白山市永盛家园预制桩竖向承载力不足静载试验问题分析

摘要介绍了预制桩在白山的应用，以及预制桩单桩竖向承载力的检测，通过静载试验数据的对比分析，说明在粘性土地层当中预制桩施打的注意事项，及存在问题；分析了预制桩单桩竖向承载力不满足设计要求的原因，为今后在类似场地的施工和设计总结并积累了经验和数据。

关键词预制桩静载施打 承载力不足问题分析

中图分类号：U442.2 文献标识码：A 文章编号：

1 预制桩在白山市永盛家园的应用及应用场区的地质条件

白山市位于吉林省的东南部山区，东经126°26'，北纬41°53'，人口约130万，区域地质属华北区的辽东分区的浑江小区。大地构造单元为中朝准台地，辽东台隆，太子河―浑江陷褶断束，龙岗背斜南翼，浑江复向斜的北西翼中段。年平均气温4.9℃，年降水量842.8mm，年最高气温32.3℃，年最低气温 - 35.4℃，历年平均风速为2.0m/s，极端最大风速为19.7 m/s，风向SW。属中温带、半湿润、季风性、大陆型气候区。

白山市永盛家园为白山市永盛房地产开发有限公司开发的住宅小区，包括1#―10#楼。其中除3#、4#、5#、9#、10#为天然地基浅基础之外，其余1#、2#、6#、7#、8#楼设计采用了300mm×300mm预制桩基础，设计桩长6.50 m―10.50m，设计均为7层。

这里以1#、6#楼为例说明桩基的沉降问题，1#楼设计桩数357根，建筑面积6480.83 m2；6#楼设计桩数325根，建筑面积6066.46 m2。拟建场区位于市区南岭，地貌单元为坡地，地势有一定起伏，孔口高程最大值为504.60m，最小值为498.30m，最大高差6.30m。场地所在区域为地质构造相对稳定区，地层产状稳定，岩层面有一定倾斜，区域无大的断裂和褶皱。

勘察深度内，地层岩性由上至下分为四层，现分层描述如下：

①层，杂填土Q4ml:灰褐至黑褐，松散，稍湿，主要成份为粉土，碎石土、生活与建筑垃圾。层厚0.70m～2.80m。

②层，粘 土Q4al:黄褐至灰绿色，软塑、可塑至硬塑，无摇振反应，光泽反应中等，干强度及韧性均为中等 。局部含薄层草炭，地基承载力特征值160Kpa，层厚8.00m～9.00m。

③层，圆砾混合土Q4al: 黄褐色，稍密至中密，稍湿至湿，其中砾石约占45%，粉质粘土约占55%，粒度分析成果详见颗粒分析试验报告，地基承载力特征值260Kpa，层厚0.50m～3.40m。

④层，泥 岩J3:紫褐色，表层全风化至强风化，泥质结构，层状及块状构造，地基承载力特征值400--500Kpa。控制厚度1.00m～2.00m。

根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2001及吉林省地震动参数区划工作图，白山市抗震设防烈度小于6度，设计基本地震加速度小于0.05g，设计特征周期0.35s，设计地震分组为第一组。

根据岩土工程勘察等级为丙级，依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2001，4.1.3-4.1.6条规定判别，场地土类别为中软二类场地。

拟建场区场地无滑坡，崩塌等不良地质作用与现象。为建筑抗震有利地段。是小于6度区可不作抗震设防。

依据拟建场地的地质条件采用了预制桩基础结构形式,其相关参数如下：

1) 桩型 b=300mm，桩长6.50 m―10.50m；

2) 桩端持力层：③层圆砾混合土；

3）桩端阻力及侧阻力特征值见表1。

4）桩周土物理力学参数见表2。

5）估算单桩竖向承载力特征值Ra（KN）

Ra=μpqsiali+qpaAp

=4×0.3×(9×2.0+20×6.0)+3500×0.32

= 165.6 + 315.0 =480.60KN

设计院设计单桩竖向承载力特征值Ra取450KN。

表1 桩端阻力及侧阻力特征值

表2桩周土物理力学参数表

2 桩基的施工、检验检测及基桩竖向静载试验

基桩的施工根据锤重应大于桩重，锤总重和桩重的比值应为1.0-1.5原则，选用了DD-3.0A型柴油锤打桩机，柴油锤最大冲击力250-330t，落高2m。桩的规格采用ZH-30B。惯入度控制设计小于20mm，施工单位实际控制小于10mm。

