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摘要：以开封东汇名城发展项目为例通过静载试验,依据施工记录及检测结果Q-S曲线，阐述单桩承载力特征值与终压力之间的数理关系，同时结合单桩承载力特征值的理论计算及管桩材料允许最大抱压值，为开封乃至黄河冲击平原地区，以砂层为持力层的管桩设计、施工提供了一定的理论支撑。
关键词：终压力、单桩承载力特征值、静压管桩
中图分类号： U656.1+14文献标识码：A 文章编号：
1、引言
近年来，静压管桩以其单桩承载力高、质量可靠、施工方便、施工周期短、单位承载力造价低、噪音小、施工场地文明整洁等优点，深得业主和设计人员青睐，被广泛用于工业与民用建筑、铁路、公路、桥梁、码头、港口等工程中。该项技术成熟于日本，在广东等沿海城市基础工程中，管桩使用率已达到80%，自此项技术进入河南市场以来，对传统的桩基工程形成了很大的冲击，尤其是在郑州、开封、洛阳、新乡等地市的工业与民用建筑中，管桩已成为基桩施工的首选。
相关规范中均没有明确规定管桩静压施工终压力如何选定，在东南沿海地区已有较为成熟的经验数据，但河南因引进管桩技术较晚，对静压管桩施工终压力与单桩承载力特征值的关系一直没有一个统一的观点。笔者以开封东汇名城发展项目为例，探讨黄河冲击平原地区静压管桩以砂性土为持力层的静压管桩单桩承载力特征值和终压力之间的关系，为静压管桩在该地区的使用提供一定的依据。
2、静压管桩单桩承载力特征值与终压力之间的关系
静压法施工预应力管桩属于挤土类型, 沉桩时桩体表面存在桩土间的接触、滑移和摩擦效应, 桩周土体受到剧烈的扰动, 相当于桩身体积的土体被压缩并向四周排挤, 改变了土体的应力状态, 产生挤土效应。终压力是沉桩过程中强迫桩贯入土层中所需的静压力,主要来自压桩机克服桩端土体的抗冲剪阻力，是土层破坏时的极限荷载；单桩极限承载力是沉桩完成后该桩能保持正常使用时可承受的最大荷载, 主要来自桩侧土的摩阻力和桩端土的支撑力,单位工程同一条件下单桩竖向承载力特征值Ra=1/2Quk（Quk为单桩极限承载力）。
以砂层为持力层时,在终压力作用下, 砂颗粒之间的咬合和摩擦作用提供的反作用力使桩处于动态平衡状态, 卸载一定时期后,砂粒之间会产生部分错动, 颗粒重新排列, 桩端阻力和桩侧摩阻力会有所降低, 桩的2倍承载力特征值比压桩的终压力小。
3、工程实例
开封东汇名城发展项目住宅1期规划建筑面积约为144214.88m2，建筑占地总面积约为8928.82m2。其中4栋18层、6栋12层住宅楼均为预应力混凝土管桩基础，管桩型号PHC400AB95，平均桩长约14米。该桩基以第11层粉砂为持力层,设计要求进入持力层不小于1m。根据地质报告，场地地貌单元为黄河冲积平原，具体土层地质特性祥见表1.
表1工程地质特性表
施工采用TYY-800型抱压式液压静力压桩机，达到终压力后控制复压3次，且稳定压桩力不小于终压力，稳定压桩的时间控制在5~10s。中南标《预应力混凝土管桩》（12ZG207）图集可查得PHC400AB95管桩的桩身允许压桩力3337KN。施工终压力取3300KN，略低于桩身最大允许压桩力。桩基检测做3根试桩，每栋楼抽检1%且不小于3根工程桩做静载试验。试验设备选用RS-JYB型桩基静载荷测试系统，检测前使用洛阳铲掏出设计桩顶以上桩间土以消除非有效桩长部分与土体间摩擦力影响。检测遵照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）执行，持力层为砂层，检测时管桩休止期不得小于7天。检测结果Q-S曲线为缓变型，总沉降量s=40mm的对应荷载值为单桩极限承载力，图1、2、3、4分别为5#楼4根桩单桩承载力检测Q-S曲线。东汇名城1期住宅试桩及所有工程桩检测结果及数据分析见表2静载试验统计分析表。
表2静载试验统计分析表
由表2数据可以看出，该场地单桩承载力特征值Ra与终压力Pu之间的关系约为：Pu=（2.3~2.5）Ra。因施工單位的施工水平参差不齐，笔者认为实际施工过程中为提高工程质量保证率，终压力Pu不应小于2.5倍单桩承载力特征值Ra。通过这个关系我们不妨延伸一下，PHC400AB95型管桩施工时终压力值不应超过3337KN，这也就要求设计方在确定单桩承载力特征值时考虑管桩本身的允许压桩力，就该项目来说设计单桩承载力特征值不应超过3337/2.5=1335KN。
设计时根据国标《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002) 提供的以下公式进行估算单桩竖向承载力特征值, 最后通过现场静荷载试验确定。
Ra=qpaAp+up∑qsiali
