不同类型地基土对预制桩沉桩的影响分析

　　摘 要：根据苏州地区的地质勘探资料与静压桩施工经验，本文着重分析不同地基土层对静压桩沉桩、终压力和单桩竖向极限承载力的影响，并提出相应的桩基施工建议。

　　关键词：终压力,单桩竖向承载力,孔隙水压力,沉桩

　　随着经济建设步伐的加快，基础设施建设速度也在加快。在工程建设中，要求速度快，质量高，尤其在地基基础施工过程中，要求桩基础施工工期短，低噪音，承载力高，效率高，质量保证。然而，桩型和施工工艺的选择正确与否关系到工程能否顺利进展。静压预制桩是大多设计者和业主的首选方案，预制桩较为直观，施工快捷、质量可靠，低噪音，无排烟污染，且单桩承载力高。比较适于湖相和海相沉积的土层(遇密实粉砂性土时，沉桩困难)。

　　在工作过程中，经常有业主或施工单位抱怨地质报告不准，担心桩基承载力达不到设计值，或者出现沉桩困难而截桩现象。一般而言，在排除土层发生突变的情况以外，勘探报告一般都按国家相关规范规定执行，满足设计要求，都会对沉桩影响进行分析，桩基施工单位只要仔细阅读地质报告，或者咨询岩土工程师相关问题，了解该场地地质土层的分布情况，以及各地基土层的工程地质性质，对不同类型的地基土采取不同应对措施，也就不必担心沉桩过程中出现的各类问题了。

　　土的形成是地壳原岩在复杂的地质条件下经过漫长的地质年代，经受各种风化作用，经剥蚀、搬运、沉积而形成的一种松散颗粒的集合体。土层受到其生成环境和地质历史变迁等因素的影响，不同类型的地基土层，工程地质性质也不同，力学性质差异也较大。根据本人的工作经验及对此类问题的见解，谈谈苏州地区各类地基土层对沉桩的影响。

　　沉桩过程其实是对土的刺入挤压扰动过程。在可塑～硬塑的粘性土中，预制桩在垂直力作用下沉入粘性土层中，桩周土体发生剧烈的挤压扰动，土中超孔隙水压力急剧上升，导致在桩周土体一定范围内产生重塑区，土的抗剪强度降低，桩端周围土中孔隙水向桩身与桩周土体之间的空隙中排出，进而起到润滑剂的作用，桩侧动摩阻力很小，此时桩身容易下沉，此时桩的终止压力值低于估算的极限承载力标准值。此沉桩过程中，压桩阻力主要来自桩尖向下穿透土层时直接冲剪桩端土体的阻力，压桩阻力并不一定随桩的入土深度的增加而增大，而是取决于桩尖处土体的软硬及松密性程度等因素，即由桩尖土体的抗冲剪阻力大小和抗隆起能力决定。压桩阻力的变化主要是桩尖阻力的变化，但这是一种暂时的动态现象，一旦压桩终止并随着时间的推移，桩周土中超孔隙水压力逐渐消散，桩周土的触变时效性和再固结作用，土的抗剪强度逐渐恢复，在挤密作用下，甚至超过原始强度。因此，休止时间越长，导致侧摩阻力恢复和增加，故一根桩的压入应一次完成，中间停歇时间不宜过长，否则当桩侧摩擦力恢复到一定程度后将难以继续压入。在一定的休止时间后，静压桩最后获得的单桩极限承载力可比终止压力值高出1.0-3.0倍。

　　在软塑～流塑粘性土中，因该类土自身特性问题，即抗剪强度低，结构松软，孔隙比大，导致其抵抗桩尖刺入的能力偏低，抱管作用也明显偏小。桩在软塑～流塑粘性土中的刺入作用较为明显，孔隙水压力虽然有一定的增长，但该类土孔隙比较大，且随着桩周土体结构的变形破坏，孔隙水压力消散的速度也明显加快。因此，沉桩阻力和阻力变化范围均比可塑～硬塑粘性土中的值小，较容易沉桩。如桩端置于软塑～流塑粘性土中，压桩终止并随着时间的增长，桩周土体中的孔隙水压力短时间内基本消散，桩周土随之产生再固结作用，因软塑～流塑粘性土的触变性和高灵敏度，土的抗剪强度恢复慢，且强度恢复程度也比可塑～硬塑粘性土中的值低。在一定休止时间过后，承载力虽有一定恢复，但如在加大沉桩压力，桩基还是很容易能继续下沉。因此，如桩端置于软塑～流塑土层中时，其工后沉降量会偏大。

　　在砂层中压桩，由于砂层的渗透系数较大，沉桩产生的孔隙水压力能迅速消散，压桩阻力不仅随着桩端砂土层的性质不同而变化。当砂层呈松散～稍密状时，桩端在该砂层下沉时，由于该砂层孔隙比大，孔隙水压力消散快，砂颗粒瞬时重新排列快，桩基下沉速度也快;当砂层呈中密～密实状时，孔隙比较小，在满载压桩力作用下，砂颗粒之间瞬时重新排列较慢，砂颗粒之间的挤出咬合、剪胀作用和摩擦作用提供的反作用力使桩处于动态平衡状态。因此，在砂层中沉桩时，沉桩阻力非常大，沉桩困难。当沉桩结束并卸载后，在一定的时间内，孔隙水压力逐渐消散，砂颗粒之间会随之产生部分相对滑动，颗粒重新排列，使桩端的承载力、桩侧摩阻力有所降低，因此，桩的极限承载力小于压桩结束时的终止压力。

　　针对特殊地质层采取相应的措施处理，对于硬塑粘性土，采用新工艺焊接方法，缩短沉桩停留时间，加快单桩沉桩速度，避免因间歇时间过长导致沉桩困难;对密实砂土层，建议采用预先引孔方法，为砂颗粒重新排列变形提供一定的空间，减小砂土的剪胀作用产生的阻力;在流塑的淤泥质土层中，桩周土提供水平阻力较小，缺少对桩的水平向有效保护作用，因此应尽量避免接桩部位置于流塑的淤泥质土层中。

　　沉桩施工前，技术员应先翻阅地质报告，了解该场地地质条件，地基土层的分布情况，以及各地基土层的工程地质性质，是否存在影响沉桩的地质层，如硬塑粘性土层、密实砂土层、岩块、溶洞等，对特殊地质层采取相应的处理措施，以确保沉桩顺利。

　　参考资料：

　　[1]《工程地质手册》编委会.工程地质手册(第四版).北京：中国建筑工业出版社，2007

　　[2]史佩栋等.实用桩基工程手册.北京:中国建筑工业出版社,1999

　　[3]中华人民共和国国家标准.建筑桩基技术规范(JGJ 94-2008).北京:中国建筑工业出版社,2008