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傍箱籍
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1 浅谈桩挤土效应对锤击 PHC 桩竖向极限承载力的影响 Extrusion Effect of Hammering PHC Pile on Vertical Ultimate Bearing Capacity of PHC Pile 秦建军 Qin Jianjun [ 摘要 ] 通过工程实例, 采用经验参数法和静载试验相结合的方法, 分析桩挤土效应对锤击 PHC 桩竖向极限承载力的影响 [ 关键词 ] 挤土效应 ; 锤击 PHC 桩 ; 竖向极限承载力 [ 文章编号 ] (2010) [ 中图分类号 ]TU753.3 [ 文献标识码 ]B Abstract:Through project case, the paper analyzes extrusion effect of hammering PHC pile on vertical ultimate bearing capacity of PHC pile by combination of experiential anchoring approach and static loading test. Keywords:extrusion effect; hammering PHC pile; vertical ultimate bearing capacity PHC 桩即预应力高强混凝土管桩, 桩身混凝土强度等级不低于 C80 采用锤击 PHC 桩进行沉桩的施工方法, 能获得较高的单桩承载力在相同的地质条件下, 锤击 PHC 桩的承载力比普通混凝土灌注桩要高出很多影响锤击 PHC 桩竖向极限承载力的主要因素包括 : (1)PHC 桩桩身竖向承载力 ( 主要由桩身强度决定 ) (2) 工程地质条件, 即桩侧和桩端岩土的工程性质 (3) 桩端土挤密效应与施工工艺要求有关, 包括桩锤规格重量落锤高度以及收锤标准等根据建筑桩基技术规范 (JGJ 92008) 的规定, 确定单桩竖向极限承载力标准值的方法有两种 : 一是静载试验法, 根据试验结果判定 ; 二是经验参数法, 根据岩土的物理力学指标与承载力之间的经验关系计算确定对于锤击 PHC 桩而言, 采用经验参数法计算出的单桩竖向极限承载力往往要比静载试验法判定的结果偏低, 这是由于未考虑桩端土挤密效应作用的影响在影响锤击 PHC 桩竖向极限承载力的三个主要因素当中, 因 97

2 素 (1) (2) 可以根据有关标准和相关经验参数进行计算, 而因素 (3), 即桩端土挤密效应对极限承载力的影响大小, 则要根据工程的具体特点, 结合理论计算和静载试验的结果综合判定 1 工程概况梧州市某综合性建筑工程占地面积约 5753m 2, 主楼地上为 17 层, 地下 1 层, 裙楼为 6~8 层其中主楼采用框架剪力墙结构, 裙楼采用框架结构, 其基础桩均采用锤击 PHC 桩 1.1 地基岩土特征根据勘察资料, 场地地基岩土特征见表设计要求 (1) 采用 AB 型 PHC 桩, 管桩壁厚为 95mm, 桩身混凝土强度等级为 C80, 管桩直径为 00mm, 桩尖采用钢板制作 ; 共 598 根, 设计有效桩长为 15m~25m; 桩端持力层为全风化或强风化花岗岩 ; 单桩竖向承载力设计值为 kn, 单桩竖向极限承载力标准值为 kn (2) 采用 D 筒式柴油打桩锤进行沉桩施工, 锤芯重量为 5t, 落锤高度小于 2m 表 1 地基岩土特征表序号岩土名称及编号岩土层厚度 (m) 岩土特征标准贯入锤击数 N( 击 ) 桩的极限侧阻力标准值 q sik(kpa) 桩的极限端阻力标准值 q pk(kpa) 主要由砂质黏性土组成, 未经 1 素填土 1 0~1.10 分层压实, 结构松散, 稍湿, 可塑, 高压缩性 1.1 不考虑 2 含砂黏性土 2-1 0~6. 