式中Ra为单桩竖向承载力特征值（kN）； qpa为桩端端阻力特征值（kN/m2）；Ap为桩底端横截面积（m2）；up为桩身周长（m）；qsia为桩侧阻力特征值（kN/m2）； li为各土层划分的各段桩长（m）。该工程持力层砂层的qpa=5000KN。设计桩顶在第3层粉土层顶部，桩底为进入第11层约1m。结合表1中数据可得初设单桩承载力特征值估算值为：
Ra=5000*0.091+1.256*（22*1.35+17*1.96+……+40*1）=950KN
因挤土效应等原因估算值较现场实际值小的多，所以设计方应充分结合试桩情况确定设计单桩承载力特征值，使单位承载力得到最大化的利用，进而节约造价。
4、结语
开封以及周边同属黄河冲击平原地区,砂层埋深一般在10m~30m位置，厚度约5~10m比较适合做静压管桩持力层，通过管桩单桩承载力特征值与终压力间关系的研究，为该地区静压管桩施工终压力的选值提供了依据，一般不小于2.5倍设计单桩承载力特征值，同时也不应超过桩自身允许最大压桩力。
参考文献:
[1]中华人民共和国建设部. 建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003 [S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2003.
[2]湖北中南标科技发展中心.预应力混凝土管桩12ZG207[S].北京: 中国建筑工业出版社, 2012.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑桩基技术规范JGJ 94-2008[S].北京: 中国建筑工业出版社, 2008.
[4]黄赞.静压桩终压力的确定及其意义[J]，建筑技术，2002,33（3）:184-186.
[5]李英辉.预应力高强混凝土管桩在河南地区工程中的应用[J]，土木建筑技术学库，2008,10:219-220.
[6]王俊林.静压管桩单桩极限承载力与终压力关系的探讨[J]，岩土力学，2008,29:631-634.
[7]孙文怀.郑州地区静压管桩单桩极限承载力与终压力关系[J]，水文地质工程地质，2009,4:100-101.
[8]赵俭斌.辽沈地区静压管桩终压力与单桩极限承载力的关系研究[J]，沈阳建筑大学学报，2005,21（4）:302-305.
[9]李炳海.静压管桩挤土效应实例分析[J]，山西建筑，2009,35（4）:136-137.
关键词：终压力、单桩承载力特征值、静压管桩
中图分类号： U656.1+14文献标识码：A 文章编号：
1、引言
近年来，静压管桩以其单桩承载力高、质量可靠、施工方便、施工周期短、单位承载力造价低、噪音小、施工场地文明整洁等优点，深得业主和设计人员青睐，被广泛用于工业与民用建筑、铁路、公路、桥梁、码头、港口等工程中。该项技术成熟于日本，在广东等沿海城市基础工程中，管桩使用率已达到80%，自此项技术进入河南市场以来，对传统的桩基工程形成了很大的冲击，尤其是在郑州、开封、洛阳、新乡等地市的工业与民用建筑中，管桩已成为基桩施工的首选。
相关规范中均没有明确规定管桩静压施工终压力如何选定，在东南沿海地区已有较为成熟的经验数据，但河南因引进管桩技术较晚，对静压管桩施工终压力与单桩承载力特征值的关系一直没有一个统一的观点。笔者以开封东汇名城发展项目为例，探讨黄河冲击平原地区静压管桩以砂性土为持力层的静压管桩单桩承载力特征值和终压力之间的关系，为静压管桩在该地区的使用提供一定的依据。
2、静压管桩单桩承载力特征值与终压力之间的关系
静压法施工预应力管桩属于挤土类型, 沉桩时桩体表面存在桩土间的接触、滑移和摩擦效应, 桩周土体受到剧烈的扰动, 相当于桩身体积的土体被压缩并向四周排挤, 改变了土体的应力状态, 产生挤土效应。终压力是沉桩过程中强迫桩贯入土层中所需的静压力,主要来自压桩机克服桩端土体的抗冲剪阻力，是土层破坏时的极限荷载；单桩极限承载力是沉桩完成后该桩能保持正常使用时可承受的最大荷载, 主要来自桩侧土的摩阻力和桩端土的支撑力,单位工程同一条件下单桩竖向承载力特征值Ra=1/2Quk（Quk为单桩极限承载力）。
以砂层为持力层时,在终压力作用下, 砂颗粒之间的咬合和摩擦作用提供的反作用力使桩处于动态平衡状态, 卸载一定时期后,砂粒之间会产生部分错动, 颗粒重新排列, 桩端阻力和桩侧摩阻力会有所降低, 桩的2倍承载力特征值比压桩的终压力小。
3、工程实例
开封东汇名城发展项目住宅1期规划建筑面积约为144214.88m2，建筑占地总面积约为8928.82m2。其中4栋18层、6栋12层住宅楼均为预应力混凝土管桩基础，管桩型号PHC400AB95，平均桩长约14米。该桩基以第11层粉砂为持力层,设计要求进入持力层不小于1m。根据地质报告，场地地貌单元为黄河冲积平原，具体土层地质特性祥见表1.
