如何減少預應力管樁施工時的擠土影響

摘要：預應力管樁具有強度高、承壓性能好、施工速度快等特點，適用于一般黏性土及填土、淤泥和淤泥質土、粉土、非自重濕陷性黃土等土層中使用，大量應用于各種建筑的基礎中。由于擠土、樁距、施工安排不當等因素的影響，使樁的單樁承載力提高，加大了擠土效應。要減少預應力管樁施工時的擠土影響，就得從擠土、施工、承載力等方面考慮。并從這幾個方面出發，采取相應的措施來減少擠土影響。

關鍵詞：預應力管樁 擠土效應 管樁施工 減少擠土效應

預應力管樁產生擠土的現象在工程界已經被普遍認同，它對單樁承載力提高是許多綜合因素決定的。工程樁檢測的承載力大幅超過設計值的普遍情況惹來不少非議，有的建設單位埋怨設計和勘察人員太保守，經驗較少的設計人員則對設計試樁檢測和勘察報告數據的真實性產生質疑。但多數工程專業人員都能認識到工程樁施打后，樁間土受到擠密樁側摩擦阻力提高了，土壤壓縮性愈小，樁對土的置換率愈大，這種擠土效應就會更大，有的多樁承臺因壓樁力超過樁身強度太多而不能沉到設計標高，只有及時截樁，否則樁機不能行走，影響工程施工，而樁端不在同一標高，甚至不在同一持力層，這是結構設計人員最不愿意接受的事實。因此設計和勘察人員向施工單位提出調整打樁順序以緩解擠土效應對沉樁的影響。但是調整打樁順序只是讓一部分樁在樁周土擠密前打下去，而樁周土在打樁后又會因后打樁的影響而再次被擠密，擠土效應對單樁承載力提高的最終結果是相同的。調整打樁順序一定程度上緩解擠土效應的負面效應有作用，但不能根本消除，最積極的辦法應該是了解擠土效應對承載力提高有多大，然后調整設計參數，使之充分利用，節省投資又便利施工。

1 擠土效應的介紹

靜壓法預應力管樁施工屬于擠土類型，往往由于沉樁時使樁四周的土體結構收到擾動，改變了土體的應力狀態，相當于樁體積的土體向四周排擠，使周圍的土受到嚴重的擾動。主要表現為徑向位移，樁尖和樁周一定范圍內的土體收到不排水剪切以及很大的水平擠壓，樁周土體接近于“非壓縮性”，產生較大的剪切變形，形成具有很高孔隙水壓力的擾動重塑區，降低了土的不排水抗剪強度，促使樁周臨近土體會因為不排水剪切而破壞，與樁體積等量的土體在沉樁過程中向樁周發生較大的側向位移和隆起。在地面附近的土體是向上隆起，而在地面以下較深層土體，由于覆蓋土層壓力作用不能向上隆起，就向水平方向擠壓。由于群樁施工中的迭加作用，會使已經打入樁和鄰近管線產生較大側向位移和上浮。樁群越密越大，土的位移也越大，有資料揭示，地面隆起可達50cm-60cm，有的甚至達到70cm-80cm。這主要表現在以下幾個方面：

1.1 壓樁時樁周土層被壓密并擠開，使土體產生水平移動和垂直隆起，并且可對周圍建筑物及地下管線有一定影響；

1.2 壓樁使土中超孔隙水壓力升高，造成土體破環。未破壞的土體也會因為孔隙水壓力的不斷傳播和消散而蠕變，導致土體垂直隆起和水平位移；

1.3 壓樁過程中樁周土體被劇烈擾動，土的原始結構受到破環，土的工程性質發生改變。

1.4 施工過程中焊接時間過長，樁的接頭較多而且焊接質量不好或者樁端停歇在硬夾層。施工方法與施工順序不當，每天成樁數量太多，壓樁速率太快，布樁過多過密，這些都加劇了擠土效應。

2 擠土效應產生的影響因素

2.1 擠土效應和振動影響 靜壓法施工預應力管樁屬于擠土類型，往往由于沉樁時使樁四周的土體結構受到擾動，改變了土體的應力狀態，產生擠土效應；樁機施工過程中焊接時間過長；樁的接頭較多而且焊接質量不好或樁端停歇在硬夾層；施工方法與施工順序不當，每天成樁數量太多、壓樁速率太快、布樁過多過密，加劇了擠土效應。

2.2 沉樁時遇到淺層障礙無法繼續沉樁 由于地質勘察報告中未能特別強調淺層障礙物及局部的土層分布深度和性質，導致沉樁時遇到淺部（3－4M）的老基礎、大孤石，較深部（20M左右）的硬塑老粘土和非常密實砂層、沙礫石層等情況無法施工。

