静压桩的压桩力与承载力关系分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇静压桩的压桩力与承载力关系分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要： 本文根据多项工程的压桩力数据和承载力值，推导了桩端持力层为粘性土时静压桩的压桩力与承载力的关系，为根据压桩力来推测单桩承载力及据设计单桩承载力来预估终值压桩力提供了依据。

Abstract： According to jacking force data and bearing capacity values of a number of engineering， this paper derived relationship between jacking force and bearing capacity of static pressure pile when pile end bearing stratum belongs to cohesive soil， providing basis for speculating single pile bearing capacity according to jacking force and estimating the final value of the jacking force according to single pile bearing capacity.

关键词： 静压桩；压桩力；承载力；压桩力与承载力关系

Key words： static pressure pile；jacking force；carrying capacity；relationship between jacking force and bearing capacity

中图分类号：TU473.1+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）13-0129-02

————————————

作者简介：王晓伟（1982-），男，江苏射阳人，工程师，硕士研究生，主要从事地下工程施工技术及安全风险管理研究。

0 引言

终压力Pu是桩尖达到持力层终止压桩时的最终静压力，单桩竖向承载力标准值Quk是沉桩结束桩周土体产生因结后，桩能满足上部结构要求可以承受的最大荷载，终压力是终止压桩瞬间出现的荷载，其每次出现持续的时间通常仅为5～10s。单桩承载力是桩能抵抗由上部结构传来的长期荷载作用的能力，这个本质区别又决定了两者的计算依据不尽相同，因土层结构、桩型、桩径、桩长、压桩力不同，会出现终压力大于或小于单桩竖向承载力的状况[1]。

1 静压桩的压桩机理

采用静压桩施工的地基一般含水量较高，孔隙比较大，在桩受垂直静压过程中，桩尖直接使土产生冲剪破坏，伴随或先发生沿桩身土体的直接剪切破坏。孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生了超孔隙水压力，扰动了土体结构，使桩周约一倍桩径的一部分土体的抗剪强度降低，发生软化（粘性土）或稠化（粉、砂土），出现土的重塑现象，从而可较易地连续将静压桩送入深部地基土层中[2]。

桩尖锐角的大小对压桩时楔入土层的影响较为明显，一般宜取45°～55°，桩尖锐角愈小，桩尖对土层产生的冲剪作用愈显著并使压桩阻力有所减小。

2 静压预制桩的单桩受力及承载机理

对于静压桩来说，当竖向荷载逐步地施加于桩顶时，桩上部首先受到竖向压缩，因预制桩整体性好，桩身强度较高，因此桩身压缩量很小，荷载的作用使桩产生相对于桩周土的向下位移，与此同时，桩身表面受到桩周土向上的摩阻力作用，桩身荷载通过所发挥出来的摩阻力传递给桩周土层，致使桩身荷载和桩身压缩变形随深度递减。在桩土相对位移等于零处，桩身侧摩阻力也为零。随着继续加荷，桩身的压缩量和位移也逐渐增大，桩身下部的摩阻力随之逐步发挥作用，从而也将部分荷载传递给桩端土层，并进一步使其压缩并产生桩端阻力。

桩端土层的压缩也导致了桩土相对位移加大，桩侧摩阻力进一步发挥而达到极限。桩侧摩阻力发挥至极限后，若继续增加荷载，随着桩土相对位移的继续增大，桩的总侧摩阻力将基本保持不变或有所降低，其荷载增量将全部由桩端阻力承担。若荷载继续增大则使桩端持力层大量压缩和塑性挤出，直到桩端阻力达到极限而破坏，此时桩承受的荷载就是桩的极限承载力。

3 压桩力与承载力关系的寻求

由静压桩的沉桩机理及承载机理，静压桩的压桩力与极限承载力之间存在着某种数学关系。据《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008[5]规定的方法，根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力的标准值，计算如下：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp（1）

式中：qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；qpk—极限端阻力标准值；li—桩穿越第i层土的厚度；u—桩身周长；Ap—桩身截面积。

由上述论述，静压桩在压入过程中需要克服的力包括压桩端阻力和桩侧动摩阻力，故而，静压桩的压桩力终值Pend应该是压桩端阻力与动侧摩阻力两者之和。用公式可作如下表示：Pend=mQpk+nQsk（2）

其中：Qpk—桩端阻力；Qsk—桩侧阻力；m—桩端阻力折减系数；n—动摩擦力与静摩擦力的比值。

为了寻求压桩力终值与静压桩承载力终值之间的关系，选取了若干工程实例进行比较研究，相关参数如表1所示。根据如表1所示的工程实例（桩尖持力层均为粘性土层），该式中的m值取0.82，n值取0.43时，该公式较接近工程实际，这一点从图1当中，能够较直观地反映出来，因而可以作为工程实践之参考。

从（2）式来看，成桩后的单桩承载力中，当桩端承载力Qpk所占比例大于34.4%时，则沉桩阻力以桩端阻力为主，当桩侧摩阻力Qsk占比例大于65.6%时，沉桩阻力以动侧摩阻力为主。总之，在桩基施工时，可根据勘查报告所提供的地基土性质预估单桩极限承载力，再将预估单桩桩端极限承载力Qpk和桩侧摩阻力Qsk代入式（2）式推得压桩力，从而作为桩基施工时确定压桩力及沉桩设备的参考依据。

4 关系式的工程意义

4.1 该关系式表明，当桩尖持力层为粘性土层时，对于静压桩其压桩力值与承载力值的数值比应介于0.82～0.43之间，也就是说，桩的极限承载力值应为Quk=（1.20～2.33）Pend，对摩擦桩来说，可以近似认为Quk=2.33Pend，对端承桩来说，可认为Quk=1.20Pend，这样就说明桩的极限承载力和压桩力之间的比值不能无限地增大或者缩小，而是介定于有限的范围之内，当Pend/Quk超出这一范围时，应及时查找原因，同时提醒施工人员谨慎施工，采取相应措施以确保施工的质量和安全。

4.2 压桩力的大小在一定程度上反映了不同土层的软硬程度。据所收集的资料来看，桩在同一土层中的压桩力大小变化较小，其主要是克服桩体冲剪土体向下穿透时的桩端阻力，这一点从压桩时所记录的压桩力值可以证实，该值不随深度而递增，只有当桩尖达到土层的分界面时才会产生变化。这与静力触探的比贯入阻力值能定量提供土层垂直方向的变化有其相似机理。

4.3 静压预制桩桩基工程往往因工期紧迫，未经先试桩、静载荷检测就正式施工，这就涉及到压桩机选型问题，大型桩机讲退场费用高，经济上不合理，小型桩机压桩力不足，往往满足不了设计要求。为此，我们可以按（2）式计算出最终压桩力，根据压桩力选择合适的桩机。

5 结语

①静压桩的压桩力主要与桩端土的抗冲剪阻力、侧壁动摩阻力有关，一般来说，端承桩的压桩力与承载力的比值要较摩擦桩的大。②本文通过收集到的数据，提出了粘性土中压桩力与承载力之间的关系式，即Pend=0.82Qpk+

0.43Qsk，可以对施工实践提供—个简便实用的通过终压力确定单桩极限承载力或通过承载力预估终压力的方法。

参考文献：

[1]黄赞.静压桩终压力的确定及其意义[J].建筑技术，2002（3）：184-186.

[2]张九香.小断面静压预制桩在软土地层中的工程应用研究[D].上海：同济大学，2004.

[3]刘刚.黄土地区单桩极限承载力预测及计算[D].成都：西南交通大学，2008.