红黄杂色, 稍湿 ~ 湿, 可塑状, 中高压缩性,I L= 黏土 2-2 0~3.80 杂色, 湿, 可塑状, 中高压缩性 9.5 含砂黏土 2-3 0~2.60 灰色, 很湿 ~ 饱和, 软塑, 高压缩性含砂粉质黏土 2-0~8.10 湿, 呈可塑状, 中高压缩性,I L= 含碎石中粗砂 ~2.60 松散 ~ 稍密状黏土 3-1 0~5. 砖红色, 稍湿, 可塑 ~ 硬塑状, 中压缩性,I L= 粉质黏土 3-2 0~7. 棕红色, 稍湿, 可塑状, 中压缩性,I L= 土心遇水软化, 手捏易碎散, 9 砂质黏性土埋深 0~18.60 稍湿, 稍具塑性, 呈可塑 ~ 硬塑状, 其强度随深度增加而增大,I L=0.21, 为花岗岩残积土花岗岩 5-1 全风化, 岩芯呈坚硬状, 遇水软化, 手捏易碎, 稍湿花岗岩 5-2 强风化, 岩芯呈碎块状或坚硬土状, 遇水易碎散, 手捏可碎

3 表 2 静载试桩成果桩的有效桩长最后三阵击平均单桩承载力设计试验荷载总沉降量总回弹量残余值试验结果编号 (m) 贯入度值 (kn) (kn) (kn) # (3) 收锤标准 : 有效桩长 20m 以内时不大于每十击 20mm; 有效桩长 21m~22m 之间时不大于每十击 30mm; 有效桩长 23m 以上时不大于每十击 0mm 1.3 确定桩施工程序在锤击 PHC 桩开始施工前, 现场监理工程师根据该工程地质勘察报告桩基设计图纸建筑桩基技术规范 (JGJ 92008) 等文件, 选取根有代表性的 PHC 桩, 采用经验参数法对其单桩竖向极限承载力进行初步估算在未考虑桩端土挤密效应的前提下, 单桩极限承载力标准值在 1600kN~1900kN 之间, 未达到设计要求的 kn 根据笔者公司施工经验和对该工程地质条件的分析, 认为在充分考虑桩端土挤密效应的前提下, 锤击 PHC 桩的极限承载力是可以达到设计要求的为确保工程质量, 经与业主设计监理各方协商一致, 确定该工程打桩施工程序为 : 首先选取根有代表性的 PHC 工程桩 ( 编号为 # 桩 ) 进行试打然后进行静载试验判定极限承载力符合设计要求进行全面施工全部完成打桩施工再选取 2 根桩 ( 编号为桩 ) 进行静载试验判定整个锤击 PHC 桩的承载力是否符合设计要求 2 PHC 桩自身竖向承载力验算为确保 PHC 桩的抗击打性能, 保证锤击 PHC 桩能进入持力层并达到设计要求的收锤标准, 首先要对 PHC 桩的桩身竖向承载力设计值进行验算根据 PHC 桩生产厂家的有关资料, 按照广东省预应力混凝土管桩基础技术规程 (DBJ/T ) 的有关公式进行验算 : R p=0.3(f ce-σ pc)a (1) 式中,R p 桩身竖向承载力设计值 ; f ce 管桩离心混凝土抗压强度, 对于 PHC 桩, 取 f ce=80mpa; σ pc 管桩混凝土有效预应力, 取 σ pc=5mpa; A 管桩横截面面积则,R p=0.3 (80-5) =28273N 2827kN> kn 计算结果表明 :PHC 桩的桩身竖向承载力设计值完全满足设计要求 3 静载试验结果判定根据要求, 共选定 