2.3 斜樁 靜壓樁機機械維修不及時，如液壓系統漏油導致樁機支撐下滑；靜壓樁機自重加配重總重量大，樁機基礎如不平整堅硬，沉樁過程中，樁機容易產生不均勻沉降，樁身極易發生偏移；施工中樁身不垂直，樁帽、樁身不在同一直線上；接樁時樁身、樁帽不在同一直線上；施工順序不當，導致應力擴散不均勻；尤其是有地下室深基坑的承臺相鄰樁身過近過密，使先施工的一邊已有孔洞，再施工一面時樁身極易滑動；沉樁過程中遇到大塊堅硬物，把樁擠向一側；采用預鉆孔法時，鉆孔垂直偏差較大，沉樁過程樁又沿著鉆孔傾斜方向發生偏移；樁布置過多過密，沉樁時發生擠土效應；基坑開挖方法不當，一次性開挖深度太深，使樁的一側承受很大的土壓力，使樁身彎曲變形。

2.4 樁身破壞 施工過程中由于斜樁現象的出現或樁端、送樁桿不平整導致樁端應力集中，使樁帽滑落或樁頭爆裂；樁機施工壓力值超高；樁機施工過程中樁機擅自移動機架進行校正樁位、樁身垂直度，導致樁身斷裂；施工結束后人工鑿樁野蠻施工以及樁機施工后不合理的土方開挖；樁身材料質量。

2.5 樁身抬高 施工過程中由于擠土效應可能引起局部樁身抬高，尤其是端承樁或端承摩擦樁會由此引起基礎不均勻沉降。

3 對擠土效應的防治方法

3.1 擠土效應和振動影響的防治方法 控制布樁密度，對樁距較密部分的管樁可采用預鉆孔沉樁方法，孔徑約比樁徑小50－100MM，深度宜為樁長的1/3－1/2，施工時應隨鉆隨打；或采用間隔跳打法，但在施工過程中嚴禁形成封閉樁。控制沉樁速率，一般控制在1m/min左右；并制定有效的沉樁流水路線，并根據樁的入土深度，宜先長后短、宜先高后低，若樁較密集，且距建筑物較遠，場地開闊時，宜從中間向四周進行；若樁較密集，場地狹長，兩端距建筑物較遠時，宜從中間向兩端進行；若樁較密集，且一側靠近建筑物時，宜從相鄰建筑物的一側開始，由近向遠進行；樁數多于30根的群樁基礎，應從中心位置向外施打；承臺邊緣的樁，待承臺內其他樁打完并重新測定樁位后，再插樁施打；有圍護結構的深基坑中的靜壓管樁，宜先壓樁后再做基坑的圍護結構，這樣的施工順序可以避免由于基坑四周的圍護結構使壓樁的土體無法擴散，造成先施工的管樁被后施工的管樁擠上來，使樁的承載力達不到設計要求，又避免了在基坑的壓樁過程中土體擴散而擠壞四周的圍護結構及降低基坑圍護結構的止水效果；同時應對日成樁量進行必要的控制。設置袋裝砂井或塑料排水板，消除部分超孔隙水壓力，減少擠土現象；設置隔離板樁或地下連續墻；開挖地面排土溝，消除擠土效應。沉樁過程中應加強臨近建筑物、地下管線的觀測、監護，對靠近特別重要的管線及建筑物處可改其它樁型。

3.2 沉樁時遇到淺層障礙無法繼續沉樁的防治辦法 打樁前應對場地原有建筑情況進行詳細了解，并安排進行探樁施工；對淺層障礙物可采用挖土機挖除，當無法操作施工時，可采用鉆機將障礙物鉆穿，然后在孔內插樁后沉樁，嚴禁移動樁架等強行回扳的的方法糾偏。當樁已入土較深，樁無法拔出時，可采用小型鉆機將鉆具放入管樁中間的空洞中鉆孔，將障礙物鉆穿后繼續沉樁。選用的樁機能量大小應與設計要求、樁徑、樁長及地質條件相匹配，即樁機選型、配重應符合施工要求。

3.3 斜樁的防治方法 靜壓樁樁機施工前注意機械設備的維修，以避免影響施工質量。場地要平整堅硬，在較軟的場地中適當鋪設道渣，不能使樁機在打樁過程中產生不均勻沉降，靜壓樁樁機對施工場地要求較高，由于樁機及配重達500噸以上，為防止樁機下陷而造成樁身傾斜、樁機擠壓對樁位的影響，影響施工質量及施工安全，必須對施工場地進行局部回填平整，采取必要的措施提高地基承載力，使其達到靜壓樁施工要求。