表1工程地质特性表
施工采用TYY-800型抱压式液压静力压桩机，达到终压力后控制复压3次，且稳定压桩力不小于终压力，稳定压桩的时间控制在5~10s。中南标《预应力混凝土管桩》（12ZG207）图集可查得PHC400AB95管桩的桩身允许压桩力3337KN。施工终压力取3300KN，略低于桩身最大允许压桩力。桩基检测做3根试桩，每栋楼抽检1%且不小于3根工程桩做静载试验。试验设备选用RS-JYB型桩基静载荷测试系统，检测前使用洛阳铲掏出设计桩顶以上桩间土以消除非有效桩长部分与土体间摩擦力影响。检测遵照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）执行，持力层为砂层，检测时管桩休止期不得小于7天。检测结果Q-S曲线为缓变型，总沉降量s=40mm的对应荷载值为单桩极限承载力，图1、2、3、4分别为5#楼4根桩单桩承载力检测Q-S曲线。东汇名城1期住宅试桩及所有工程桩检测结果及数据分析见表2静载试验统计分析表。
表2静载试验统计分析表
由表2数据可以看出，该场地单桩承载力特征值Ra与终压力Pu之间的关系约为：Pu=（2.3~2.5）Ra。因施工單位的施工水平参差不齐，笔者认为实际施工过程中为提高工程质量保证率，终压力Pu不应小于2.5倍单桩承载力特征值Ra。通过这个关系我们不妨延伸一下，PHC400AB95型管桩施工时终压力值不应超过3337KN，这也就要求设计方在确定单桩承载力特征值时考虑管桩本身的允许压桩力，就该项目来说设计单桩承载力特征值不应超过3337/2.5=1335KN。
设计时根据国标《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002) 提供的以下公式进行估算单桩竖向承载力特征值, 最后通过现场静荷载试验确定。
Ra=qpaAp+up∑qsiali
式中Ra为单桩竖向承载力特征值（kN）； qpa为桩端端阻力特征值（kN/m2）；Ap为桩底端横截面积（m2）；up为桩身周长（m）；qsia为桩侧阻力特征值（kN/m2）； li为各土层划分的各段桩长（m）。该工程持力层砂层的qpa=5000KN。设计桩顶在第3层粉土层顶部，桩底为进入第11层约1m。结合表1中数据可得初设单桩承载力特征值估算值为：
Ra=5000*0.091+1.256*（22*1.35+17*1.96+……+40*1）=950KN
因挤土效应等原因估算值较现场实际值小的多，所以设计方应充分结合试桩情况确定设计单桩承载力特征值，使单位承载力得到最大化的利用，进而节约造价。
4、结语
开封以及周边同属黄河冲击平原地区,砂层埋深一般在10m~30m位置，厚度约5~10m比较适合做静压管桩持力层，通过管桩单桩承载力特征值与终压力间关系的研究，为该地区静压管桩施工终压力的选值提供了依据，一般不小于2.5倍设计单桩承载力特征值，同时也不应超过桩自身允许最大压桩力。
参考文献:
[1]中华人民共和国建设部. 建筑基桩检测技术规范JGJ106-2003 [S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2003.
[2]湖北中南标科技发展中心.预应力混凝土管桩12ZG207[S].北京: 中国建筑工业出版社, 2012.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑桩基技术规范JGJ 94-2008[S].北京: 中国建筑工业出版社, 2008.
[4]黄赞.静压桩终压力的确定及其意义[J]，建筑技术，2002,33（3）:184-186.
[5]李英辉.预应力高强混凝土管桩在河南地区工程中的应用[J]，土木建筑技术学库，2008,10:219-220.
[6]王俊林.静压管桩单桩极限承载力与终压力关系的探讨[J]，岩土力学，2008,29:631-634.
[7]孙文怀.郑州地区静压管桩单桩极限承载力与终压力关系[J]，水文地质工程地质，2009,4:100-101.
[8]赵俭斌.辽沈地区静压管桩终压力与单桩极限承载力的关系研究[J]，沈阳建筑大学学报，2005,21（4）:302-305.
[9]李炳海.静压管桩挤土效应实例分析[J]，山西建筑，2009,35（4）:136-137.