邢志春
江苏兴亿达建设有限公司 江苏南通 226000
【摘要】 预制桩施工过程中的桩土挤密效应对单桩竖向抗压极限承载力有着很大的影响。本文通过具体工程实例，结合不同模型条件下单桩竖向抗压承载力实测结果，分析了南通地区以砂性土为主的地质条件下的桩土挤密效应对单桩极限承载力的影响，并为类似工程设计和施工提出相关的建议或意见。
【关键词】 挤密效应；单桩承载力；静载荷试验； 分析
1 引言
工程上选用的预制混凝土，如预制混凝土方桩和预制混凝土管桩，这种桩型不仅可以大规模量生产，而且成桩质量可以保证，在实际施工中，可大大缩短施工工期，保证工程质量，所以工程上大量采用此类桩型。在城市预制桩桩基础施工中，因静力压桩具有噪音低、无污染、施工速度快和质量相对容易保证等优点，近几年在城市建设中得到越来越广泛的应用，在施工技术方面也积累了不少经验。然而，在桩基础设计中，现行的相关规范在确定单桩极限承载力时，均未考虑群桩挤密效应对单桩极限承载力的影响。
南通这种以粉砂层为主的地层，笔者在收集了相关资料和分析认为，南通地质主要以粉砂、粉土、粉砂夹粉土地层为主，群桩挤密效应显得尤为突出，本文将结合南通某具体工程现场静载荷试验的结果，分析南通地区桩土挤密效应对单桩极限承载力的影响，并为类似工程设计和施工提出相关的建议或意见。
2 预制桩沉桩桩土挤密作用机理简析
预制静压桩沉桩，主要以桩机本身的自重（包括配重）作为垂直的压力，通过压桩机的液压夹持系统将预制桩紧紧抱住，通过桩机自重和所携带的配重克服压桩过程中的桩侧摩阻力和桩端阻力，使得预制混凝土桩顺利压入土中。这种静力压桩施工方式，从成桩的机理看，它属于排土桩。在沉桩过程中，桩周土体会受到桩的剧烈挤压而使土层发生扰动和挤密，由于挤压速度相对较快，往往使得桩周土中的水会瞬间形成一定的超空隙水压力。根据有效应力原理可知，这种超孔隙水压力往往使桩周土体突然会丧失强度，使得沉桩容易进行。随着超孔隙水压力的消散，土的强度慢慢恢复，这样会增加桩周土的密度和强度，使得桩的承载力提高。依据土的结构和强度理论，对于粘性土，由于土的孔隙率相对较小，土的孔隙水压力消散速度较慢，所以桩土挤密效应在短时间不容易体现。对于无粘性土，特别是砂土地层，由于其孔隙率相对较大，孔隙水压力消散速度较快，土的强度恢复也往往较快。另外，土的挤密密实，主要是土的孔隙率减小，砂土挤密前后的土的强度变化有时比较显著。
3 典型工程案例与分析
3.1工程地质概况
南通通州某工程位于通州北二环南侧，安康小区东侧，根据地质报告描述，在勘探深度30 m范围内可分为以下8个工程地质层，自上而下各土层的分布及工程地质特性描述如下：
①素填土：灰黄色、灰色，松散，稍湿。以粉质粘土、粉土为主。层 厚0.9 m -0.6m。
②粉质粘土及粉土：褐黄色，稍湿-很湿。粉质粘土软塑，粉土稍密。层 厚2.8 m -1.1 m。
③粉土夹粉质粘土：灰色，很湿。粉土稍密，粉质粘土软塑。层 厚3.7 m -1.4 m。
④粉砂夹粉土：灰色，很湿-饱和，稍密-中密，矿物成分以石英、长石、云母为主，颗粒较圆、较均匀，分选性好。层 厚6.5m -4.6 m。
⑤粉土夹粉质粘土：灰色，很湿。粉土稍密，粉质粘土软塑。层 厚4.3 m -3.2 m。
⑥粉砂夹粉土：灰色，很湿-饱和，中密为主，局部稍密，局部密实，矿物成分以石英、长石、云母为主，颗粒较圆、较均匀，分选性好。层 厚11.6 m -8.1 m。
⑦粉土夹粉质粘土：灰色，很湿。粉土稍密-中密，粉质粘土软塑-可塑。层 厚35 m -0.8 m。
⑧粉砂夹细砂：灰色，很湿-饱和，密实。粉砂矿物成分以石英、长石、云母为主，颗粒较圆、较均匀，分选性好。细砂矿物成分以石英、长石、云母为主，颗粒较圆、较均匀，分选性好。层 厚5.5 m -3.1 m。
3.2试验桩模型Ⅰ
