1杭州九陌建筑科技有限公司 杭州 310000；2瑞安市住建局建筑业管理科 瑞安325200；3 瑞安市建设工程质量监督站 瑞安 325200
摘要：通过防止静压预制管桩上浮，可以有效防止和控制管桩上浮，减少后期沉降量，提高单桩承载能力，减少用桩数量，减轻挤土作用，扩大预制桩的应用。
关键词：静压预制管桩；上浮
1、引言
1.1 随着城市建设对环境要求日益提高，泥浆外运的成本也不断增加，尽管钻孔灌注桩仍然作为主力桩型，但不可否认预制管桩在减轻挤土效应的技术措施下，有较大的应用空间。预制管桩的静压法沉桩在环境保护方面有着极大的优越性，在相同的地质条件下，无论在桩侧摩阻力还是在桩端阻力上均比钻孔灌注桩有更优越的指标，受到业主方的优选。然而由于管桩上浮导致工程事故的报道层出不穷，管桩上浮成为影响管桩推广的制约因素。
1.2 管桩上浮主要分为由于管桩挤土效应导致周边管桩上浮和由于压桩卸压导致被压桩回弹。目前绝大部分有关管桩上浮的研究集中于由于管桩挤土效应导致周边管桩上浮，而没有关于如何减少和控制压桩卸压导致被压桩回弹的研究。究其原因，由于管桩挤土效应导致周边管桩上浮比由于压桩卸压导致被压桩回弹的上浮从绝对量和危害上更加突出，更加引人关注，近年来通过采取防挤沟、应力释放孔、引孔沉桩，以及结合围护工程常常采用的搅拌桩机作空搅松动土层以隔断挤土效应，同时通过合理安排压桩顺序和当日压桩数量等办法基本解决了管桩挤土效应导致周边管桩上浮问题。由于压桩卸压导致被压桩回弹导致上浮的问题，同样严重影响承载力，增加不均匀沉降，亟待解决。
2、工法特点
2.1 按以往常规静压桩施工，预制桩在达到停压条件后往往立即卸压，此时由于静压桩上部的压力骤然消失，桩周摩擦力尚未有效产生，整个桩身在底部桩端反力作用下有上抬桩体的能力。经在大量粘性土地区的测试，桩身的上抬量约有30mm-50mm不等。若在达到停压条件时持续保持10分钟－15分钟的稳定期，则超孔隙水压力的消散因素使摩阻力有了一定数量的增加，桩端反力引起的反弹得以控制，各个接头连接位置的质量也更有保障。
2.2 预制桩在沉桩过程中的挤土效应所产生的管桩上浮和对周边环境的影响是制约其广泛应用的重要因素。克服挤土效应除了常规的手段诸如防挤沟、应力释放孔、引孔沉桩外，还可以结合围护工程常常采用的搅拌桩机作空搅松动土层以隔断挤土效应，同时通过合理安排压桩顺序和当日压桩数量来调节，使挤土作用在可控状态下进行。
3、适用范围
3.1 本工法适用于防止预制静压桩上浮，所以本工法的适用范围与预制静压桩的适用范围一致。
3.2 保持稳压的时间可根据土层的差异性作适当调整，具体取决于稳压后继续加压的起动压力与将桩压达到设计标高的终压力的差值来确定。根据在粉质粘土、粘质粉土中几个工程的实践，同时结合现场预制管桩上浮测量监控抽查结果，建议稳压后继续加压的起动压力与将桩压达到设计标高的终压力差值为摩阻力理论计算值的标准值，稳压时间为10－15分钟。
4、工艺原理
4.1 静压预制桩主要应用于软土地基。当预制桩在静压作用下贯入土层时，桩周会受到剧烈的挤压，桩尖首先直接使土产生冲剪破坏，孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生急剧上升的超孔隙水压力，扰动土体结构，这种破坏和扰动随着桩的贯入会连续不断地向下传递，使桩周一定范围内的土体形成塑性区，从而很容易使桩身继续贯入。桩的阻力大部分来自桩尖向下穿透土层时直接冲挤桩端土体的端阻力，其余来自桩侧的滑动摩擦力。压桩阻力并不一定随桩的入土深度的增加而累计增大，而是会随着桩尖处土体的软硬程度不同等因素变化波动。沉桩完成后，随着时间的推移，桩周土体中孔隙水压力逐渐消散，土体发生固结，土的抗剪强度及侧摩擦力逐步恢复和提高，从而使工程桩获得较大的承载力。
