預應力混凝土管樁擠土效應分析及防治

陳瑞林

（廣東明興建筑集團有限公司，廣東 湛江 524000）

1 預應力混凝土管樁施工擠土影響的特點

預應力管樁在沉樁過程中，由于樁自身的體積占用了土體原有的空間，破壞了土體在自然沉積時的平衡狀態。預應力混凝土管樁由于采用工廠化生產，具有施工速度快、低噪聲、成樁質量高、造價低等諸多優點，同時可在壓樁過程中預判單樁承載力，因此已成為沿海地區廣泛采用的一種樁基形式。軟土地基中，樁入土時將擠開相應體積的土體，多表現為地基土體向上隆起和側向水平位移，包括地表、淺層和深層土體的變位，并使地基土體中產生很高的超靜孔隙水壓力，這必將影響樁的工程質量（變位、上浮），危及鄰近建筑物和地下管線的安全。對于無樁靴的預應力管樁，樁體排開的土體不可能全部進入管樁腔內或被壓縮，實測表明，進入管樁內的土芯長度最多能達到樁長的1/3，可見擠土效應是很明顯的，而有樁靴的預應力管樁擠土效應更大。

擠土效應會使樁體上浮，對于長樁，由于樁下部進入硬土層較深，發揮嵌固作用，上浮不明顯，而短樁比長樁更易發生樁體上浮事故。對于高層的核心筒群樁部位，因為群樁布樁擠土效應更明顯，造成打樁后土體隆起20 cm～30 cm，甚至達40 cm～50 cm。另外，沉樁施工后，受干擾的地基土體會發生回沉（約為施工中產生隆起量的兩倍），使樁受到負摩擦力的作用而降低承載力和增加沉降量。所以在沉樁施工中必須引起足夠重視和預先采取合理有效的防治措施。預應力管樁施工沉樁的擠土效應對周圍建筑物影響的大小主要取決于管樁規格、地基土性狀、壓樁速率、壓樁施工流水方法以及周圍建筑物距離等。

2 預應力混凝土管樁施工對周邊環境的影響

2.1 對周邊環境可能產生的影響

預應力管樁為擠土型樁，沉樁使樁周土體結構受到擾動，改變了土體的原始應力狀態，產生擠土效應，如施工安全措施不嚴密，其施工可能會給周邊環境造成一定程度的影響，主要表現在以下幾個方面：

（1）壓樁使土中產生超靜孔隙水壓力，造成土體破壞，或者向遠處傳播，造成周圍一定距離的土體垂直隆起和水平位移。

（2）壓樁時樁周土被壓密或擠開，使土體產生水平位移和豎向隆起，可能造成鄰近已壓入的基樁產生上浮、偏位、樁身翹曲折斷等，也可使鄰近建筑物破壞、管線斷裂、道路損毀等。

（3）壓樁過程中樁周土體被劇烈擾動，土的原始結構遭到破壞，土的工程性質發生改變。

（4）壓樁后樁周土體中超靜孔隙水壓力會緩慢消散，土體發生再固結，可能使樁側受到向下的負摩擦力的作用，周圍環境的變形會有一定程度的恢復。

2.2 影響范圍

一般壓樁擠土影響范圍約是1.0倍～1.5倍的樁長。由于土層情況不同，嚴重者可影響到2倍樁長以上，同時土體擠土表現為水平位移大于垂直位移。

根據實際工程統計得到一個打樁影響范圍，作為沉樁前的約略估計：

（1）結構很差的磚木結構、簡陋舊屋、3層以下民宅私房，其差異沉降達到1 cm～2 cm，就會導致平頂粉刷層剝落，墻面、地坪開裂。沉樁對這類房屋產生上述損害現象的距離約1.0倍～1.5倍樁的入土深度（個別工程達2倍樁長距離）。

（2）結構尚好的2層～3層房屋、5層以下的簡易工房、磚砌人防、采用脆性材料和接頭的地下管道，在離沉樁邊緣約1倍樁長的入土深度范圍內，有可能超過其容許變形而出現不同程度的損害現象。

（3）5層以上新工房、荷重很大的老式磚混結構公寓、基礎為箱基或樁基的建筑物、采用柔性材料和接頭的地下管線，在離沉樁區邊緣約一半樁入土深度之外，一般無明顯損害現象。必須指出，沉樁過程中涉及的因素很多，影響范圍的大小與施工方法、順序、措施等有關，損害程度也與周圍環境有關。凡是采取了一定措施的，影響范圍就大大減小，即使相距僅3 m的鄰近房屋和地下管線也完好無損；相反，距離較遠的建筑物也可能受到嚴重影響。可見影響范圍也不是絕對的。

3 預應力混凝土管樁施工的防擠措施

預應力管樁是擠土型樁，其施工不可避免地對周邊環境產生影響，尤其是周邊環境復雜的施工區域更是如此。根據理論和工程實踐經驗，只要按照以下措施就可以避免或減小施工擠土效應對周邊環境的影響。

