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摘要该文以济宁运河城商务中心工程应用静压管桩为例，介绍静压沉桩的机理，管桩的设计与施工，施工中遇到的问题及处理措施，并对静压管桩在较硬土层及中密以上的厚砂层中的应用提出展望。
关健词静压管桩沉桩机理处理措施
1前言
预应力混凝土管桩（以下简称管桩）是近十几年来应用较多的一种预制桩型。由于该桩型具有工艺简单，质量稳定、性能可靠，单桩承载力高，抗裂、抗弯性能好，成桩质量可靠性高，对工程地质条件适应性强，施工现场简洁、对环境的不良影响小，施工工期短，检测方便，造价较低等优点，在工业与民用建筑、公路、铁路、港口等工程中得到了广泛应用，在软土地区的应用其优势更加突出，同时也积累了不少的地方经验。但在鲁南地区应用较少，鲁南地区地层主要为河流冲洪积层，土层相对较硬，而且砂层较多，达到中密到密实，静压沉桩较困难。济宁运河城商务中心工程越出常规，设计采用静压管桩基础。
2工程及地质概况
济宁运河城商务中心位于济宁市老运河北约150m，为商业繁华地段，为市重点工程。拟建物主要为商业建筑和高层写字楼。拟建物分为主楼和裙楼，主楼4幢（楼号分别为A、B、C、D座），单幢占地面积27mх27m， 地上24层，地下3层，楼高94.2m，框剪结构，设计采用静压管桩基础，基础埋深17.0m；裙楼地上3~6层，地下3层，框架结构，采用独立基础，基础埋深14.5m。全部裙楼均与主楼相连接。根据地质勘察报告，拟建场区内土层为汶泗河冲洪积层，最大揭露深度60m，共分21层,主要为粘性土和砂土，粘性土中含有钙质结核，砂土分布不均匀，⑿层及以下各土层具中或低压缩性，力学性质较好。在桩基深度范围内土层的物理力学指标及预制桩极限侧阻力、端阻力取值见下表。
3桩基设计简介
3.1桩基设计
本工程主楼与裙楼连接在一起，对沉降很敏感，桩基础应满足强度及变形的要求。桩基方案有两种，一种是钻孔灌注桩，这种桩在当地应用较多，施工经验也较成熟；另一种是管桩，在当地从未应用过，无施工经验。通过从施工条件、工期、造价等方面对两种桩型进行分析比较，工程设计采用管桩。管桩的混凝土强度为C60，桩径500mm，壁厚125mm，桩间距1.75m，桩长21m，桩端持力层为⒃层中砂，单桩竖向承载力设计值为2200kN，单幢楼的总桩数为289根。
3.2单桩竖向承载力的确定
（1）经验参数估算
根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，按下式计算：Quk = Up+qpkAp。式中Quk：单桩竖向极限承载力标准值；Up：桩身周边长度；qsik、qpk：桩极限侧阻力、端阻力标准值；Ap：桩底端横截面积； ：第i层岩土的厚度。初步设计时单桩竖向承载力特征值可按下式估算：Ra = qpaAp +Up。式中Ra：单桩竖向承载力特征值；qpa、qsia:桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得，采用当地经验值，一般相当于极限端阻力、侧阻力标准值的0.5倍。根据上述公式估算，单桩竖向极限承载力标准值为4800kN，单桩竖向承载力特征值为2400kN。
（2）单桩载荷试验
单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根[2]。首先对B号楼进行试桩，基坑已开挖至-15.0m，在楼基础外侧试桩，试桩数为3根，单节桩长7~11m，采用静压法沉桩，压桩机最大压桩力为8000kN。其沉桩情况如下：
