一、前言
靜壓法施工是通過靜力壓樁機的壓樁機構以壓樁機自重和機架上的配重提供反力而將樁壓入土中的沉樁工藝。由於這種方法具有無噪音、無振動、無衝擊力等優點，適應今後岩土工程的要求；同時壓樁樁型一般選用預應力管樁，該樁作基礎具有工藝簡明，質量可靠，造價低，檢測方便的特性。兩者的結合便大大推動了靜壓管樁在廣東地區的應用，使之有望成為廣東今後樁基發展的主打產品。
人們在對《靜壓樁基礎技術規程》千呼萬喚的同時，也希望對靜壓樁的沉樁機理及工程實踐中的應用有進一步的了解，本文為此作一介紹。
二、靜壓樁沉樁機理
沉樁施工時，樁尖刺入土體中時原狀土的初應力狀態受到破壞，造成樁尖下土體的壓縮變形，土體對樁尖產生相應阻力，隨著樁貫入壓力的增大，當樁尖處土體所受應力超過其抗剪強度時，土體發生急劇變形而達到極限破壞，土體產生塑性流動（粘性土）或擠密側移和下拖（砂土），在地表處，粘性土體會向上隆起，砂性土則會被拖帶下沉。在地面深處由於上覆土層的壓力，土體主要向樁周水平方向擠開，使貼近樁周處土體結構完全破壞。由於較大的輻射向壓力的作用也使鄰近樁周處土體受到較大擾動影響，此時，樁身必然會受到土體的強**向抗力所引起的樁周摩阻力和樁尖阻力的抵抗，當樁頂的靜壓力大於沉樁時的這些抵抗阻力，樁將繼續刺入下沉。
反之，則停止下沉。
壓樁時，地基土體受到強烈擾動，樁周土體的實際抗剪強度與地基土體的靜態抗剪強度有很大差異。隨著樁的沉入，樁與樁周土體之間將出現相對剪下位移，由於土體的抗剪強度和樁土之間的粘著力作用，土體對樁周表面產生摩阻力。當樁周土質較硬時，剪下面發生在樁與土的接觸面上;當樁周土體較軟時，剪下面一般發生在鄰近於樁表面處的土體內，粘性土中隨著樁的沉入，樁周土體的抗剪強度逐漸下降，直至降低到重塑強度。
砂性土中，除松砂外，抗剪強度變化不大，各土層作用於樁上的樁側摩阻力並不是乙個常值，而是乙個隨著樁的繼續下沉而顯著減少的變值，樁下部摩阻力對沉樁阻力起顯著作用，其值可佔沉樁阻力的50～80％，它與樁周處土體強度成正比，與樁的入土深度成反比。
粘性土中，樁尖處土體在擾動重塑、超靜孔降水壓力作用下，土體的抗壓強度明顯下降。砂性土中，密砂受鬆馳效應影響土體抗壓強度減少，松砂受擠密效應影響土體抗壓強度增大，在成層土地基中，硬土中的樁端阻力還將受到分界處粘土層的影響，上覆蓋層為軟土時，在臨界深度以內樁端阻力將隨壓入硬土內深度增加而增大。下臥為軟土時，在臨界厚度以內樁端阻力將隨壓入硬土的增加而減少。
一般將樁摩阻力從上到下分成三個區：上部柱穴區，中部滑移區，下部擠壓區。施工中因接樁或其它因素影響而暫停壓樁的間歇時間的長短雖對繼續下沉的樁尖阻力無明顯影響，但對樁側摩阻力的增加影響較大，樁側摩阻力的增大值與間歇時間長短成正比，並與地基土層特性有關，因此在靜壓法沉樁中，應合理設計接樁的結構和位置，避免將樁尖停留在硬土層中進行接樁施工。
三、終壓力與極限承載力
在靜壓樁施工完成後，土體中孔隙水壓力開始消散，土體發生固結強度逐漸恢復，上部樁柱穴區被充滿，中部樁滑移區消失，下部樁擠壓區壓力減小，這時樁才開始獲得了工程意義上的極限承載力。從大量的工程實踐看，粘性土中長度較長的靜壓樁其最終的極限承載力比壓樁施工時的終壓力要大，在某些土體固結係數較高的軟土地區，靜壓樁最後獲得的單樁豎向極限承載力可比終壓力值高出一二倍，但是粘性土中的短樁，土體強度經一段時間的恢復，摩阻力雖有提高，但因樁身短，側摩阻力佔樁的極限承載力的比例差異不大，最終極限承載力達不到樁的終壓力。因此樁的終壓力與極限承載力是兩個不同的概念，一些初接觸靜壓樁的設計、施工人員往往將兩者混為一談。
兩者數值上不一定相等，主要與樁長、樁周土及樁端土的性質有關，但兩者也有一定的聯絡。
四、常見問題
（一）樁身上抬
