承载力和贯入度。
5、经济效益好。
6、施工快捷：成品桩工厂生产，出厂时混凝土的养护期已足够，免去了桩的混凝土现场养护。
7、桩机的机械化程度高：桩机本身有纵横步履行走功能，桩身调整机构液压升降和动力系统及360°旋转吊臂装置。20世纪90年代初期，静压预制方桩开始在建筑工程中采用至今，已十余年。在不断改进施工工艺的过程中，其优势越发明显，被业内人士所认可。其良好的经济性和工期短的优越性，使静压预制方桩在实际工程中的应用大幅提升，特别在2002年6月份有关文件取消沉管灌注桩施工时，预制方桩的前景产生了一大飞跃，有了更加广阔的发展空间。
二、预钻孔措施下的沉桩挤土效应分析
1、计算参数
桩与土的基准参数为了进行较为有效的理论分析，得出更一般的结论，假定土为均质的，表列出了地基土与桩的基准参数。在压桩过程中，桩身混凝土的应力应变关系基本符合线性弹性关系，因此桩身的混凝土可采用线弹性模型模拟，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）中的第 4.1.8 的条文说明，取用的混凝土泊松比为 0.2。根据《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）中第 5.2 条规定钢筋混凝土重度 24～25 k N/m3，文中取 2500 kg/m3作为混凝土的密度。土层的相关参数是参考浙江省若干岩土工程地质详细勘察报告经过综合分析选取的，能够符合工程实际。接触刚度是采用试算来确定的，即比较相邻 2 次的计算结果，当差值不大时，说明接触刚度选取得合适。
2、预钻孔的参数
预钻孔的参数是指预钻孔的孔径和孔深。孔径和孔深的变化会直接影响防挤措施的效果，通常采用的预钻孔直径不大于桩径的 2/3，深度亦不大于桩长的 2/3，当然这些限制条件可以根据具体的工程情况做相应调整预钻孔的孔深为 8 m 情况下的沉桩挤土位移场沿深度方向的变化规律。从图中可看出，从地面到地下 8 m 的深度，8 m 深的预钻孔和无预钻孔情况下的挤土位移相差较大，当深度超过 8 m 时，差值逐渐减小。在同样的钻孔深度（8 m）情况下，随着孔径的增大，减少沉桩挤土的效应就越明显，但在这个钻孔深度（8 m）以下，预钻孔的孔径大小对挤土位移场的影响逐渐变小。因此，对于压桩区周边需要保护的建筑物或构筑物而言，预钻孔深度最好大于被保护的建筑物或构筑物的基础深度。
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3、静压桩压桩过程中深度与压力曲线图
4、泥浆护壁旋挖钻预钻式静压PHC桩在本工程中的施工工艺施工总结：
（1）该5根桩使用机械旋挖钻机泥浆护壁预钻孔深 度 均 为 25m，钻 孔 直 径 700mm，PHC 桩 桩 径 为600mm，在预钻孔回填段瞬间压力值均小于2500k N，且波动性较大，桩压深至 25m 以下原状土后压力与深度出现线性变化关系。
（2）当桩端压深至 36m 后瞬间压力值很快达到7000k N，表明PHC桩的桩端已经进行中粗砂持力层。
（3）预钻孔范围内8m范围内压力值基本为0，由于桩孔内填的泥块特别松散，此段依据PHC桩自重就可下沉，8~25m预钻孔范围内压力与深度为非线性变化，表明压力的大小与桩孔内填泥的多少及密实情况有关。
三、结论与建议
1、自制管状磨削器的使用操作要点：一是导向管外径与被磨削事故钻杆内径之间的间隙不应过大，一般控制在2mm左右；二是事故钻杆断头断裂位置计算准确，偏差不应大于200mm；三是磨削过程中，采用常泵量、轻压、慢转（转速200r/min以内）小参数进行；四是简易管状磨削器选用现场废弃钻头、扩孔器等材料，现场加工方便、实用、快捷，特别适合偏远地区类似事故处理。