1号桩：入土深度23m，有效桩长21m，最后压桩力15.5MPa。
2号桩：入土深度22m，有效桩长20m，最后压桩力15.1MPa。
3号桩：入土深度24m，有效桩长22m，最后压桩力16.3MPa。
在试桩龄期满28天后，进行了静载检测，检测结果如下：
1号桩实测试验单桩竖向极限承载力Qu≥5000kN，最大沉降量为11.2mm。
2号桩实测试验单桩竖向极限承载力Qu≥4900kN，最大沉降量为10.5mm。
3号桩实测试验单桩竖向极限承载力Qu≥5200kN，最大沉降量为8.7mm。
经试桩，桩的单桩竖向承载力均能满足设计要求。
4静压沉桩机理及施工
4.1静压法沉桩及桩土作用机理
静压法沉桩是借助专用桩架自重和配重或结构物自重，通过压梁或压柱将整个桩架自重和配重或结构物自重反力，以卷扬机滑轮组或电动油泵液压方式施加在桩顶或桩身上，当施加给桩的静压力与桩的入土阻力达到动态平衡时，桩在自重和静压力作用下逐渐沉入地基土中。
桩的沉入过程是桩向四周挤开与自身体积相等的土体进入土层中的过程。此过程产生挤土效应，造成桩身和桩端周围一定范围内的土体发生不同程度的扰动和重塑。沉桩入土时，土体受到急速挤压，在桩周围产生很高的超孔隙水压力，土体受扰动和孔隙水压力升高，土的强度削弱，沉桩完成后，又因孔隙水压力随时间逐渐消散和土的触变复原作用，土的强度可能恢复到甚至超过土的原有强度，使桩周土体产生固结。
施工间歇时间对桩侧摩阻力有影响，成正比关系，并與土层特性有关。所以，静压法沉桩施工，不仅应合理设计接桩的结构和位置，避免将桩尖停留在硬土层或砂性较重的土层中进行接桩施工，并应尽量减少接桩时间和避免发生沉桩施工中断现象。
4.2静压沉桩施工
沉桩设备的选择主要依据设计单桩竖向极限承载力及场地岩土层层工程地质特征并经现场试桩后确定。本工程采用YZY-800型液压静力压桩机，桩机总配重6200kN，最大压桩力为8000kN，以确保顺利穿越⑾1、⑿、⒀1及⒁层砂。
测量放线：根据桩基设计图纸定出轴线，标示各个桩位中心线，并打入钢筋头，复核验线后方可开始施工。测量人员记录桩位以及水平标高，确保桩位准确和桩顶标高符合设计要求。施工过程中测量人员也要经常对桩位进行复核，以避免桩位发生偏差。
沉桩程序按下如下步骤进行：吊桩→对位→压桩（第一节）→接桩→压桩（第二节）→送桩（送到设计标高）→终桩。
（1）吊桩：为保证桩身垂直度，吊桩时从桩身两个垂直侧面用垂直砣测量桩身的垂直度，使其不超过5‰，并保持桩位、桩及送桩器中心在同一铅垂线上。
（2）对位：压桩机就位于桩位上，将桩段吊入压桩机的夹桩器内，并夹紧该桩段，然后将桩定位于桩位中心，检查确认，并校正桩的垂直度。
（3）压桩：将夹桩器复夹一次，开始启动压桩油缸，在遇较硬土层时可适当加快压桩速度，当到达密实砂层或油压突然加大时，应放缓压入速度，防止断桩，配桩时一般将短桩放在下节上，长桩放在上节上。
（4）接桩：采用电弧焊接，接桩时保持上下节吻合并控制好垂直度，清除粘连在钢板上的杂物，然后对称施焊，焊缝应饱满连续，焊缝不少于2层，焊完第一层及时清除焊渣，每层焊缝的接头错开，并自然冷却大于10~15min，禁止浇水冷却，经验收合格后再继续沉桩。
（5）送桩：本工程留有2m的土层，等基桩施工完再挖，使用送桩钢管，将桩压送至设计标高，并适当提高静压力，如管桩压至设计标高仍未能达到满载要求时，可继续送，在开挖土方后进行驳桩。
（6）终桩：压桩终止前宜按设计满载静压力进行复压，当贯入度达到设计要求（一般复压3~5次，残余沉降值少于5mm或桩在5~10s内持续稳定不进）时，便终止压桩，记录最大压桩力。