施工過程中要嚴格控制好樁身垂直度，重點應放在第一節樁上，垂直度偏差不得超過樁長的0.5％，樁帽、樁身及送樁桿應在同一直線上，沉樁時宜設置經緯儀在兩個方向上進行校準。盡量減少接樁，預制管樁接頭不宜超過3個，接樁宜在樁尖進入硬土層后進行。接樁時上、下段樁的中心線偏差不宜大于2mm，節點彎曲矢高不得大于樁段的0.1%。制定合理的施工順序，樁基施工后的孔洞應及時回填，施工過程中加強對垂直度的控制。

當遇到障礙物時應及時排除后再進行沉樁，沉樁時發現不垂直應及時糾正，必要時應把樁拔出重打，樁進入一定深度后，不宜采用移動機架進行校正，以免發生斷樁，應采取其他措施。采用預鉆孔法時，嚴格控制鉆孔垂直度。樁基施工后應在停歇期后再進行基坑開挖施工，基坑開挖應分層均勻進行，必須加強圍護措施，防止土體對樁的側壓力在樁身上產生附加彎矩，以確保樁基工程的樁身結構的完整性。

3.4 樁身破壞的防治方法 選用樁機合理有效的施工方法，控制樁身的垂直度，避免斜樁的發生。控制好樁機施工終止條件，對純摩擦樁，終止條件宜以設計樁長為控制條件；對長度大于21m的端承摩擦樁，宜以設計樁長控制為主，終壓力值作對照；對長14-21m靜壓樁，應以終壓力達滿載值為控制條件，開挖后采用截樁處理；當壓力值未能達到設計要求，但樁頂標高已達到設計標高，宜繼續送樁（1m范圍內），直至壓力值達到設計要求，施工結束后及時與設計單位聯系，出具處理方案。樁機施工結束后合理的進行土方開挖以及鑿樁施工，必須強調土方開挖過程中的施工質量與水平，將直接關系到樁基成功的關鍵，施工過程中要慎之又慎。施工過程中應加強對樁身原材料的檢查驗收。施工中發生樁身破壞，宜采用小應變等有效的手段檢測樁身情況，確定處理方法。

3.5 樁身抬高的防治方法 樁基完成后宜對樁身進行復壓1—2次，甚至多次，即所謂“跑機”。同時，樁基完成以后應在嵌固期后才能進行土方施工，嵌固期根據土質有不同要求，一般7～21天。

樁基施工完成后宜進行必要的靜載檢測，以檢驗是否達到設計要求。擠土效應一般表現為淺層土體的隆起和深層土體的橫向擠出，擠土效應對已經施打的樁的影響表現為樁身傾斜及淺樁（≤20m）上浮。這些情況多發生在樁距較密、布樁平面系數大且存在巨厚粘土層的地基。

4 總結

預應力靜壓管樁承載力高，施工對環境無污染，施工受人為控制影響小，質量可靠，壓樁力與承載力的對應關系較為準確，便于鑒定不良地質情況并可采取相應補救措施(如下壓后現澆接樁頭)，施工速度快。如能進一步挖掘和充分利用擠土效應，節省投資，方便沉樁，其優勢就更明顯，建議：

4.1 用工程樁靜載試驗結果替代現行規范”1％左右設計試樁”的傳統做法，按設計初步確定的設計參數，在一個單體工程先打4條-6條軸線的工程樁，然后根據打樁壓力記錄綜合分析選擇最不利樁號進行靜載試驗，這種試驗不僅能反映擠土效應對承載力提高的影響，而且對不利地質點的認定較巖土勘察報告分析的要準確，因為一個單體的鉆探點遠少于工程樁的數量，每根樁的壓樁力和壓樁深度的記錄很直觀綜合地反映了該處的地質情況，很適用。

4.2 采用差別樁距：單樁條形承臺梁的擠土效應小，樁距可以小些，如3D；而多樁承臺樁的擠土效應大，樁距應大些，可放至3.5D或4D。合理的安排打樁順序：先打擠土效應較大的中間樁，后打邊樁；先打多樁承臺后打單樁承臺，這種做法會增加施工難度，僅是一種消除擠土負面效應的輔助手段，積極的措施應當是充分利用擠土效應。

4.3 如果將同一建筑單體內分散施打未受擠土效應的單個設計試樁同工程樁施打完成已經發生了擠土效應的工程樁的壓樁記錄和兩者靜載試驗的資料對比分析，就很明顯地看出擠土效應對承載力的提高的大致范圍，這是室內試驗不可取代的。

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