试验加载装置为单台QF100T型分离式油压千斤顶（双油路），RSWS-50位移传感器，RS-JYB基桩静荷载测试分析系统。加载的反力装置选用砂袋堆重平台反力装置。

基桩的检测数量1#楼、6#楼各3根，试验结果见表3--表6：

表31#楼基桩竖向抗压静载试验结果汇总表

表41#楼基桩竖向抗压静载试验数据、Q-s及s-lgt曲线

表4-1 72#基桩静载试验加载及沉降量数据表：

表4-272#基桩Q-s曲线及s-lgt曲线

表4-3 48#基桩静载试验加载及沉降量数据表：

表4-4 48#基桩Q-s曲线及s-lgt曲线

表4-5 240#基桩静载试验加载及沉降量数据表：

表4-6240#基桩Q-s曲线及s-lgt曲线

表56#楼基桩竖向抗压静载试验结果汇总表

表66#楼基桩竖向抗压静载试验数据、Q-s及s-lgt曲线

表6-1 120#基桩静载试验加载及沉降量数据表：

表6-2120#基桩Q-s曲线及s-lgt曲线

表6-3 153#基桩静载试验加载及沉降量数据表：

表6-4 153#基桩Q-s曲线及s-lgt曲线

表6-5121#基桩静载试验加载及沉降量数据表：

表6-6121#基桩Q-s曲线及s-lgt曲线

3 静载试验打入桩地基承载力不足问题原因分析

设计院依据《岩土工程勘察报告》，选用的单桩竖向承载力特征值450KN，而通过静载试验测定单桩竖向承载力特征值最大405 KN，最小315 KN，不满足设计需要。原因分析如下：

1）岩土工程勘察工作不细，地质资料不详或差错

拟建场地，地势起伏较大，持力层层面起伏较大，地基土质变化较大，勘察时由于民居障碍，部分勘探孔位有偏差等因素都给勘察工作带来了一定的困难,以至勘察工作不细，使得地质资料与现场的实际地层结构存在一定的误差,给打桩工作带来了不利的影响。

2）试桩间歇时间较短，桩周土侧摩阻力没有及时恢复

桩基施工期间正值雨季，施打完成后曾遭受了两场比较大的降雨，由于桩周土体扰动，雨水沿桩周入渗，对桩周土的侧摩阻力的恢复也将产生不利影响。按《建筑桩基设计规范》JGJ94--2008，

桩端阻力特征值Qpk = 3500×0.09 = 315 KN

桩周土摩阻力特征值 Qsk = 4×0.3×(20×6+9×2) = 165.6 KN

理论计算的侧阻与静载荷试验资料相比较，说明侧阻基本没有得到充分发挥。而按试验研究理论，当桩尖沉降大于10mm时，桩侧各层土的桩―土相对位移均大于10mm，这时各层土侧摩阻力均已被充分动员。究其侧摩阻力没有充分发挥的原因，应是试桩间歇时间较短的影响。

按相关规范的规定，试桩间歇时间，在满足混凝土设计标号的情况下，一般粘性土不应少于15天，对于淤泥或淤泥质土，不应少于25天。考虑本场地的特殊情况，间歇时间应该适当延长，而121#桩的试验最小间隔为11天，可见不满足间歇时间的要求。

3）打入桩施工工艺和施工方法不当，施工队伍的施工经验不足

施工机械的设备能力应足以克服桩的贯入阻力，同时由于打桩时对土体挤压，对地基的振动影响较大，会产生挤土影响和危害。

落锤沉桩是最原始、简易的施工方法，由于落锤冲击能较小，其沉桩穿透能力较弱，工效低。在软弱粘土层较厚的地基中施工时，柴油锤不易爆发，还产生较大的打桩拉应力，降低桩的打入精度和施工质量。

液压锤沉桩是近年发展应用的新技术，它的污染危害、噪音和振动均较小，即能保证冲击能量的充分发挥而又不损害桩体，还可按贯入阻力确定桩是否打至预定的土层。故考虑其他的施工方法沉桩应对提高拟建场区的单桩承载力有益。