沉桩应采用一气呵成的施工法，沉桩顺序及路线，根据桩的设计标高，采取先深后浅、先中间后周边、隔行跳压、多次复压等方法进行沉桩。
4.3施工中出现的问题及处理措施
（1）施工过程沉桩至第⒀1层中细砂时，沉桩难度很大，静压力加至最大，并复压3~5次，每次持续时间30s以上，桩停止不进，差7~8m才达到设计桩长。根据勘察资料，⒀1层中细砂局部厚约2~3m，要穿透比较困难。于是甲方召集勘察、设计、施工有关人员进行分析、探讨，形成两种意见：一是认为桩已经沉不下去，承载力满足要求，不再进行处理；二是认为桩达不到设计深度，变形不一定能满足要求，桩应沉到设计深度。随后又咨询有关专家，同意第二种意见，采用螺旋钻机干作业法引孔，引孔直径300~400mm，深度穿过第⒀1层中细砂。经过预钻孔辅助沉桩，最终顺利地把桩沉到设计深度。
（2）施工过程中当桩尖处于硬持力层时进行接桩，继续沉桩时穿越难度较大，主要通过调整配桩桩节的长度来解决，尽量避免接桩时桩尖位于硬持力层中。
（3）施工过程中有的桩头被压裂并损坏，个别桩偏移量超过规范要求，设计无法采取补救措施，对于这此桩，需要在原设计桩位旁边进行补桩。
5基桩检测
（1）基桩低应变动力检测：本工程桩按规定对A、B、C、D座每栋楼分别抽取不少于基桩总数的10%共29根桩进行低应变动力检测（反射波法），检测结果表明桩身完整性均符合规范要求。
（2）基桩竖向抗压静载荷试验：本工程桩按规定对A、B、C、D座每栋楼分别抽取不少于基桩总数的1%共3根桩进行竖向抗压静载荷试验，最大加载压力5500kN，最小加载压力5000kN，最大沉降量13.26mm，最小沉降量8.58mm，基桩单桩竖向极限承载力均大于5000 kN，均满足设计要求。
6结语
（1）济宁运河城商务中心在鲁南地区首次较大规模地应用管桩作为高层建筑物基础，虽然在施工中遇到了问题，但较顺利地完成了施工，与同桩径、同桩长的钻孔灌注桩相比，不但节省了施工时间，而且降低了成本，取得了较好的经济效益。
（2）城市建设注重环保、节能，静压管桩，施工噪音小、无废气、无泥浆污染，抗震性能好，承载力高，施工简便、工期短、成本低，质量稳定，值得在鲁南地区推广应用。
（3）鲁南地区有许多工程都想采用静压管桩，但由于担心压不到设计桩长而选择放弃。静压桩如何顺利地穿越中密以上厚砂层或坚硬的厚夹层，达到设计深度，光靠引孔辅助沉桩是不行的。这就要求提高管桩的制造技术和压桩设备技术，而更重要的则是管桩制造技术的改进和创新。如果這方面有了突破，静压管桩的应用将会更多、更广。
（4）静压桩施工前应先进行沉桩试验，特别是要穿越较硬土层或有中密以上厚砂层时，以确定施工工艺参数，并宜进行单桩静载荷试验，以确定单桩承载力。
参 考 文 献
[1]中华人民共和国标准.建筑桩基技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社,2008.
[2]中华人民共和国标准.建筑地基基础设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.
[3]工程地质手册编委会.工程地质手册(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.
[4]刘德宜.坚硬岩土中采用静压管桩的施工方法与措施[J].岩土工程界，2004，(6).
[5]林宗元主编.岩土工程治理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005，226～235.
