简述静压桩沉桩过程中桩间摩阻力情况

发表时间:2020/7/21   来源:《工程管理前沿》2020年6卷9期   作者:白秋俊
[导读] 静压桩沉桩是公路工程施工中常用的基础处理方式,本文以内蒙古自治区某地公路工程施工案例为研究对象,通过国内已经成熟的算法公式进行计算分析,得出了影响静压沉桩的影响因素。
        [摘要]:静压桩沉桩是公路工程施工中常用的基础处理方式,本文以内蒙古自治区某地公路工程施工案例为研究对象,通过国内已经成熟的算法公式进行计算分析,得出了影响静压沉桩的影响因素。
[关键词]:内蒙古;静压桩沉桩;算法公式;

0.引言
        本文通过分静力压桩法的具体操作和实施,对静压桩沉桩过程中桩间摩阻力情况进行简述。静压桩沉桩是公路工程施工中常用的基础处理方式,按压桩方式分可以分为中压式、箍压式和前压式,按具体的压桩工艺可以分为钢筋混凝土预制桩、PHC管桩、钢管桩沉入到预定土层中。
1.研究方法
        早在上世纪四五十年代,就有研究人员对静压桩进行过系统的研究和分析,其中压桩力、承载力、挤土效应及其对周围土体和环境的影响是研究的主要课题,关于沉桩阻力的研究方法,目前学术界比较认可的方法主要有现场实测值、室内试验研究和理论分析研究法等[1-3]。
现场实测和室内试验研究方面:国内同济大学土木工程学院唐世栋教授等专家学者于2004年对静压桩沉桩进行了分析和实测,形成了比较系统和完备的科研资料,对桩基施工中土的挤压力进行了系统研究。发现桩端的挤压力是施工时的最大影响力,它比桩身摩擦力的影响大得多。沉桩贯入时一般在桩尖水平处的土中挤压力最大,与球孔扩张的理论值相比,挤压力最大值与理论解基本接近。
        现场试验反映的是真实情况,观测数据更加可信。但是,由于各个试验现场的条件差异很大,各种复杂的因素都会对最终的试验结果产生影响,因此现场试验中的结论有一定局限性,同时,现场试验成本较高,不能广泛开展。
理论分析研究方面:在上世纪六七十年代提出的在黏性土中桩侧摩阻力的计算公式为:,我们目前在实际计算中运用比较多的就是这个经验公式,其中:为桩侧土的侧压力系数;为桩与土的外摩擦角,对静压桩为滑动外摩擦角,该公式也适用于计算砂土中的侧摩阻力,它描述了摩阻力随深度线性增大,与室内试验和原型试验的结果不符。

2实例探讨
        本文以内蒙古某地一桥梁施工为研究对象,对静压桩沉桩过程中桩间摩阻力情况进行了深入的分析和研究。该项目拟建一座特大桥,采用静力压桩的方式对桥梁基础进行处理,由于工程周围是河流,地质条件差且复杂,故采用断面为250mmX250mm,标号为C30的预制静压方桩。结合地质勘察报告及现场情况,该项目采用静压桩的设计桩长为15m,以土层中强度较高的粉质黏土层作为桩端持力层,设计承载力为460kN。根据试桩资料及工程地质勘察报告分析可以发现:本工程的土质具有触变恢复性强、固结速度快的特点,故确定沉桩的终沉控制标准为:以600kN左右的终压力控制为主,以试桩的桩长控制为辅。如图2-1所示为静力压桩现场施工图。

图2-1 静力压桩现场施工图
        本文研究的桩基工程历时三个月得以顺利完工。后经动、静检测试验,桩的承载力及桩身质量均满足设计要求。
        从压桩力随桩入土深度的变化曲线可以看出,尽管不是同一建筑物的静压桩,其压桩力的变化趋势基本一致,均呈阶梯形变化。桩身上部的1/3范围内,压桩力基本相等;桩身中部的1/3范围内,压桩力缓慢增长;桩身下部的1/3范围内,压桩力迅速增加。
3.分析计算
        在静压桩的施工中,沉桩阻力的大小和分布规律应受土质、土层排列、硬土层厚度、持力层埋深、桩数和桩距、施工顺序及深度等因素的影响[4-7]。一般情况下,桩端阻力和桩侧阻力占沉桩阻力的比例是一个变值。桩土作用研究表明,当桩的入土深度较大时,通常桩侧摩阻力是主要的;当桩的入土深度较小时,桩端阻力所占的比例较大。桩体在垂直静压过程中,桩端使土体产生冲剪变形桩身使土体产生直剪变形。因此,桩体对土体的作用可分为两部分:桩端冲剪产生的挤压、扩张作用和桩身对土体的摩擦作用。根据工程地质报告上的土性资料,具体计算公式为:

        采用上述沉桩阻力的计算公式,计算出压桩力并与在相应土层范围内的实际压桩力进行对比,结果如图3-1所示。

图3-1压桩力与实际压桩力对比图
4结语
        静压桩贯入时,桩端土以挤压扩张为主,端阻力通常参阅静探试验的比贯阻力分析计算;而桩侧摩阻力属于滑动阻力,随桩长、土性而变化,与土体作用于桩身的法向应力及桩、土摩擦系数有关。本文结合工程实例,探讨了沉桩阻力的相关计算方法。但是,静压桩的沉桩机理非常复杂,不可能以一式而囊括所有的因素,对此问题的研究有必要进一步深入。
5.参考文献:
[1]桩基工程手册编写组?桩基工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.
[2]张明义,邓安福?桩一土滑动摩擦的试验研究[J].岩土力学,2002,23(2)246-249.
[3]储王应,王能民?静力压桩沉桩阻力分析与估算[J]?岩土工程技术,2⑴0(1):25-28.
[4]张明义,邓安福.静力桩贯入地基的球孔扩张一滑动摩擦计算模式[J]?岩土力学,2⑴3,24(5)701-704.
[5]朱宁,施建勇.静压桩桩端扩张压力分析[J].河海大学学报,2006,34(1)79-82.
[6]李月健,陈云敏,凌道盛.土体内空穴球形扩张问题的一般解及应用[J]?土木工程学报,2⑴235(1)93-98.
[7]鹿群.成层地基中静压桩挤土效应及防治措施[D|.杭州:浙江大学博士论文,2007.
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