6 根 PHC 桩进行静载试验, 以检测桩的极限承载力是否满足设计要求该工程静载试验未做破坏性试验, 试验荷载加至设计要求的极限承载力标准值 kn 即停止加荷静载试桩结果表明 : 所试 6 根桩的 QS SlgQ SlgT 曲线上均未出现明显的陡降段及其他异常现象, 判定各桩的单桩竖向极限承载力满足设计要求的 kn, 即其承载力设计值均大于 kn, 满足设计要求静载试桩数据及结果见表 2 经验参数法计算单桩竖向极限承载力静载试验结果判定 PHC 桩的 99

4 表 3 试验桩入岩土层深度统计桩位入岩土层深度 (m) 编号 # 注 : 本表仅列出各土层的代号, 具体岩土层名称见表 1 表极限承载力标准值计算结果桩的编号单桩总极限侧阻力标准值 (kn)1 单桩总极限端阻力标准值 (kn)2 极限竖向承载力标准值 (kn)3=1+2 静载试验荷载值与 3 比较 (kn)= # 平均值竖向极限承载力满足设计要求为了探讨桩端土挤密效应对 PHC 桩承载力的影响, 需要采用经验参数法计算锤击 PHC 桩的竖向极限承载力为便于进行计算分析, 要根据地质勘察资料及打桩施工每米锤击记录数据, 将选定的 6 根试验桩的入岩土层深度进行统计, 数据见表 3 采用经验参数法计算单桩竖向极限承载力标准值, 按建筑桩基技术规范 (JGJ 92008) 的有关公式进行 : Q uk=q sk + Q pk=u q sikl i + q pka p (2) 式中,Q uk 单桩竖向极限承载力标准值 ; Q sk 单桩总极限侧阻力标准值 ; Q pk 单桩总极限端阻力标准值 ; u 桩身周长 ; q sik 桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值, 取值见表 1; q pk 极限端阻力标准值, 取值见表 1; l i 桩穿越第 i 层土的厚度 ; A p 桩端面积根据经验公式计算的各桩极限承载力标准值计算结果见表由表计算结果可知, 采用经验参数法计算的 6 根试验桩的单桩竖向极限承载力标准值在 1528kN~1861kN 之间 ( 平均值为 kN), 与初步估算的 1600kN~1900kN 比较接近, 与静载试验判定的大于 kn 相比相差较大, 两者差值如下 : kn kn=779.5kn 由此初步判断 : 静载试验判定值与采用经验参数法计算值之差 779.5kN 即为桩挤密效应的影响值 5 桩挤土效应分析综合以上有关数据可知, 桩

5 挤密效应对锤击 PHC 桩竖向极限承载力有一定的影响首先是 PHC 桩自身的竖向承载力设计值达到 2827kN, 远大于设计值要求的 kn, 且采用 AB 型桩, 因此耐打性能好贯穿力强, 在 5t 重锤的击打下使得 PHC 桩能承受很大的锤击能量而不致使桩身破坏, 确保桩尖能进入设计要求的全风化或强风化花岗岩持力层并达到收锤标准 ( 最后三阵击平均贯入度见表 2), 这是锤击 PHC 桩单桩竖向极限承载力能达到设计要求的重要保证全风化或强风化花岗岩是锤击 PHC 桩良好的桩端持力层, 该岩土层具有越挤压越密实的特性, 对桩的挤密效应产生重要的作用锤击 PHC 桩的竖向承载力由桩侧阻力和桩端阻力组成侧阻力的形成主要与桩周土层的力学性质有关, 打桩工艺对其影响不大, 而端阻力却要受到桩端土挤密效应的影响这是因为打桩使用的 5t 柴油打桩锤, 其爆发力大能量高, 且具有土层越硬爆发冲击能量越大的特点, 尤其适合于花岗岩残积土层全风化或强风化花岗岩土层因此在锤击沉桩过程中, 当桩尖进入以上持力层时, 对桩端土层有类似强夯的效果, 