静压管桩挤土效应分析及控制措施探究
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中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1008—925X（2012）O9—0113—02
摘要：当前，社会各界对静压桩挤土效应带来的各种问题越发关注，本文从静压桩挤土效益机理出发，重点介绍了施工中挤土效应的控制措施，并结合某工程实践进行总结，可供广大工程技术人员借鉴参考。
静压管桩于上世纪50年代初在我国部分沿海地区首用，因具有施工无噪音、无废气、无振动、无冲击力、无泥浆、排放管桩质量可靠、施工速度较快等优点，目前已成为商品房建设中最常用的桩基形式。然而，因静压管桩属于排土置换桩，压桩施工所产生的挤土效应对周边环境影响极大，严重时甚至可能导致邻近建（构）筑物的表面开裂及结构破坏、道路隆起、地下管线断裂等工程事故的发生。现结合实践经验，就静压管桩挤土效应及其对周边建筑物的影响以及相关控制措施进行粗浅探讨，以供参考。
1、挤土效应机理
静压法施工属于挤土类型，沉桩时往往使得桩四周的土体结构受到扰动，导致土体应力状态改变，相当于桩体积的土体朝四周排挤，使周围的土受到严重的扰动，主要表现为径向位移，桩尖与桩身周边一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压，造成桩周围土体接近于“非压缩性”，产生较大的剪切变形，并形成具有很高孔隙水压力的扰动重塑区，使土的不排水抗剪强度降低，促使桩周围邻近土体因不排水剪切而破坏，与桩体积等量的土体在沉桩过程中沿着桩周围发生较大的侧向位移和隆起。在地面附近的土体向上隆起，而在地面以下较深层的土体，因覆盖土层压力作用而不能向上隆起，便像水平方向挤压。群桩施工中的迭加作用会造成已打入的桩与附近管线产生较大的侧向位移和上浮，随着桩群越密，桩基面积越大，地基的软弱土层越厚及含水率越高，土的位移越大，地面隆起的高度也就越大，施工过程中主要表现在如下几方面：1）压桩时，因桩周围土层被压密或挤开，使得土体产生水平移动与垂直隆起，且对周边建（构）筑物及地下管线造成一定影响；2）压桩导致土中超孔隙水压力升高，导致土体破坏，而未破坏的土体也会因超孔隙水压力的不断传播与消散而产生蠕变，造成土体水平位移与垂直隆起；3）压桩过程中严重扰动桩周围土体，破坏土的原始结构，改变其了工程性质；4）桩端停歇于硬土层内的时间过长，以及施工方法与施工顺序不得当、每天压桩数量过多、沉桩速率过快、布桩过密等情形都有可能加剧挤土效应的产生。此外，静压沉桩过程中，土体的位移状态往往取决于土性质。灵敏粘土在压桩过程中会产生软化，并从桩两侧挤出地表，因而土体隆起高度较大；如硬粘土、细砂、粗砂等非灵敏粘土土体隆起量则较小。软土地基因其天然含水量高、压缩性强、承载力低，且具有触变性、流变性、低透水性、抗剪强度低等特性，因此相对于其他土质所产生的挤土效应影响更大。
2、挤土效应控制措施
2.1 设计要点
在设计时，可采用大排土量的空心管桩以及承载力高的长桩，以扩大桩距，减少桩数，利用桩内土芯减少桩的挤土率，从而降低沉桩引起的超孔隙水压力值和地基变形值，缩小其影响范围，尽可能加大沉桩区与邻近建筑物之间的距离。桩尖设计应尽可能采用开口桩尖，减小桩的上浮机会，缩小其影响范围等。
2.2 施工要点
2.2.1严格控制沉桩速率
应根据挤土过程中遇到的不同情况控制沉桩速率。沉桩速率对土体变形的影响作用主要来自于超静孔隙水压力，而土中应力的传递与超孔隙水压力的消散却需要一个时间过程。压桩时，超孔隙水压力增长速度比其消散速度要快得多，而在压桩间隙，超孔隙水压力会明显回落。因此，控制沉桩速率对于保护邻近建（构）筑物与地下管线不受损坏极为关键。施工中，应有计划地控制单桩一次性压入时间及每日压桩数量，不能一味求快，为方便土体受挤压后向外缓慢扩散，每日施工成桩数量以10根之内为宜。此外，因沉桩速度过快会造成土体变形大，速度过慢又会影响施工进度，因此应根据监测数据及时调整沉桩速度。