对于软土地基中的支撑摩擦桩和桩尖处土层为松砂的支撑摩擦桩或端承桩，最后停打标准可采用以“预定桩尖标高控制”法为主，并以“最后贯入度控制”法为辅的方法，最后锤击3阵，每阵10击的贯入度平均值均符合设计要求为准，以提高桩基的竖向承载能力。

4）预制桩打桩的顺序流向不合理，桩体受土体的挤压上浮

桩周土体为粘性土，打桩影响程度与桩长和桩径的大小成正比，与距离成反比。设计桩间距最小0.8m，最大1.2m，最小桩间距已小于规范要求的3倍桩径的标准。因桩的打入，会使地基土受到压缩和密度增高，软弱粘性土地基内打桩将会产生较高的超孔隙水压力和桩周围土有向侧向和上部移动的倾向。打入的桩随地基土体的隆起而上升，产生桩尖与持力层土体脱空的不利的预制桩上浮现象。根据这种情况应采用复打作业以保证桩基的承载能力。

对密集群桩，应采用由中央部位向四周打的方法，或从一面开始打入，平行前进。在斜坡地区，打桩顺序宜由坡顶向坡脚进行。当桩的长度、直径、桩顶标高不同时，可先打长桩，后打短桩。采用单向单流水法进行施打。

而实际施工时施工单位的施打顺序是由两侧向中间施打，这就使得桩体的挤土效应增强，桩体的承载能力降低。

表71#楼基桩施打顺序表

5）沉桩贯入阻力估计不足选锤能量过小，桩的贯入度虽达到了要求但桩的承载能力并未达到要求

沉桩施工时，桩的贯入过程造成了桩周土颗粒的复杂运动，使桩周土体发生变化，桩尖“刺入”土体中时，原状土的初始应力状态受到破坏，造成桩尖下土体的压缩变形，土体对桩尖相应产生阻力。随着桩贯入压力的增大，当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时，土体发生急剧变形而达到破坏，粘性土产生塑性流动或挤密侧移和下拖，桩尖下土体被向下和侧向压缩挤开，桩继续“刺入”下层土体中。

实践证明粘性土在桩周D/2范围内（D为桩的直径）产生重塑区，在3D范围内为扰动区。沉桩阻力分布规律模型为：

Pu = F中 + F下 + Pd

Pu――沉桩总阻力（KN）；

F中――桩周中部滑移区动摩阻力（KN）；

F下――桩周下部挤压区动摩阻力（KN）；

Pd――桩端动阻力（KN）；

沉桩时，当桩顶施加的动荷载克服桩周动摩阻力和桩端动阻力之和，桩就贯入下沉。由于桩贯入下沉时的桩尖效应影响，邻近桩尖处的桩周土体对桩产生较大的法向抗力，必将明显增大桩周的动摩阻力。

下面按动力触探估算公式计算沉桩总阻力：

Pu = UL中×N ×J+UL下×N×J×n+p×m×N×J×s

N――已深度修正的标贯击数；

J――标贯阻力折算系数（Kpa/击）粘土取2―3.5；

s――桩尖截面积（cm2）；

L中――滑移区土层厚度（50―60）%L0；

L下――挤压区土层厚度（5―8）D桩径，土硬取小值；

n――挤压区土层的桩周冲击系数，粘性土取2.5―3.5；

p ――桩尖尺寸效应折算系数，取0.4-0.6；

U ――桩外周长（cm）；

计算得：

Pu =0.3×4×(3×11×3+1.5×15×3.5×3)+0.4×2×15×0.09×2

=404.46KN

桩周土摩阻力特征值 Qsk =Pu/2 = 404.46/2 = 202.23KN

可见沉桩的总阻力是比较大的，桩顶施加的动荷载克服沉桩的阻力下沉有一定的困难，至使贯入度达到标准而桩基的承载力没有达到沉桩标准。

4 结论与建议

预制桩在粘性土场地的施工，有时发生沉桩达到标准而承载力没有达到标准的情况。究其原因是由于粘性土的挤土效应而产生的桩基上浮，沉桩间歇短侧阻恢复不足及锤击能量小，不足以克服沉桩总阻力及桩基施工顺序流向不当、施工工艺不当，等不利因素的影响而造成的。

针对桩端承载力不足的情况，设计单位修改了设计，建筑结构局部采用了轻型材料。同时影响了建设进度，给建设单位造成了巨大的损失。由于粘性土沉桩的特殊情况，在今后的施工中应引起广大的岩土工程同行的注意。

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