[6]中华人民共和国标准.建筑基桩检测技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社,2003.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关健词静压管桩沉桩机理处理措施
1前言
预应力混凝土管桩（以下简称管桩）是近十几年来应用较多的一种预制桩型。由于该桩型具有工艺简单，质量稳定、性能可靠，单桩承载力高，抗裂、抗弯性能好，成桩质量可靠性高，对工程地质条件适应性强，施工现场简洁、对环境的不良影响小，施工工期短，检测方便，造价较低等优点，在工业与民用建筑、公路、铁路、港口等工程中得到了广泛应用，在软土地区的应用其优势更加突出，同时也积累了不少的地方经验。但在鲁南地区应用较少，鲁南地区地层主要为河流冲洪积层，土层相对较硬，而且砂层较多，达到中密到密实，静压沉桩较困难。济宁运河城商务中心工程越出常规，设计采用静压管桩基础。
2工程及地质概况
济宁运河城商务中心位于济宁市老运河北约150m，为商业繁华地段，为市重点工程。拟建物主要为商业建筑和高层写字楼。拟建物分为主楼和裙楼，主楼4幢（楼号分别为A、B、C、D座），单幢占地面积27mх27m， 地上24层，地下3层，楼高94.2m，框剪结构，设计采用静压管桩基础，基础埋深17.0m；裙楼地上3~6层，地下3层，框架结构，采用独立基础，基础埋深14.5m。全部裙楼均与主楼相连接。根据地质勘察报告，拟建场区内土层为汶泗河冲洪积层，最大揭露深度60m，共分21层,主要为粘性土和砂土，粘性土中含有钙质结核，砂土分布不均匀，⑿层及以下各土层具中或低压缩性，力学性质较好。在桩基深度范围内土层的物理力学指标及预制桩极限侧阻力、端阻力取值见下表。
3桩基设计简介
3.1桩基设计
本工程主楼与裙楼连接在一起，对沉降很敏感，桩基础应满足强度及变形的要求。桩基方案有两种，一种是钻孔灌注桩，这种桩在当地应用较多，施工经验也较成熟；另一种是管桩，在当地从未应用过，无施工经验。通过从施工条件、工期、造价等方面对两种桩型进行分析比较，工程设计采用管桩。管桩的混凝土强度为C60，桩径500mm，壁厚125mm，桩间距1.75m，桩长21m，桩端持力层为⒃层中砂，单桩竖向承载力设计值为2200kN，单幢楼的总桩数为289根。
3.2单桩竖向承载力的确定
（1）经验参数估算
根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，按下式计算：Quk = Up+qpkAp。式中Quk：单桩竖向极限承载力标准值；Up：桩身周边长度；qsik、qpk：桩极限侧阻力、端阻力标准值；Ap：桩底端横截面积； ：第i层岩土的厚度。初步设计时单桩竖向承载力特征值可按下式估算：Ra = qpaAp +Up。式中Ra：单桩竖向承载力特征值；qpa、qsia:桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得，采用当地经验值，一般相当于极限端阻力、侧阻力标准值的0.5倍。根据上述公式估算，单桩竖向极限承载力标准值为4800kN，单桩竖向承载力特征值为2400kN。
（2）单桩载荷试验
单桩竖向承载力特征值应通过单桩竖向静载荷试验确定。在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，且不应少于3根[2]。首先对B号楼进行试桩，基坑已开挖至-15.0m，在楼基础外侧试桩，试桩数为3根，单节桩长7~11m，采用静压法沉桩，压桩机最大压桩力为8000kN。其沉桩情况如下：
1号桩：入土深度23m，有效桩长21m，最后压桩力15.5MPa。
