摘要：通过对沉桩过程中桩土相互作用的分析，结合双桥静力触探试验，提出了一种计算沉桩阻力的估算公式。以南通地区某公建项目的桩基工程为例，估算了桩基沉桩过程中的压桩力，结果表明：估算结果与现场桩基施工实际情况相同，该成果可指导前期桩型可行性、桩基选型及施工机械配置等工作。 关键词：静压桩、双桥静力触探、沉桩阻力、桩端阻力
1引言
预制管桩的沉桩方式主要有两种：锤击法及静压法。锤击法是利用桩锤的冲击力克服土层对桩的阻力，使桩基锤至设计标高或达到持力层。锤击法沉桩施工机械质量小，易操作，主要使用于远离城市核心区或者场地上部土层较差的场地，由于其沉桩过程中易产生较大的噪音，容易造成对周边居住环境的影响；因此，在城市核心区域锤击法沉桩一般不予采用。静压法早在20世纪50年代引入我国，是通过液压机产生压力，使静压桩基以桩机自重及桩架上的配重反力将预制桩基压入设计标高的一种工艺。静压法沉桩施工噪音小，施工方式简单，沉桩质量好，因此在城市中心地区被广泛使用。 静压桩机根据其功率主要分为500~1200吨，城市高层住宅及商业建筑一般采取1000吨静压桩机可以满足设计要求。静压桩机输出的压桩力主要与机身配重及机器的老旧程度有关，一般而言，机身配重越大，输出功率就越大；机器越新，输出功率就越大。但在桩基施工过程中经常遇到沉桩不到位、无法沉至设计标高的情况或者遇到坚硬土层无法穿越的情况；这些不确定的情况都可能给桩基施工造成损失，有时甚至会导致机器损坏及人员伤亡；因此有必要在桩基施工前对沉桩过程中的压桩力有所了解。本文通过对桩侧及桩端阻力的发挥原理，结合双桥静力触探试验数据，提出了压桩力较为合理的估算方法，以南通地区长江下游三角洲冲积平原地貌单元土层为例，对沉桩阻力进行了估算，到适合南通地区的经验公式，对本地区的桩基施工具有借鉴意义。
2压桩力的分析与估算
2.1沉桩过程中桩侧阻力特征
静压桩机施工过程中及前人的研究成果，随着桩体沉入深度的增加其动摩阻力呈现减小的趋势，即桩侧阻力存在消减效应。沉桩过程中，桩侧上部土体在桩基的影响下产生塑性变形，对桩周土体的侧摩阻力的发挥有一定的弱化作用，造成侧摩阻力降低；而在接近桩端处的土层由于桩端阻力的存在，对桩侧下部土层的塑性变形有一定的抑制作用，下部土层的侧摩阻力发挥比较明显。李雨浓等根据对静压桩试验资料的研究总结了静压桩桩侧阻力的分布模式，如图1所示。
根据前人的研究成果，对桩身摩阻力的发挥机理已得到部分统一。假设桩基施工中，桩侧土体是各项均匀的，且摩擦力是沿桩身均匀分布的，桩侧摩阻力不可进行简单的叠加，宜分为三段处理；L1取为空穴区，部分于管桩上部；L2为滑移区，该段管桩的摩阻力与土层的塑性变形相关，与各层土的土性有关；L3为挤密区，侧摩阻力发挥明显。
2.2沉桩过程中桩端阻力特征
双桥静力触探试验与静压桩沉桩有相似的机理，用静力触探试验可较好的模拟静压桩的受力作用。但静探探头尺寸较小，是一种拟静态的贯人试验，而桩基施工过程中需要考虑桩端处土层塑性区的开展范围，是一个动态的过程，因此不建议用来直接估算沉桩阻力；
根据以往的研究成果，沉桩阻力的发挥一方面受土层埋藏深度的影响，另一方面还与土层的性质有关，当采用静力触探试验估算沉桩阻力时，需要进行综合修正。
2.3压桩力估算方法
通过上文对桩侧及桩端阻力发挥机理的探讨，结合前人的研究成果，本文建议对静压桩基压桩力Q采用下式估算：
公式（1）
式中，qc为桩端平面处探头阻力平均值，kPa；Ap为桩端截面积，m2；u为桩身周长，m；L1为桩端上部空穴区范围，一般取6.0m；L2i及L3i为桩侧中部及下部各土层的厚度，m；f2i及f3i分别为桩侧中部及下部各土层的单位侧摩阻力，kPa；χ2i为桩侧中部土层的塑性调整系数，与土性相关；α及β分别为桩端与桩侧的综合修正系数，与土性相关。
3压桩力估算公式的参数取值分析
根据公式（1），影响压桩力计算结果的主要参数有：探头阻力平均值、L2aoi测试、L3及桩端
与桩侧阻力修正系数。因此，可以借助EXCEL计算软件通过取不同参数的取值计算沉桩力，通过对比不同深度处的沉桩力与现场实测值相比较，获取适合本地区沉桩力的估算公式。
3.1影响桩端阻力的土层范围
对于预制桩而言，桩端持力层的选择对桩基承载力的发挥至关重要，《建筑桩基技术规范》中规定桩端应穿过可液化土层及软弱土层，并选择较硬土层作为桩端持力层，并进入持力层一定深度，且对桩端持力层下稳定土层厚度亦有所规定，可见桩端处土层的影响范围对桩端阻力的计算结果有较大影响。总结了我国国标及地方标准中对影响桩端极限承载力的土层范围如表1所示。
表1 影响桩端极限承载力的土层范围
取值范围板间 | 桩基规范 | 四航局 | 上海地 基规范 | 铁道部 | 统计大学 | 江苏省规 | 备注 |
桩端以上 | 8d | 4d | 8d | 4d | 4d | 8d | 醚链d为桩径 |
桩端以下 | 4d | 4d | 青铜旋塞阀4d | 4d | 1d | 4d |
| | | | | | 螺旋板冷凝器 | |
为了便于分析，本文参考了文献[2]及文献[3]的研究成果，对长江三角洲地区中密~密实的砂质土，压桩临界深度，采用桩端以上8d、桩端以下4d的计算效果较好，因此采用与桩基规范及江苏省规相同的影响范围。
3.2公式参数的取值
根据桩周土体侧摩阻力的分析，可分为三段进行考虑；L1段空穴区一般适用于地表下6.0m范围内的土层；L2段为滑移区，一般长度取值范围为L2=(0.50~0.85)*(L-L1)，L为桩的入土深度；L3为挤密区，一般长度取值范围为L3=(0.15~0.5)*(L-L1)；文本通过对现场情况的分析与试算，认为在南通地区取L1=6.0m；L2=0.75(L-L1)；L3=0.25(L-L1)比较符合本地实际情况。
χ2为桩侧中部土层的塑性调整系数，与土性相关，一般认为与重塑土的抗剪强度有关，根据斯米特曼（Schmertmann）及中国地质大学的研究成果，塑性调整系数可根据双桥静力触探摩阻比计算，即：
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