2.2.2合理地安排打桩顺序
合理安排压桩顺序是防治挤土效应的经济有效的方法之一，正常情况下压桩顺序为自中心向进行，当施工区域一侧或两侧有靠较近的建筑物和市政设施时，应朝向建筑物及市政设施相反方向施工。一般原则具体如下：1）先完成临近周围民房建筑较近的桩。2）压桩顺序应先中间后。3）压桩时先密后疏。4）压桩时采用跳打方式及其他有效方法降低沉桩难度和后施工桩对先施工桩的影响。
2.2.3预钻孔取土打桩
该法是指压桩前预先在桩位处或沉桩区域内钻孔取土，减少压桩时的排土体积，从而使得对周围土体的挤压效应降低。当预钻孔位布置在非桩位处时，为沉桩时桩周土体向四周挤压腾出一定空间，避免土体隆起位移或水平位移过大，减少对工程周围环境的影响。一般，预钻孔的孔径应小于静压桩的直径，以桩径的1/3～2/3为宜，从而保证压桩的准确定位及桩身的承载能力。此外，桩孔原位取土比较容易造成压桩桩位偏差，在施工中需做好控制。
2.2.4 设置排水砂井或塑料排水板
压桩施工前，在需保护的建筑物的一侧设置1排～2排砂井或插打塑料排水板，使超静孔隙水压流入砂井或排水板内，加速压力消散。砂井的设置如下：砂井与边桩距离以5m～6m为宜，砂井直径200mm～300mm，间距800mm～1200 mm，深度10m～15m，宜穿透浅部淤泥层。在砂井内侧约0.8m～1.0m处钻一排空孔，在压桩施工中结合监测情况随时补钻取土。空孔的设置能使土层的水平位移减轻，有效缓解向邻近建筑物传递的土体挤压应力，并保护砂井的连续性不受影响。这样由2排～3排砂井与空孔相互错开而共同构成的纵深防御带，能有效地保护临近建筑物。
以上仅为一些常用措施，当然，在采取保护措施时，为及时掌握周围被保护建筑物的反应，还须进行现场监测，从而随时调整打桩的具体方案。
3、工程实例分析
某拟建高层住宅楼，基础采用 PHC桩，桩长26.0m，桩径500mm，桩身混凝土强度等级C80。工程场地东面为商业楼，南面为居民住宅楼，西、北两面为城市主干道，且场地地下管线较多。基于场地周围环境复杂，为保证周围建筑物、道路及地下管线的安全，施工中必须采取合理可行的措施。
根据岩土勘察报告，该工程地质主要由淤泥质黏土、粉质黏土及粉砂组成，桩长范围内各主要土层自上而下为：1）杂填土：主要成分为碎石、砖块、黏性土、混凝土，厚度1.1m～3.1m；2）粉质黏土：干强度中等，稍有光泽，厚度4.9m～12.7m，液性指数0.28～0.74；3）黏土：普遍分布，中性压缩性。厚度3.3m～18.8m，液性指数0.22～0.58；4）粉质黏土：普遍分布，液性指数0.21～0.45。该层为桩端持力层；5）全风化混合花岗岩：风化物呈砂土状。厚度0.71m～2.98m；6）强风化混合花岗岩：中粗粒结构，主要成分为石英、长石，岩体基本等级为Ⅳ级。施工中采取措施如下：在场地周围设置卸压井，井孔径为300mm，孔距600mm，深20m，错开排列。压桩顺序从中心至四周，先内后外，合理控制压桩速度。同时，设置测斜管及沉降观测点，监测静压管桩的水平位移及上浮现象，为保证基桩的完整性，全部完工后对水平位移较大的基桩进行低应变检测，对于有上浮现象的基桩则进行复压。经如上措施，有效地降低了挤土效应，较好地保护了工程环境。
参考文献：
[1]徐至钧，李智宇.预应力混凝土管桩基础设计与施工[M].北京：机械工业出版社，2007.
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