2号桩：入土深度22m，有效桩长20m，最后压桩力15.1MPa。
3号桩：入土深度24m，有效桩长22m，最后压桩力16.3MPa。
在试桩龄期满28天后，进行了静载检测，检测结果如下：
1号桩实测试验单桩竖向极限承载力Qu≥5000kN，最大沉降量为11.2mm。
2号桩实测试验单桩竖向极限承载力Qu≥4900kN，最大沉降量为10.5mm。
3号桩实测试验单桩竖向极限承载力Qu≥5200kN，最大沉降量为8.7mm。
经试桩，桩的单桩竖向承载力均能满足设计要求。
4静压沉桩机理及施工
4.1静压法沉桩及桩土作用机理
静压法沉桩是借助专用桩架自重和配重或结构物自重，通过压梁或压柱将整个桩架自重和配重或结构物自重反力，以卷扬机滑轮组或电动油泵液压方式施加在桩顶或桩身上，当施加给桩的静压力与桩的入土阻力达到动态平衡时，桩在自重和静压力作用下逐渐沉入地基土中。
桩的沉入过程是桩向四周挤开与自身体积相等的土体进入土层中的过程。此过程产生挤土效应，造成桩身和桩端周围一定范围内的土体发生不同程度的扰动和重塑。沉桩入土时，土体受到急速挤压，在桩周围产生很高的超孔隙水压力，土体受扰动和孔隙水压力升高，土的强度削弱，沉桩完成后，又因孔隙水压力随时间逐渐消散和土的触变复原作用，土的强度可能恢复到甚至超过土的原有强度，使桩周土体产生固结。
施工间歇时间对桩侧摩阻力有影响，成正比关系，并與土层特性有关。所以，静压法沉桩施工，不仅应合理设计接桩的结构和位置，避免将桩尖停留在硬土层或砂性较重的土层中进行接桩施工，并应尽量减少接桩时间和避免发生沉桩施工中断现象。
4.2静压沉桩施工
沉桩设备的选择主要依据设计单桩竖向极限承载力及场地岩土层层工程地质特征并经现场试桩后确定。本工程采用YZY-800型液压静力压桩机，桩机总配重6200kN，最大压桩力为8000kN，以确保顺利穿越⑾1、⑿、⒀1及⒁层砂。
测量放线：根据桩基设计图纸定出轴线，标示各个桩位中心线，并打入钢筋头，复核验线后方可开始施工。测量人员记录桩位以及水平标高，确保桩位准确和桩顶标高符合设计要求。施工过程中测量人员也要经常对桩位进行复核，以避免桩位发生偏差。
沉桩程序按下如下步骤进行：吊桩→对位→压桩（第一节）→接桩→压桩（第二节）→送桩（送到设计标高）→终桩。
（1）吊桩：为保证桩身垂直度，吊桩时从桩身两个垂直侧面用垂直砣测量桩身的垂直度，使其不超过5‰，并保持桩位、桩及送桩器中心在同一铅垂线上。
（2）对位：压桩机就位于桩位上，将桩段吊入压桩机的夹桩器内，并夹紧该桩段，然后将桩定位于桩位中心，检查确认，并校正桩的垂直度。
（3）压桩：将夹桩器复夹一次，开始启动压桩油缸，在遇较硬土层时可适当加快压桩速度，当到达密实砂层或油压突然加大时，应放缓压入速度，防止断桩，配桩时一般将短桩放在下节上，长桩放在上节上。
（4）接桩：采用电弧焊接，接桩时保持上下节吻合并控制好垂直度，清除粘连在钢板上的杂物，然后对称施焊，焊缝应饱满连续，焊缝不少于2层，焊完第一层及时清除焊渣，每层焊缝的接头错开，并自然冷却大于10~15min，禁止浇水冷却，经验收合格后再继续沉桩。
（5）送桩：本工程留有2m的土层，等基桩施工完再挖，使用送桩钢管，将桩压送至设计标高，并适当提高静压力，如管桩压至设计标高仍未能达到满载要求时，可继续送，在开挖土方后进行驳桩。
（6）终桩：压桩终止前宜按设计满载静压力进行复压，当贯入度达到设计要求（一般复压3~5次，残余沉降值少于5mm或桩在5~10s内持续稳定不进）时，便终止压桩，记录最大压桩力。
沉桩应采用一气呵成的施工法，沉桩顺序及路线，根据桩的设计标高，采取先深后浅、先中间后周边、隔行跳压、多次复压等方法进行沉桩。
4.3施工中出现的问题及处理措施
