锚杆静压桩动阻力与休止时间的关系研究

郭俊杰

上海长凯岩土工程有限公司，上海 200093.

摘  要：通过现场压桩试验，该文研究了锚杆静压桩施工过程中（瞬时）压桩动阻力与休止时间的关系。分析得出休止时间较短时（瞬时）压桩动阻力增加速率较快，休止时间较长时稳压动阻力与（瞬时）压桩动阻力的差值较大，桩端进入持力层越深时压桩动阻力变化值越小。对锚杆静压桩的设计及施工提供了一定的参考依据。

关  键  词：锚杆静压桩；压桩动阻力；稳压动阻力；休止时间

中图分类号：TU473         

1 引  言

随着城市化的不断发展，中国的基础建设全面推进，具有建设面广、建筑高度高、结构形式多样等特点，工程选址、基础选型、结构设计等问题尤为重要。如果项目建设于工程地质复杂区域，或基础设计和施工存在缺陷，或结构荷载未准确计算，往往容易出现建筑物不均匀沉降问题，此时必须进行基础加固处理。锚杆静压桩作为一种施工简便、质量可控、快速有效的基础加固工艺，目前已在既有建筑和新建建筑中得到广泛应用，从低层到超高层建筑均有很多成功案例，并有诸多相关工艺的研究成果[1~5]。

静压桩的动阻力与土体性质、桩型、桩长、地下水等因素有关，压桩过程中，桩体使桩周一定范围的土体出现重塑区。通过挤压土体，桩周土体中超孔隙水压力变大，从而使土体有效应力减小，造成桩侧阻力和端阻力减小。停止压桩后，超孔隙水压力随着时间的推移逐渐消散，土体强度随之恢复，最终单桩承载力得到充分发挥。目前单桩承载力的时间效应问题亦有许多研究[6~10]。

锚杆静压桩施工的最重要一个环节就是动阻力的控制。施工过程中压桩动阻力的大小影响着施工效率，施工即将完成时的动阻力关系着最终的单桩承载力和后期沉降。压桩过程中如果停止施工，之后再进行压桩时（瞬时）压桩动阻力将大于上次停止施工时的压桩动阻力，可能导致压桩无法正常进行，桩长达不到设计要求等问题。

本文利用宿迁某基础加固工程的压桩试验数据，分析研究了压桩动阻力与休止时时间、桩端进入持力层深度的变化规律。

2 工程概况

2.1 项目概况

宿迁某工程有1栋18层住宅楼，设1层地下室，采用钢筋混凝土剪力墙结构，基础形式采用筏板基础，管桩型号为PHC-500(125)AB-C80，单桩承载力特征值2050kN，桩长约31米。根据监测资料显示，该栋建筑物封顶后差异沉降较大，且无收敛趋势，亟需进行基础加固。

2.2地质条件

根据地质资料，场区北侧紧邻运河，场区内的地基土为第四纪全新世和早～晚更新世的土层，成因类型以冲积为主，表层为人工堆积。根据土层的地质时代、成因类型、岩性及分布埋藏特征，将场地揭露土层划分为10个工程地质层。土层自上而下分布情况及主要物理力学指标如表1所示，典型地质剖面图如图1所示：

表1 土层分布及主要物理力学指标

Tab. 1 Soil layer distribution and main physical and mechanical indicators

地层名称及编号	γ(kN/m3)	fak(kPa)	Es(MPa)	Ck(kPa)	k(度)	混凝土预制桩(kPa)
						桩的极限侧阻力标准值(qski)	桩的极限端阻力标准值(qpk)
杂填土①	16.56	60	3.29	10.4	2.4	16	/
砂质粉土夹粉质粘土②	18.68	120	6.48	10.8	27.1	35	/
粉质粘土③	17.80	100	3.98	15.4	4.0	26	/
砂质粉土④	19.02	140	9.47	11.0	28.5	45	/
粘土⑤	19.33	160	10.71	66.6	14.7	57	1500
粉质粘土⑥	19.09	140	6.36	41.2	10.6	45	3000
粘土⑦	19.44	160	9.97	67.9	13.7	58	2500
粉细砂⑧	19.98	200	15.16	6.9	30.8	66	4500
粘土⑨	19.58	220	11.31	81.7	15.9	65	2800
粉质粘土⑩	19.30	160	8.17	60.0	13.3	53	1800
砂质粘土	19.68	280	12.84	95.0	15.9	85	4800

图1 典型地质剖面图

Fig. 1 Typical geological profile

2.3沉降原因分析及加固方案

从典型地质剖面图中可以看出，原工程桩进入持力层的深度较浅，且持力层略有起伏。8#楼南侧桩端进入持力层深度较深，8#楼北侧桩端进入持力层深度较浅，从而北侧沉降较大，南侧沉降较小，且差异沉降在逐渐增大。