4.2 静压桩是挤土桩，压入过程中会导致桩周围土的密度增加，其挤土效应取决于桩截面的几何形状、桩间距以及土层的性能。挤土效应是指当桩沉入地基后，桩间土体的结构受到扰动，土体相互挤压、孔隙变小，这样就使得孔隙水压力增大，土体发生水平方向的侧移和垂直方向的隆起，使桩及桩间土产生向上的位移，此时桩端与持力土层之间有间隙产生，造成浮桩。浮桩后，桩端与土层间产生空隙，使桩失去大部分的桩端承载力，同时还产生一定的负摩擦力。在这两个因素的共同作用下，桩的极限承载力下降，同时土存在摩阻力作用，使得质量差的桩接头及桩身可能被拉裂，桩身结构被破坏。
4.3静压桩承载力的时效机理与其他桩型有较大差别，主要归因于以下三方面：1）土的固结作用。压桩过程中，桩挤压排开周围土体，使土体的总应力增加。而处于正常固结状态的桩周粘性土不排水剪切时收缩，故其有效应力减小。根据有效应力原理可知，超孔隙水压力等于总应力与有效应力之差，因此，正常固结粘性土中有效应力在增加。沉桩结束后，超孔隙水压力从较高的孔压区向较低的孔压区消散，从而使桩周土产生固结。随着固结时间增加，超静孔隙水压力逐渐减小，其消散速度和土体固结速度均逐渐减小，最后停止，这时候桩的承载力也达到了最大值。2）土触变性的恢复。桩周土在沉桩过程中受到扰动，强度降低，经过一定时间的休止后，土强度的触变损失得到恢复，甚至超过初始强度。3）土壳效应。受沉桩过程竖向剪切、横向挤压作用，桩周近旁的土成为完全塑性区，由于桩土界面的应力最大，超孔隙水压力也最大，因而不断产生相对滑移，粘聚力最小，结合性最差的桩土界面将形成一层水膜，该水膜起到了降低沉桩阻力的作用，而且还能排开塑性区内的水，加速其固结。若压桩途中因为接桩等原因停顿，该水膜消失，则沉桩阻力会在短时间内显著增加。压桩结束后，经过一段时间的静置和固结，逐步形成一层紧贴于桩身表面的硬壳层，该硬壳的厚度为3－20mm，随土的性质、桩表面粗糙程度而变化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于该硬壳的抗剪强度高于周围土的强度，因此当桩承受竖向荷载发生位移时，该层会随桩身一同移动，剪切发生在该层之外，即发生在完全塑性区与部分扰动区的交界面，这实质上使桩的侧表面摩擦面积增大，加大了桩的承载力。
4.4 由于土的触变恢复时效和固结时效等原因，打完桩之后，随着超孔隙水压力的消散，桩周土产生固结，桩的复压值会随时间增加而变大。也可以从宏观上分析，打桩过程时桩和桩周土之间的关系可以类为“滑动摩擦”，而打桩完成后再复压时桩和桩周土之间的关系可以类为“静摩擦”。静摩擦系数要大于动摩擦系数，所以复压值会大于打桩时的终压值。
4.5 应将终压力维持适当的时间，一定时间的终压维持荷载会进一步使桩端土体强度降低并发生重塑，同时由于摩擦系数增加、土壳效应中水膜消失和土的触变恢复时效及固结时效等导致侧摩阻力增加，这样可以大幅减小卸荷时桩身的回弹量，使之在可控范围之内。
5.质量控制
5.1施工准备过程质量控制
1）严格按照坐标控制点和设计图纸进行定位放线，做到定位准确无误。
2）桩的强度达到设计强度及龄期后方可运输、进场及沉桩施工，管桩的起吊、装卸、运输必须做到平稳，轻起轻放，严禁抛掷，碰撞、滚落。