（1）施工过程沉桩至第⒀1层中细砂时，沉桩难度很大，静压力加至最大，并复压3~5次，每次持续时间30s以上，桩停止不进，差7~8m才达到设计桩长。根据勘察资料，⒀1层中细砂局部厚约2~3m，要穿透比较困难。于是甲方召集勘察、设计、施工有关人员进行分析、探讨，形成两种意见：一是认为桩已经沉不下去，承载力满足要求，不再进行处理；二是认为桩达不到设计深度，变形不一定能满足要求，桩应沉到设计深度。随后又咨询有关专家，同意第二种意见，采用螺旋钻机干作业法引孔，引孔直径300~400mm，深度穿过第⒀1层中细砂。经过预钻孔辅助沉桩，最终顺利地把桩沉到设计深度。
（2）施工过程中当桩尖处于硬持力层时进行接桩，继续沉桩时穿越难度较大，主要通过调整配桩桩节的长度来解决，尽量避免接桩时桩尖位于硬持力层中。
（3）施工过程中有的桩头被压裂并损坏，个别桩偏移量超过规范要求，设计无法采取补救措施，对于这此桩，需要在原设计桩位旁边进行补桩。
5基桩检测
（1）基桩低应变动力检测：本工程桩按规定对A、B、C、D座每栋楼分别抽取不少于基桩总数的10%共29根桩进行低应变动力检测（反射波法），检测结果表明桩身完整性均符合规范要求。
（2）基桩竖向抗压静载荷试验：本工程桩按规定对A、B、C、D座每栋楼分别抽取不少于基桩总数的1%共3根桩进行竖向抗压静载荷试验，最大加载压力5500kN，最小加载压力5000kN，最大沉降量13.26mm，最小沉降量8.58mm，基桩单桩竖向极限承载力均大于5000 kN，均满足设计要求。
6结语
（1）济宁运河城商务中心在鲁南地区首次较大规模地应用管桩作为高层建筑物基础，虽然在施工中遇到了问题，但较顺利地完成了施工，与同桩径、同桩长的钻孔灌注桩相比，不但节省了施工时间，而且降低了成本，取得了较好的经济效益。
（2）城市建设注重环保、节能，静压管桩，施工噪音小、无废气、无泥浆污染，抗震性能好，承载力高，施工简便、工期短、成本低，质量稳定，值得在鲁南地区推广应用。
（3）鲁南地区有许多工程都想采用静压管桩，但由于担心压不到设计桩长而选择放弃。静压桩如何顺利地穿越中密以上厚砂层或坚硬的厚夹层，达到设计深度，光靠引孔辅助沉桩是不行的。这就要求提高管桩的制造技术和压桩设备技术，而更重要的则是管桩制造技术的改进和创新。如果這方面有了突破，静压管桩的应用将会更多、更广。
（4）静压桩施工前应先进行沉桩试验，特别是要穿越较硬土层或有中密以上厚砂层时，以确定施工工艺参数，并宜进行单桩静载荷试验，以确定单桩承载力。
参 考 文 献
[1]中华人民共和国标准.建筑桩基技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社,2008.
[2]中华人民共和国标准.建筑地基基础设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社,2002.
[3]工程地质手册编委会.工程地质手册(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社,2007.
[4]刘德宜.坚硬岩土中采用静压管桩的施工方法与措施[J].岩土工程界，2004，(6).
[5]林宗元主编.岩土工程治理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2005，226～235.
[6]中华人民共和国标准.建筑基桩检测技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社,2003.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。