論文范文：靜壓管樁單樁承載力及其與壓樁力關系研究
第1章 緒論
1.1 概述
樁基是建筑基礎的一種，屬于深基礎，它的作用是使上部結構的荷載能夠通過它直接傳遞到較深處的堅硬、壓縮性不大的土層或巖層，而不傳遞到上層的較為軟弱的地層。樁基礎是一種非常古老的基礎形式，它的應用可以追溯到一萬兩千年到一萬四千年前。那時，還沒有水泥，聰明的人類就選擇天然材料作為樁體，例如石樁和木頭樁。后來隨著科技和工業的發展出現了水泥，并且鋼筋混凝土得以應用，并在建筑行業開始流行，隨之就出現了鋼筋混凝土樁。20時間前期，尤其是二戰之后，樁基礎的技術和理論成果有了迅猛的發展，而樁基礎的研究和應用也就越來越廣，出現了各種各樣的樁型，包括各種管樁。比如：預應力混凝土管樁、鋼管樁等等。隨著科學技術的發展和樁基的廣泛應用，人們對樁基礎的設計、施工、承
載機理以及樁與上部結構之間的關系有了比較系統、深入和客觀工程實踐經驗與理論研究。時至今日，樁基已經是基礎工程的一個重要分支。
預應力混凝土管樁是在工廠制作然后運往施工現場進行施工的。在生產工廠，利用預應力的先張法工藝與離心成型工藝生產預應力管樁，預應力管樁成型以后還要進行蒸壓養護，最后形成預應力管樁成品，見圖1-1至圖1-4。運抵施工現場后，可以通過靜壓的方法沉入地下，也可以通過錘擊的方法沉樁，最后形成建筑物的深基礎。因為管樁在工廠制作，所以可以批量生產，規格尺寸準確誤差小、成樁質量控制性強、節能、低碳環保、浪費少、充分利用資源。如果現場采用靜壓法施工，可使施工現場整潔規范、施工文明、無噪聲、無污染、施工所需勞動量少、機械化程度高、施工速度快、從而減低成本。并且，預應力管樁具有強度高、單樁承載力高、耐久性可靠性都較高。再加之現在城市生活對環境的要求，“靜壓”的工藝越來越受歡迎，因此，工程中對預應力混凝土靜壓管樁的應用越來越多。
1.2 預應力管樁特點
預應力混凝土管樁具有鮮明的特點和優勢，但與傳統樁相比也有其不足，具體表現如下：
預應力混凝土管樁的優勢表現為：1.承載力高。預應力管樁一般可以采用強度等級很高的混凝土，甚至超過C80。并且可以打入到很深的深度，當沉樁時樁尖擠壓土層（包括砂層和風化巖層），受擾動的土層被擠密而改變了初始狀態，樁端承載力無形得到了提高，所以，最終的單樁極限承載力會比較大。
2.設計所受拘束少，樁型廣泛。大多數預應力管樁廠家能夠生產直徑 300 毫米到 600 毫米的管樁，并且可以提供單樁承載力 600KN 到 7000 多 KN 的選擇。這些管樁在多層與高層的建筑中都能得以很好的應用。在相同的地質條件下，可以通過上部傳來的荷載大小的不
同而采用不同樁徑的樁，從而充分發揮樁的承載能力，又得了到安全可靠的基礎。
3.造價低廉。如果以混凝土的體積或單位樁長作對比，預應力管樁造價也許不占優勢，但這樣計算并不科學，因為管樁承載力較高，所以，應使用單位承載力的造價進行對比，這樣，如果二者在同一地質條件下，管樁的單位承載力造價低于傳統樁，所以，預應力管樁的實際造價是比較低廉的。