强大的锤击能量对桩端附近的岩土层产生极为强烈的挤压, 使得桩端附近的岩土层已经不是原来地质勘察时的状态, 即锤击能量转化为桩端土的挤密效应, 使桩端土的力学性能得以改善, 从而大大提高了端阻力从表 2 表可知, 采用经验参数法计算的极限竖向承载力标准值 ( 平均值 ) 为 kN, 与静载试验判定的 kn 相比较, 相差为 779.5kN 由于打桩工艺对桩侧阻力影响不大, 因此可认为 779.5kN 的差值是桩端土挤密效应作用的结果该工程静载试桩未进行破坏性试验, 只是为了检测单桩承载力能否满足设计要求从表 2 可以看出, 静载试验加至最大荷载 kn 时各桩的总沉降量较小, 在 13.81mm~17.1mm 之间, 未达到规范所推荐的沉降量为 0mm~ 60mm( 或桩径的 0.1~0.15 倍 ) 时对应的荷载, 属于不完全静载试验, 而试验所判定的承载力也不是最终的极限承载力因此, 可以判断这 6 根试验桩的极限承载力还有相当的富余量, 即单桩承载力仍可取较高的设计值在该工程桩端持力层为全风化或强风化花岗岩的地质条件下, 对于锤击 PHC 桩而言, 桩端土挤密效应能较大地提高极限端阻力, 从而提高极限承载力根据以上数据和施工经验估算, 极限端阻力的提高幅度在 1.3~1.8 倍之间 6 结语对于锤击式 PHC 桩, 尽管桩端土挤密效应在理论上还不能准确计算, 但在适合的施工条件下, 桩端土挤密效应能提高单桩竖向极限承载力在工程应用中, 可以充分利用这个优势, 获得较高的承载力, 节约工程投资在锤击 PHC 桩应用中, 应注意以下问题 : (1) 选择 PHC 桩时, 必须选用能承受较大抗裂弯矩和极限弯矩的 AB 型桩或 B 型桩, 以保证桩身能承受很大的锤击能量而不致使桩身破坏 (2) 桩端持力层要具有越挤压越密实的特性, 一般以花岗岩残积土层全风化或强风化花岗岩土层为宜 (3) 收锤标准可根据桩长要求适当调整, 一般控制在每十击 20mm~0mm 为宜, 并在施工中严格监控参考文献 [1]JGJ 92008, 建筑桩基技术规范 [S]. [2]DBJ/T , 预应力混凝土管桩基础技术规程 ( 广东省标准 )[S]. [3] 阮起楠. 预应力混凝土管桩 [M]. 北京 : 中国建材工业出版社,2000. 作者简介秦建军, 工程师, 梧州市第一建筑安装工程有限公司三总办副主任收稿日期 :

刘振华, 等 : 管桩单桩竖向极限承载力的沉降预估研究 91 淤泥质粉质黏土 (mq 3 4): 灰黑色, 可塑, 湿 - 饱和, 干强度与韧性中等, 具有明显臭味全场分布, 厚度较深, 达 20m 左右砂质黏土 (alq 3 ): 红褐色, 可塑主要由黏性土混和砂石等组成, 砂石含量占 10

刘振华, 等 : 管桩单桩竖向极限承载力的沉降预估研究 91 淤泥质粉质黏土 (mq 3 4): 灰黑色, 可塑, 湿 - 饱和, 干强度与韧性中等, 具有明显臭味全场分布, 厚度较深, 达 20m 左右砂质黏土 (alq 3 ): 红褐色, 可塑主要由黏性土混和砂石等组成, 砂石含量占 10 90 DOI:10 13379/j isn 1003 8825 2018 05 18 管桩单桩竖向极限承载力的沉降预估研究刘振华 1, 修占国 2, 袁义臣 1 1, 梁平 (1. 中建五局华东建设有限公司, 浙江平湖 312400;2. 东北大学资源与土木工程学院, 沈阳 110819) 摘要 : 为了更加精确地预估预应力管桩路基地基的沉降变形, 基于慢速维持荷载理论, 进行了路基预应力管桩的静载试验和试桩的