3）运至现场的预制管桩，厂方必须提供其完整的有关资料及产品质量保证书，并经现场验收合格后方能使用，成品桩质量验收标准为：外观无蜂窝和空洞、露筋、无环向和纵向裂缝、内表面无混凝土塌落。
5.2静压桩过程质量控制
1）首节桩插入时，垂直度偏差不得大于0.5%。
2）沉桩宜连续一次性将桩沉到设计标高，尽量缩短中间停顿时间，应避免在接近持力层时接桩。
3）压桩过程中，桩架应坚实、稳固，桩帽和桩身应保持同一垂直的轴线上，保证不出现斜压的现象。
4）控制压桩速率，一般静压桩的压桩速率控制在1m/min左右。
5）送桩应用专制钢质送桩器，不得用工程桩作送桩器。
6）在沉桩至接近设计深度时，应注意观察，根据试桩参数、以标高和压桩力严格控制沉桩标高。
7）当桩的垂直度偏差小于1％且桩的有效桩长大于l5m时，静压桩送桩深度不宜超过8m。
8）沉桩施工前，合理安排打桩顺序：根据桩的入土深度，宜先长后短、先高后低；若桩较密集，且距建筑物较远，场地开阔时，宜从中间向四周进行；若桩较密集，场地狭长，两端距建筑物较远时，宜从中间向两端进行；若桩较密集，且一侧靠近建筑物时，宜从相邻建筑物的一侧开始，由近向远进行；桩数多于30根的群桩基础，应从中心位置向外施压；承台边缘的桩，待承台内其他桩压完并重新测定桩位后，再插桩施压；有围护结构的深基坑中的静压管桩，宜先压桩后再做基坑的围护结构。
9）压桩时，如沉桩发生突然变化时，应注意保持桩处于轴心受压状态，如有偏移应及时调正，以免发生桩顶破碎及断桩质量事故。若发生移位，桩顶或桩身出现严重裂缝、破碎等情况时，应暂停压桩，并分析原因，采取相应措施。在施工中如出现桩的挤偏、隆起、挤断现象，应采取跳桩顺序施工、并调整压桩速度。
10）沉桩过程中，当桩尖遇到硬土层或砂层而发生沉桩阻力突然增大，甚至超过压桩机最大静压能力而使桩机桩机上抬时，这时可以最大静压力作用在桩上，采取忽停忽压的冲击施压法，可使桩缓慢下沉直至穿透硬夹砂层。
11）当沉桩阻力超过压桩机最大静压力或者由于来不及调正平衡配重，以致使压桩机发生较大上抬倾斜时，应立即停压并采取相应措施，以免造成断桩或其它事故。
12）当桩下沉至接近设计标高时，不可过早停压，否则在补压时常会发生停止下沉或难以下沉至设计标高的现象。
13）静压达到设计标高后持续保持一小段时间（通常10分钟－15分钟左右）的稳压期，保持稳压的时间可根据土层的差异性作适当调整。静压达到设计标高后立即卸载的施工方法与维持压力停顿15分钟相比，桩身反弹量相差约30mm。
5.3有管桩工程的基坑支护施工应符合下列规定：
1）严禁边打桩边开挖基坑。
2）自然放坡的基坑宜在打桩结束后开挖，有围护结构的基坑应在桩基完成后施工围护结构。
3）饱和黏性土、粉土地区的基坑开挖宜在打桩全部完成15天后进行。
4）挖土宜分层均匀进行，且桩周土体高差不宜大于1m。
5）应注意挖土机械和运土车辆在基坑中对桩的挤推而影响桩的质量。
6）开挖基坑应制定合理的施工方案，确定土方开挖顺序，注意保持基坑围护结构和边坡的稳定，并做好监测工作，实施动态管理。
参考文献：
[1]陈宗起，李国良，铁路路基静压桩承载力时效性分析 《铁路技术创新》.2010
论文作者:石春雷1,杜庆蛟2,朱永茅3
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/10
标签：静压论文; 孔隙论文; 管桩论文; 土层论文; 阻力论文; 标高论文; 基坑论文; 《基层建设》2017年第15期论文;