2、在地质勘探施工中，金刚石绳索取芯钻进效率高、速度快，严格遵守钻探操作规程，可有效避免或降低事故的发生。
3、在地层复杂的矿区施工，选用适宜的钻进参数、工艺、措施，可以实现优质高效、低耗完成任务。
四、工程实例分析
1、工程概况及工程地质
工程位于浙江省海盐县，采用φ550 mm，φ600 mm 两种桩型，桩长分别为 30 m 及 35 m 的预应力管桩基础，由于周边居民楼（采用浅基础）距施工场地较近，最近处只有6 m，为了避免静压桩施工过程中产生的挤土效应对周边环境造成不利影响，部分桩采用了预钻孔的施工方案。根据本工程地质勘察报告，场地在勘察 60 m 深度内的土层分为七层，压桩范围内土层的具体物理力学参数如所示，静力触探结果所示。
2、现场实测结果分析
根据数值模拟的结果及工程需要保护的对象（浅基础），部分距民房较近的工程桩（φ550 mm）采用了直径为 300 mm，深度为 10 m 的预钻孔，并对压桩产生的水平向挤土位移场进行了现场实测。图 8 为水平向挤土位移的对比图，由图中可知，在预钻孔情况下，实测水平向挤土位移较无预钻孔措施下的挤土位移明显减少，最大幅度达到了 55%。且变化规律与数值模拟较为吻合，因此，合理地选择预钻孔的施工参数能较好地解决了静压桩的挤土效应问题。
3、结论
（1）预钻孔的孔径和孔深是影响挤土效应的重要因素，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。
（2）在同样孔深情况下，随着孔径的增大，所产生的挤土位移相应减小，但在预钻孔深度以下，预钻孔的孔径大小对挤土位移场的影响逐渐变小。
（3）相同孔径情况下，孔越深产生的挤土效应就越小。在预钻孔的孔径较小时，预钻孔深度的大小对挤土位移改变量影响并不是很大。但当孔径达一定值时（如120 mm），预钻孔越深，其减少挤土效应的程度也就越大。
五、预钻孔静压预制方桩的施工情况及桩基础质量检测结果
1、预钻孔静压预制方桩的施工情况本次预钻孔施工采用XY- 1型钻机，孔径 220mm，采用泥浆护壁循环钻进，要求钻穿坚硬铁质结核层下1m左右，预钻孔施工的效果：从预钻孔施工后压桩施工的情况看，各基桩均能穿越中间硬层到达设计持力层，桩长及终压值均能满足设计要求，预钻孔施工效果明显，达到预期的目的。
2、桩基础质量检测结果试验按照国家行业标准《建筑基桩检测技术规范（JGJ106- 2003）中有关试验规定进行。基桩应力波反射法检测其桩身完整性。共抽取15根工程桩进行反射波法检测，检查桩身结构完整性。试验结果为Ⅰ类桩11根，占所测桩数的73.3%；Ⅱ类桩4根，占所测桩数的26.7%。
结束语
从上面的工程实例中，我们可以看到，预钻孔静压预制方桩在实际工程施工中，施工的效果和桩基础质量检测结果均能满足施工和设计的要求，应用效果良好。因此，采用预钻孔静压预制方桩的施工方式在实际施工应用中是切实可行的。
参考文献
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[2]曹秀娟，刘开富，谢新宇，刘一林.深厚软土地基沉桩挤土效应防治及现场监测工业建筑，2004
[3]施建勇，陈文，彭劼.沉桩挤土效应分析河海大学学报，2003，
[4]罗战友.静压桩挤土效应及施工措施研究杭州浙江大学，2004
论文作者:杨春山
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/11
标签：钻孔论文; 静压论文; 孔径论文; 位移论文; 深度论文; 效应论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;