由於靜壓樁是擠土樁，在場地樁數量較多，樁距較密的情況下，時常後壓的樁會對已壓的樁產生擠壓上抬，特別對於短樁，易形成所謂的吊腳樁。這種樁在做靜載試驗時，開始沉降較大，曲線較陡，但當樁尖達到持力層，承載力又有明顯增加，沉降曲線又趨於平緩，這是樁身上抬的典型曲線。樁身上抬除了靜載沉降偏大外，對樁而言可能會把接頭拉斷，樁尖脫空，同時大大增加對四周樁的水平擠壓力，導致樁傾斜偏位。
在處理上施工前合理安排壓樁順序，同一單體建築物一般要求先壓場地**的樁，後壓周邊的樁;先壓持力層較深的樁，後壓較淺的樁。出現樁身上抬後一般採用復壓的辦法使樁基按正常使用，但對承受水平荷載的基礎要慎重。
（二）引孔壓樁的問題
為了防止樁間的擠土效應太大，或土質太硬而使樁身較短，施工中往往採用引孔壓樁的工藝 ，即先鑽比管樁略小規格的直徑鑽孔，深度是樁長的（2/3～1）l，然後將管樁沿預鑽孔壓下去。引孔應隨引隨壓，中間間隔時間不宜大長，否則孔內積水，一是會軟化樁端土，待水消散後孔底會留有一定空隙；二是積水往樁外壁冒，削弱了樁的側摩阻力。
對於較硬土質中引孔壓樁還會有樁尖達不到引孔孔底的現象，施工完成後孔底積水使土體軟化，使承載力達不到設計要求。
（三）樁端封口不實
當樁尖有縫隙，地下水水頭差的壓力可使樁外的水通過縫隙進入樁管內腔，若樁尖附近的土質是泥質土，遇水易軟化，從而直接影響樁的承載力。對於樁靴的焊接質量要求與端板間無間隙、錯位，保證焊縫飽滿，無氣孔。施焊對稱進行，焊拉時間控制得當，焊接完成後自然冷卻10分鐘左右方可施打，因高溫焊縫遇水後變脆，容易開裂。
工程上比較有效的補救技術措施是採用填芯混凝土法，即在管樁施壓完畢後立即灌入高度為1.2m左右的c20細石混凝土封底，樁端不漏水，樁端附近水壓平衡，樁端土承受三相壓力，承載力能保持穩定。
（四）樁頂(底)開裂
由於目前壓樁機越來越大，最重可達6800kn，對於較硬土質，管樁有可能仍然壓不到設計標高，在反覆復壓情況下，管樁樁身橫向產生強烈應力，如果樁還是按常規配箍筋，樁頂混泥土抗拉不足開裂，產生垂直裂縫，為處理帶來很大困難。另一種情況就是管樁由軟弱土層突然進入硬持力層，沒有經過渡層，樁機油壓迅速公升高，樁身受到瞬間衝擊力也容易引起樁頂開裂，如果硬持力層面不平整，樁靴卡不進土引起樁頭折斷破碎，樁機油壓又下降，再壓時壓力不穩定，吊線測量樁長發現比入土部分短。處理上事前改進樁尖形式(圓錐形樁尖易滑)，事後用壓力灌漿把樁底破碎混凝土粘結住，適當折減承載力設計值。
（五）基坑開挖
由於靜壓樁逐漸用在高層建築中，基坑開挖不可避免。應根據開挖深度考慮是否需要先圍護開挖再沉樁的方案。邊打樁邊開挖是不可取的，先打樁後開挖應考慮對稱均勻，如在中間開挖把土堆在周圍就會造成四周和中心的土體高差懸殊，同時超孔隙水壓及震動會使管樁傾斜或折斷，所以合理制定基坑開挖方案是必不可少的。
五、結語
靜壓樁的沉樁機理非常複雜，與土質、土層排列、硬土層厚度、樁數、樁距、施工順序、進度等有關，有待進一步研究。靜壓樁施工中出現的問題也各種各樣，最常用的處理方法是提高終壓力進行復壓。往往樁在做完靜載試驗發現不合格後，還要增加靜載試驗或大應變檢測，以確定更大範圍不合格樁數量分布。
有時基坑已開挖，樁頭已鑿去位置難確定，壓樁機撤出現場，復壓或補樁有一定困難，這就要採取其它一些措施處理不合格樁，如灌漿補強、降低樁承載力標準或擴大承臺等。相信隨著工程實踐的不斷豐富，能為靜壓樁規程的制定提供更多的素材。
擠土效應的控制措施
①壓樁施工前應先清理表層雜填土，這樣可增加管樁中土塞的高度，減少施工時的擠土效應。同時管樁內側摩阻力加大，提高了管樁的單樁承載力。
②採用排土量大的薄壁大口徑空心管樁。根據建築物上部荷載情況，同一建築物的樁可選用不同樁徑的管樁，來減少樁數，擴大樁距。
③採用螺旋鑽機預鑽孔輔助沉樁法來減少樁的排土量，減小沉樁時對地基土體的擠土影響程度，以達到降低超靜孔隙壓力的目的。
