锤击式沉管灌注桩贯入度浅析

[摘 要]通过工程实例，介绍一下锤击式沉管灌注桩贯入度设计的一般方法，分析问题存在的原因，提出一些解决问题的实用方法。

[关键词]桩基；锤击式；软弱地基

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0020-01

一、 问题的提出

桩基几乎可应用于各种工程地质条件和各种类型的工程，尤其适用于软弱地基。锤击式沉管灌注桩以其诸多优点，成为多层住宅、综合楼的首选桩型。但其自身也存在一些缺陷和在设计施工中难以操作的指标，灌注桩沉管的贯入度的控制便是其中之一。现通过工程实践来对此进行探讨。一般认为，桩的贯入度与其极限承载力有直接的关系。贯入度通常依据现有的打桩动力公式结合当地成功经验确定。但灌注桩沉管的贯入度与桩承载力的关系是否可以用简单的经验公式确定，或者简单地套用当地成功经验，以及贯入度是否为一项控制性的设计指标，对于这些问题，笔者认为有必要作进一步的探讨。

目前，采用灌注桩的一般是九层以下的二级建筑物。由于国家规范对二级建筑物没有规定要进行现场试验确定单桩承载力，而是“应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算，并参照地质条件相同的试桩资料，综合确定”，因此这类建筑很少在设计施工前进行桩的现场试验，设计人员依据现有的打桩动力公式结合当地成功经验确定贯入度。在施工时，对于以摩擦为主的摩擦桩，大多数情况下沉管达不到设计要求的贯入度，这时通常采用四个方法解决：（1）加深桩长；（2）复打桩；（3）扩大桩径；（4）加桩。而这些做法都属惯例，似乎没有人会怀疑贯入度要求本身的合理性。当工程验收时，单桩承载力检验合格，证明设定的贯入度“没有问题”，又可以作为经验被采用。因此，如何把握贯入度，对于工程的安全性、经济性都有较大的意义。

二、 单桩竖向承载力的计算

1. 荷载传递机理

桩在荷载作用下，桩身上部首先受到压缩，一部分荷载往下部桩身传递，另一部分则在桩与桩周土之间形成摩阻力。当荷载分级逐步加到桩顶时，桩身上部受到压缩而产生相对于土的向下位移，与此同时，桩周表面受到土的向上摩阻力，桩身荷载通过桩周摩阻力传递到桩周土层中去，致使桩身荷载和桩身压缩变形随深度递减。随着荷载的增加，桩身压缩量和位移量增加，桩身下部的摩阻力随之进一步发挥出来。当桩周摩阻力全部发挥达到极限状态后，若继续增加荷载，则荷载量将全部由桩端土承担。桩的这种传递理论，是符合静压试桩实际的，且已为许多桩的荷载试验所证实。

2. 单桩竖向极限承载力标准值

单桩竖向极限承载力标准值按下式计算：

贯入度的设计一般依据现有的打桩动力公式，主要有格尔谢凡诺夫公式、工程新闻修正公式、海利公式和天津打沉管灌注桩公式等。上述经验公式是根据功能原理和实验推导出来的，适用对象为预制桩（包括钢管桩）；而灌注桩与预制桩在施工方法上有很大区别，如果套用上述经验公式设计灌注桩的贯入度，显然是不恰当的。在工程实践上，这种方法往往偏于安全，结果是使工程成本增加。

三、 工程实例

本例为天津市经济技术开发区某大型厂房的桩基实际工程。该厂房位于天津市塘沽区海河入海口，属于冲积地貌，地形平坦。设计要求采用锤击沉管灌注桩，桩端以中细砂层上部为持力层，桩长L=22m（从场地地坪算起），桩径Φ=480mm，单桩承载力标准值为600kN。

沉管贯入度计算：

由上述计算结果可知，天津公式要求较之更加严格。该地成功经验为：对于桩径Φ=480mm、设备锤重为30kN、设定锤落距为1.0m情况，最后三阵锤击，每阵10锤，贯入度

从测试试验结果看出：（1）该地区的灌注桩沉管贯入度实际值是设计值的2～8倍（至设计标高时），这时即使不加长桩长或复打，桩的承载力也完全能达到设计要求。可见贯入度设计值偏小。（2）对于贯入度特别大的3号桩，经灌砂复打，测试结果表明，桩的承载力也能达到设计要求，且最大沉降量仍未超过规范极限值。

分析其原因有以下几点：

（1） 由于构造上的原因，锤击式沉管灌注桩的预制桩靴比桩管外径大6～8cm，施工时，土对桩管的挤压力减少使桩管下沉阻力减少，因而使沉管贯入度增大。 （2） 成桩后灌注桩的实际桩径往往比管径大6%～7%，这是因为桩靴直径较大所致。由于实际桩径扩大使得桩的承载力相应增加，因此尽管施工时的贯入度相对较大，但静载试验加载至最大荷载时沉降量仍然较小。（3） 灌注桩的实际桩身表面是凹凸不平的，桩身混凝土与周围土互相咬合，致使土的摩阻力较预制桩大，且施工时桩管的摩阻力小于成桩后的摩阻力。（4） 沉管时由于连续锤击震动，土体内摩擦角变化很大。而在桩身灌注混凝土28天后，进行静载试验时，土体结构基本稳定，承载力有一定幅度提高。

四、结论

1. 对于砂土地基，采用灌砂复打，充分利用其挤密效应，是一种经济有效地减小贯入度的方法。

2. 简单套用现有的打桩动力公式设计沉管贯入度，有时与工程实际情况不符，将造成工程浪费。

3. 灌注桩贯入度作为一项设计施工指标，应该加以控制，但是应该避免盲目性。在无现场试验确定单桩承载力的情况下，可以采用这样的方法：在地质钻探孔附近，土层分布和各土层的物理力学指标比较准确，宜先在此打桩，仔细做好记录，在设计标高附近一定范围内准确测量每10击的贯入度。综合分析贯入度的现场施工记录、设计值，以及当地成功经验，调整实施的贯入度值，以尽可能地使贯入度控制值趋于合理。