根据项目特点，在建筑物北侧采用Φ355×12钢管桩（A类桩）进行基础加固，设计桩长33m，承载力特征值1800kN~2000kN，压桩动阻力不小于4000kN；在建筑物南侧采用Φ325×12钢管桩（B类桩）进行基础加固，设计桩长33m，承载力特征值1500kN~1800kN，压桩动阻力不小于3000kN；终桩以压桩动阻力控制为主，桩长控制为辅。

3 动阻力变化分析

施工过程中，选择了Φ325×12钢管桩（B类桩）进行试验研究，主要分析压桩（瞬时）动阻力与休止时间、压桩（瞬时）动阻力与复压（稳定）动阻力差值、压桩（瞬时）动阻力与桩端进入持力层深度的变化规律。

如图2所示，桩端入土深度31.5m（进入持力层约0.5m）时，压桩（瞬时）动阻力随休止时间的增加而增加，休止时间在4h内时压桩（瞬时）动阻力增加速率约为19t/h；休止时间大于4h后，压桩（瞬时）动阻力增加速率约为5t/h。当复压动阻力大于钢管桩极限承载力后，桩周土体结构再次破坏，出现重塑区，压桩动阻力会降低至某一值。当休止时间较短时（2h以内），动阻力下降值约为6.4t；当休止时间较长时，4h和15h复压动阻力下降值分别是25t和36t。

图2 桩端入土31.5米时不同休止时间动阻力变化情况

Fig. 2 Changes in dynamic resistance at different rest times when the pile end is 31.5 meters into the soil

如图3所示，桩端入土深度32.0m（进入持力层约1.0m）时，压桩（瞬时）动阻力随休止时间的增加而增加，休止时间在4h内时压桩（瞬时）动阻力增加速率约为30t/h；休止时间大于4h后，压桩（瞬时）动阻力增加速率约为1t/h。当复压动阻力大于钢管桩极限承载力后，桩周土体结构又一次破坏，再次出现重塑区，压桩动阻力会降低至某一值。当休止时间较短时（2h以内），动阻力下降值约为10t；当休止时间较长时，4h和15h复压动阻力下降值分别是74t和65t。

图3 桩端入土32.0米时不同休止时间动阻力变化情况

Fig. 3 Changes in dynamic resistance at different rest times when the pile end is 32.0 meters into the soil

如图4所示，桩端入土深度32.0m（进入持力层约1.5m）时，压桩（瞬时）动阻力随休止时间的增加而增加，休止时间在4h内时压桩（瞬时）动阻力增加速率约为25~40t/h；休止时间大于4h后，压桩（瞬时）动阻力增加速率约为4t/h。当复压动阻力大于钢管桩极限承载力后，桩周土体结构再一次破坏，再一次出现重塑区，压桩动阻力会降低至某一值，降低值约为16t。

图4 桩端入土32.5米时不同休止时间动阻力变化情况

Fig. 4 Changes in dynamic resistance at different rest times when the pile end is 32.5 meters into the soil

如图5所示，休止时间在4h以内时，休止后压桩（瞬时）动阻力增加较迅速（速率为20~40t/h）；但随着休止时间的增加，增加速率逐渐减缓（速率为1~5t/h）。

图5 桩端进入不同持力层深度动阻力

随休止时间的变化趋势

Fig. 5 Trend of dynamic resistance of pile ends entering different bearing layers with rest time

如图6所示，钢管桩进入持力层较浅时，2h内复压（稳定）动阻力降低值较小；休止4h之后，复压（稳定）动阻力降低值较大；主要是因为休止时间较短时，钢管桩周围土体强度恢复较小，钢管桩极限承载力增加量较少，从而复压（稳定）动阻力只能降低较小的值。当钢管桩进入持力层较深时，无论休止时间多长，复压（稳定）动阻力降低值基本上保持不变，且降低值相对较小；其主要原因可能是深层土体土压力较大，土体结构较难破坏，土体强度恢复的时间亦较短。

图6 桩端进入不同持力层深度休止后动阻力减少值

随休止时间的变化趋势

Fig. 6 The trend of the decrease in dynamic resistance after the pile end enters different bearing layers

with the rest time

4 结语

本文通过分析研究锚杆静压桩的动阻力与休止时间、进入持力层深度的变化趋势，主要得出如下规律：

（1）休止时间较短时（4小时内），压桩（瞬时）动阻力增加迅速，随着休止时间的增加，压桩（瞬时）动阻力增加缓慢。

（2）复压动阻力大于钢管桩极限承载力后，即土体结构再次破坏，休止时间较短时（4小时内），稳压动阻力与压桩（瞬时）动阻力相比，降低值较小；随着休止时间的增加，稳压动阻力与压桩（瞬时）动阻力相比，降低值较大。

（3）桩端进入持力层较浅时，压桩（瞬时）动阻力与复压（稳定）动阻力差值较大；随着桩端进入持力层深度的增加，压桩（瞬时）动阻力越接近复压（稳定）动阻力，即钢管桩极限承载力。

这些变化规律对后期锚杆静压桩的设计和施工提供了参考依据，具有一定的经济效益和社会效益。

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