④合理安排沉樁施工順序和進度。根據施工場地周圍環境和擠土程度，近距離先施工，遠距離後施工，並控制每天壓樁的數量。
⑤開挖防擠溝，設定應力釋放孔，以減小地基土體的變位值。
⑥加強施工過程中擠土位移監測，邊監測邊施工。
一、影響及破壞機理
壓樁對周邊環境的破壞主要是由於因壓樁產生的應力作用下，使得土體發生水平及垂向位移造成的。影響的範圍及程度因素諸多，不但與壓樁的距離，樁密度、數量，壓樁速率及施工順序有關，更與場地土層的性質與分布相關。
對於本項工程而言，淺部的填土層及③粘土層，擠壓應力的傳遞主要是通過樁周土體傳遞的，當擠壓應力大於樁周土體的抗力時，不可避免地順應力傳遞方向造成土體較大的側向並向遠處幅散減弱，其影響範圍可達15~20m。對於④及⑤飽和的粉質粘土而言。壓樁除了造成樁周土的擾動、位移及強度變化以外，由於樁周土滲透性很差，還會產生較高的孔隙水壓力及側向與垂向位移等，造成周邊建築物的不均勻沉降、開裂與破壞。
這種影響破壞較為嚴重的範圍，可能在離沉樁區8~10公尺內，隨著建築物的距離及自重的增大，其影響程度將逐漸減小。在⑥粉土中沉樁，由於該層粉土多呈稍密~中密狀，並貯有一定量的地下水，而滲透性較差；在沉樁過程中擠出的地下水數量大，而又不能立即消散，沉樁產生的擠壓力大部分轉化為孔隙水壓力，並隨沉樁的時間而激劇增大，這樣一方面使得土的有效應力大大降低，甚至液化；另一方面，由於土是非完全彈性體，為超孔隙水壓力一旦消散，被擠壓的土體不能完全恢復原狀，這樣就不可避免地造成了上覆土體的抬起和沉陷。但由於隨著深度逐漸增大，其影響亦逐漸減小。
綜上所述，造成沉樁區周邊地基土體豎向及徑向變形的原因，主要是由於土體的擠壓及超靜孔隙水的作用使得樁周土產生較大的側向位移和隆起。而在孔隙水壓力向四周消散，地基土體的低壓縮性及群樁的施工中的疊加因素影響下，進一步加強了隆起和位移的程度，並擴大其波及的範圍，當積累到一定程度後，即會使得鄰近建築物的側向位移超限，造成其不均勻沉降、開裂下破壞。但由於地基土的變位特性是由多種因素造成的，要準確預估沉樁造成地基土的側向位移、沉降和隆起變化及影響範圍，只能通過經驗來估計。
對於本項工程而言，其影響範圍約為樁的入土深度1倍左右。
二、對策
1、設計原則
（1）隔斷在沉樁施工中應力及超靜孔隙水壓力的傳遞路徑。
（2）改變超孔隙水及有效應力的消散方向，加快地基土的應力及超孔隙水壓力的釋放。
2、措施
1、距周邊建築15m範圍內的預製樁均改為鑽孔灌注樁；
2、採用在距相鄰建築物4m處開挖2.5m深，1m寬應力釋放溝；以減少地基淺層土體的側向位移對相鄰淺埋式建築物（和地下管線）的差異變位的影響
3、應先行施工鄰近建築物的最外側30根樁，從鄰近建築物處逐步向後施工；
4、在鄰近建築物處施工時，控制每天的打樁數量，以使土層中的應力能夠逐步得到釋放；白天打樁引起的土體位移增加值會在夜晚停歇時有約25％的回落，如夜晚繼續打樁，擠土效應引起的土體水平、豎向位移會一直增加不回落。因此，應避免24小時不停歇的打樁安排
5、做好對鄰近建築物的沉降及裂縫的監控工作，必要時拍好**；
應力釋放孔處理方案
在防擠土槽內按梅花形布置兩排防擠土孔，以以減少地基土體的變位值及其影響範圍，並減少可對鄰近建築物的影響。由於防擠（減壓）孔有利於地基土體應力的集中及超靜孔隙水的流向，根據經驗其影響範圍一般為2.5~3.
0倍孔徑，而孔隙水及擠土作用對周邊環境的影響主要為⑥粉土層以上的土層；因此減壓孔的設定將考慮上述因素確定。
（1）平面位置：雙排，按梅花形布置，排間距0.8公尺，孔間距1.0公尺。（見防擠土孔平面位置示意圖）
（2）孔徑：φ300~350mm
（3）深度：自然地面下17.5~18.0公尺。（原則上穿過⑥粉土層）
（4）施工方法：長螺旋鑽施工。
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