3.1 合理安排打樁順序

由于飽和黏性土體中打樁時對土體的擠壓造成土體位移較大，且范圍廣，尤其是大片密集樁群，且樁群越大越密積聚的孔隙水壓力越大，土體位移也越大。實踐及經驗表明：擠土影響的方向基本上與沉樁施工方向是一致的。沿打樁推進的前方，孔隙水壓增高，土位移亦大，所以打樁時有目的先施工最靠近建筑物一側的邊排樁，使得先壓的樁形成一道“封閉”，形成一道土屏障，再向空曠區推進。在各種防護措施中，打樁流水是最為實用的一種。必要時采取間隔打樁施工，只要能保證周邊環境安全，就贏得了工期。

3.2 嚴格控制打樁速率

打樁速率指壓樁速率和每天打入根數兩方面意思。實踐證明，控制打樁速率對于保護鄰近建筑物和地下管線不受損害非常關鍵，施工過程中必須充分認識到嚴控打樁速率的必要性。飽和黏性土體中大片密集樁群施工時，一般沉樁初期，每臺樁機每天沉樁數量不宜超過8根，以后宜控制在6根左右，這樣的沉樁速率對周圍環境的影響很小。具體數量要根據工程的地質條件及施工區域周邊房屋及管線情況而定，不能一概而論。

3.3 設置應力釋放孔

施打應力釋放孔是最常見的防擠土措施。由于沉樁數量每天逐步增加，孔隙水壓力逐步增大，使土體產生流塑現象。為降低地基中的地下水位或改善地基的排水特征，減少和加快消散沉樁引起的超靜孔隙水壓力，使土體位移減少，此時要在各個沉樁區的外圍進行預鉆孔，構筑砂井或碎石樁。釋放孔孔徑一般為400 mm～500 mm，孔距為1 m，孔深視樁長等而定，孔內灌黃砂或小碎石。應力釋放孔一般布置在淺層導溝內。

應注意的是應力釋放孔的施工會引起周邊土體下陷，特別是大孔徑釋放孔不能過早的打好，應在壓樁前一天將壓樁應力影響區域的釋放孔打好。釋放孔會對以后施工的基坑圍護產生影響，所以釋放孔的位置最好設置在地下室外墻與圍護之間的工作面內。

3.4 設置應力釋放排墻

應力釋放排墻是連續設置的地下泥漿墻，常規做法是在平行保護對象方向上挖設導溝，成槽（孔）機械帶水把原狀土攪成泥漿，進而形成泥漿深槽。由于防擠墻中的飽和泥漿一定程度地防止管樁施工時產生擠土效應，泥漿在3個月內不易固結，因此在整個施工過程中起到保護周邊建筑及管線的作用。泥漿槽深度視樁長等情況而定，寬度700 mm～900 mm，攪拌施工時利用清水打，成槽后的釋放排墻要定期檢查泥漿固結情況，必要時進行加水復打。

3.5 建立完備的監測體系

施工場地周邊環境復雜時，必須進行打樁監測，壓樁施工前建設單位先委托具有相應資質的監測單位根據項目特點編制監測方案，為打樁施工提供指導。打樁監測一般監測地表建筑（構筑）物及管線道路等周圍環境的沉降位移、土體的超靜孔隙水壓力、土體深層水平位移（測斜）等。對地面以上周邊建筑（構筑）物及管線、道路上布置監測點，建立監測平面圖，隨時監測變形情況。孔隙水壓力最先反映土體中打樁引起的應力變化，隨之測斜監測到土體水平向變形，最后表現出周邊環境變形。打樁過程中，如果孔隙水壓力迅速上升達到某種程度，應立即停止施工，等超靜孔隙水壓力消散，或采取工程措施（如沙井、塑料排水板）強制消散，然后再繼續沉樁。同時為了能及時地掌握地面以下深層土體的變形情況，應在打樁區與保護對象之間設置土體測斜孔進行監測，時時掌握地下不同深度內土體的變形（移動）情況，及早報警并采取措施，報警數據務必要能預警到保護區域地面及建筑物等可能出現裂縫、隆起及其他破壞。施工時要求監測單位按照規定的檢測頻率進行監測，必要時再適當加大頻次。監測數據作為控制壓樁流程和沉樁數量的指導依據。

3.6 采取其他必要的工程防護措施

其他工程防護措施包括：袋裝砂井或塑料排水板、防擠溝、預鉆孔取土沉樁等。設置袋裝砂井時砂井直徑一般為70 mm～80 mm，間距l m～1.5 m，深10 m～12 m；設置塑料排水板時的深度、間距與袋裝砂井相同。防擠溝可消除部分地面振動，對于保護距離樁基較近的管線有相當效果，但對保護較大基礎的房屋作用不大，可與其他措施結合使用。防擠溝寬一般為0.5 m～0.8 m，深度以邊坡能自立為準。預鉆孔沉樁施工時，孔徑約比樁徑小50 mm～100 mm，深度約為樁長的1/3～1/2，施工時隨鉆隨打，樁架宜具備打鉆雙重性能。

4 結束語

擠土效應是預應力管樁施工的一大難題，應加強施工過程中擠土位移監測，并設置預警值及應急方案。隨著施工技術日益成熟，還有很多方法有待廣大技術人員研究、探索、實踐，將擠土效應對周邊的影響降至更低。

1 徐猛勇.預應力混凝土管樁特點及施工問題淺析[J].科技資訊，2007.16

2 聶重軍、唐依民.預應力混凝土管樁施工技術研究[J].長沙大學學報，2008.5