试验桩模拟群桩基础，试验桩采用PHC-500(100)AB –C80-21预制混凝土预应力管桩，预估单桩竖向抗压极限承载力3000KN，试桩数量为6根。试桩周围根据设计图纸预先进行打桩，真实反映试桩周围桩基施工后桩基础情况，试验均采用慢速维持荷载法进行静载荷检测，检测结果如表1所示，试桩1的Q-s曲线和S-㏒t曲线如图2和图3所示。
表1 试桩1-试桩6 现场静载荷测试检测结果统计表
图1 试桩1 Q-s曲线 图2 试桩1 S-㏒t曲线
3.2试验桩模型Ⅱ
试验桩模拟孤桩（单桩）基础，试验桩采用PHC-500(100)AB –C80-21预制混凝土预应力管桩，预估单桩竖向抗压极限承载力3000KN，试桩数量为3根。试验均采用慢速维持荷载法进行静载荷检测，检测结果如表2所示，试桩8、试桩9的S-㏒t曲线如图3和图4所示。
2 试桩7-试桩9现场静载荷测试检测结果统计表
图3 试桩8、试桩9的S-㏒t曲线 图4 试桩8、试桩9的S-㏒t曲线
3.3 静载荷试验检测结果对比分析
（1）试验桩模型Ⅰ，6根试桩的单桩竖向抗压极限承载力均能达到3000KN，且在荷载3000KN达到稳定时的桩顶总沉降量在5.37mm- 10.11mm之间，位移稳定时间相对较短。试验桩模型Ⅱ，3根试桩的单桩竖向抗压极限承载力分别为2100KN、2500KN和2600KN,且稳载时间相对较长，检测结果均未达到设计要求的3000KN 的要求。在沉桩时，9根试桩的最终压桩力变化不大，平均在3000KN左右。从检测结果可知：试验桩模型Ⅰ条件下的单桩竖向极限承载力较试验桩模型Ⅱ条件下的单桩极限承载力大得多。试验桩模型Ⅱ（孤桩）单桩竖向极限承载力平均值为2400KN，试验桩模型Ⅰ(群桩)单桩竖向抗压极限承载力平均值为3000KN，且高出试验桩模型Ⅱ（孤桩）的单桩竖向抗压极限承载力约25%。
（2）从9根试桩检测数据分析可知：在同等加载量条件下，试验桩模型Ⅱ（孤桩）条件下的单级沉降量明显高于试验桩模型Ⅰ(群桩)条件下的单级桩顶沉降量。我们可以认为，试验桩模型Ⅰ(群桩)条件下的桩土挤密效应显著。
（3）从试验桩模型Ⅰ(群桩)的6根试桩检测数据分析可知，当试验最大加载量达到3000KN时，累计的总沉降量最大仅为10.11mm，大部分集中在8mm左右。在试验桩模型Ⅱ（孤桩）条件下，达到累计沉降量达到10mm左右的单桩最大加载量仅为2400KN。我们可以认为：在群桩条件下，检测试验结果所确定的单桩竖向极限承载力仍有一定量的富余，单桩竖向抗压极限承载力仍未达到极限状态。
4 结论与建议
结合上述检测试验结果的分析和类似工程静载荷试验检测结果，笔者建议，南通地区类似的砂性土地区，在确定单桩极限承载力时，在正常桩间距条件下，对于筏板基础、箱型基础等这些以桩群共同作用的桩基础工程可以适用群桩挤密效应。在确定单桩竖向抗压极限承载力时，可预先按挤密效应沉桩，并根据静载荷试验检测结果确定单桩竖向抗压极限承载力，或在孤桩条件下进行单桩承载力检测，并在检测结果的基础上提高20%-30%，据此来确定群桩效应条件下的单桩极限承载力，这样可以充分利用群桩的挤密效应，又节约工程造价。对于孤桩或对于3桩以下承台桩，或承台间距相对较大的边缘桩，建议仍以孤桩条件下的单桩竖向抗压极限承载力试验结论来确定单桩的竖向抗压极限承载力，而桩土的挤密效应仍作为设计安全储备，不予考虑。
参考文献
[1]中华人民共和国建设部.GB50007-2002建筑地基基础设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.
[2]中华人民共和国建设部.JGJ106-2003建筑基桩检测技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2003.
[3]张卫冲，陶永标.砂土地区静压预制桩承载力估算及挤密效应对承载力的影响［J］.江苏建筑，2004，2（1）：41-43.