4.適應性強，因為預應力管樁的樁徑和樁長均可以進行選擇，所以，實際工程中可以根據地質勘查報告合理的選擇樁徑與樁長，這樣，就可以充分利用設計所需用的各個樁，達到不浪費，節省時間等目的。
5.施工簡單。因為樁身有預應力，起吊時用吊鉤吊住樁體兩端即可，操作簡便，實施容易。
6.不受機器條件影響，操作靈活。因為管樁的長度范圍很大，一般可從 5、6米到50多米，
所以施工中可以根據實際需要進行搭配與組合，選用可行、方便、靈活的施工方案。不需受到施工機器與地質條件的限制。
7.施工速度快。施工中對現場要求較低，施工前所需準備工作少，施工機械化程度高，所需勞動量少，所以，施工速度快，所用工期短。
第2章 預應力混凝土靜壓管樁壓樁機理分析和壓樁力研究
2.1 預應力靜壓管樁壓樁機理分析
靜壓管樁，顧名思義樁是被外力壓入地基土內的，主要施工機具是壓樁機，施工時，依靠
壓樁機的自重和配重作為反力。其反力通過電動油泵的液壓等方式作用在樁頂或者樁身上，用壓樁機的壓樁力去克服樁入土所受到的阻力，當二者大小相等而達到動態平衡后，樁在自身重力作用下將會漸漸的被壓入土中。
靜壓樁再被壓樁機壓入土體的過程當中不可避免的會對周邊土體產生擾動，受擾動的土體會產生復雜的運動。原狀土的初始應力狀態因為這個過程中的“擠土”而受到了一定的破壞，存在于樁端下部的土體將會受到壓縮而產生變形，所以，在樁尖壓縮土體的同時土體也將力作用于樁尖，從而對樁尖產生阻力。隨著壓樁力的逐漸增大，樁尖土體所受到的作用力也會越來越大，最后，會超過它的抗剪強度，這時，土體會發生很大變形而達到極限狀態最終破壞。隨著樁尖繼續壓縮土體，使其產生塑性變形而流動，被壓實和發生側向位移，以及樁端土體的下沉，壓密等一系列過程出現和發展，樁得以持續下沉，其結果就是樁尖刺破本層土體，進入到下一層土體中。之后樁周的土體會被繼續壓縮和擠開而重復這一過程。在地下更深處的土體，由于存在較厚的上覆土層，在其壓力的作用下土體主要被擠向樁周水平向。這時，靠近樁周的土體的結構也會遭到破壞，從而會形成壓密區。因為樁被壓入時的向四周的輻射向壓力很大，所以，臨近樁周的土體也會受到很大擾動，而受
擾動后會形成擾動區。此時，周身四周會受到樁周土體的應力所產生的樁側摩阻力的抵抗，樁端將受到樁端阻力的抵抗。而當樁的自重和壓樁機給樁施加的靜壓力之和大于樁下沉時的樁側摩阻力和樁端阻力之和時，樁就會繼續下沉，如圖2-1。
2.2 樁側摩阻力分析
在沉樁過程中，隨著樁身入土深度的增加，樁側摩阻力和樁端阻力的數值比例會不斷發生變化。土體的抗剪模量和壓樁工藝都將影響壓樁過程樁側摩阻力的變化與分配。
土體的抗剪能力越強，其產生的樁側摩阻力就會越高，所以，抗剪模量高的土樁側摩阻力就會高。
試驗研究表明，壓樁過程中樁側摩阻力可劃分為無側阻區1L 、滑移區2L 、擠密區3L ，而壓樁工藝將影響這些區域的分配，如圖2-2。
無側阻區：施工過程中，作用在樁頂的油壓泵不可避免的會產生一定的震動，繼而導致樁入土時會有一定晃動，其后果是淺層土體與樁身接觸不緊密而有部分空隙；同時，淺層的土體由于剪切破壞會產生輻射狀的開裂變形，也會導致樁側摩阻力的大大降低，所以經試驗與分析1L 范圍內樁側摩阻力可取為0.
滑移區：滑移區位于樁身的中段，這部分樁段對應的土層在壓樁中受擾動后因為上覆土壓力的存在只能水平向移動，所以，樁身與接觸面的土體產生滑動摩阻力，但接觸面的土體還沒有恢復固結，抗剪強度還沒達到應有水平，故這一區段內的樁側摩阻力實際值小于試驗值，即樁側摩阻力實際值小于原狀土能達到的樁側摩阻力。
擠密區：擠密區是樁身的下部分與土體的作用區域。這部分土體在壓樁過程中將經歷由原狀土到剪切破壞，再由剪切破壞的土體到重新固結的過程，樁端的土體在壓力作用下會被擠密而有效應力得以增加，所以其抗剪強度將比原狀土的抗剪強度略大，即實際樁側摩阻力稍大于原狀土所能達到的樁側摩阻力。
第3章 預應力靜壓管樁承載特性研究.................18
3.1豎向荷載作用下單樁承載機理分析...................18
3.1.1承載機理分析..................18
3.1.2單樁豎向承載力的影響因素分析..................19
第4章 終壓力與單樁極限承載力關系分析......................33
4.1工程概況...............33
4.2工程地質條件與水文地質條件.....................33
第5章 單樁極限承載力實際值與計算值工程實例分析..............50
5.1靜壓管樁施工......................50
第5章 單樁極限承載力實際值與計算值工程實例分析
本章和第四章采用同一工程實例。
5.1 靜壓管樁施工
5.1.1 壓樁前準備
測量放線確定樁的位置：測量人員根據甲方提供的邯鄲市東方新城二期總平面布置圖 測量定位進行建筑物主要軸線的 ，經甲方監理檢查無誤后，再根據樁位平面圖， 線和樁位測放采用極差坐標法進行軸使用全站儀、鋼卷尺， 。標高點根據甲方提供東方新城一期小區北住戶墻上高程點51.9403m，引出本工程的±0.000絕對高程52.65m。
測放完成后，先自行檢 ，根據《工程測量規范》( 9350026? )的有關規定：軸線允許差?10 mm， 差群樁樁位的放樣容許偏 20mm，單排樁10 mm。
考慮到施工現場施工造成的場地表層土變形，每天測放樁位的數量以能滿足兩日壓樁數為宜。
管樁的現場堆放和驗收：堆放管樁的場地要求必須平坦、堅持，堆放層數不宜多于兩層。運至現場的成品樁的質量在施工前應進行檢查，每批次成品證樁必須有出廠檢驗合格 ，其質量應符合表5-1的規定：
結論與展望
結論
隨著科技的進步和建筑水平的發展，再加之人們對建筑越來越高的要求，使得預應力混凝土靜壓管樁發展非常迅速，并且應用前景十分廣闊，本文結合邯鄲地區工程實際，可得出如下結論。
1.預應力混凝土靜壓管樁壓樁力。施工過程中壓樁力是實時變化的，其值的大小與進入土層厚度、樁端土層性質有關，但其并非隨著管樁進入土層深度而持續增長。在樁穿過硬土層時，壓樁力持續增長，但當硬土層被穿透而進入到下一層的較軟土層后，所需的壓樁力又會明顯減小，所以，在設計中應該合理的選擇持力層。
2.壓樁力終壓值與單樁極限承載力關系。本工程中的樁穿越粉土層、粉質黏土層和部分砂
土夾層，大部分端持力層位于粉質黏層，從 1#樓來看，單樁極限承載力為壓樁力終壓值的 1.52-1.71 倍，通過 2#樓可知，單樁極限承載力為終壓值的 1.24-1.53 倍，即：對于有效樁長 30-35 米左右的混凝土管樁，當管樁穿越若干粉土層和粉質黏土層而樁端持力層在粉質黏土層時，如果樁端進入持力層較淺，其值小于 5 倍樁徑時，單樁極限承載力大概為終壓力的 1.52-1.71 倍。當樁端進入持力層較深，其深度大于 5 倍樁徑時，單樁極限承載力為終壓力的 1.24-1.53倍。
3.通過兩棟樓未穿透沙土和粉土的幾十根樁來看，當樁端位于粉土和砂土層時，靜壓樁力會很高，明顯的大于單樁極限承載力，其值大約為單樁極限承載力計算值的1.5-1.8倍，并且，樁端位于持力層越深，其靜壓樁力將會越大。
4.如果樁端穿過較厚沙土或粉土層，壓樁力可能急劇上升，此時的樁側摩阻力和樁端阻力都比較大，有可能沉樁十分困難，強行壓樁可能導致管樁自身破壞，此時，應該考慮停止壓樁，而以壓樁力為沉樁控制標準。
參考文獻（略）
