淺談建筑施工中靜壓管樁的擠土效應

摘要：本文通過對管樁壓入土體后產(chǎn)生自身的上浮，承載力的影響，對周圍的建筑物及環(huán)境的影響等一系列問題，進行分析和探討，提出有效的技術(shù)措施，以供設計、施工、監(jiān)理參考。

關鍵詞：靜壓管樁 擠土效應 超空隙水壓 浮樁 技術(shù)措施

0 引言

隨著城市環(huán)境要求減少施工污染及靜壓管樁大力推廣和應用。靜壓法沉樁由于其有無噪音、無振動、無污染、無沖擊力等優(yōu)點，同時選用高強預應力管樁作為基礎，具有工藝簡明、技術(shù)可靠、造價便宜、檢測方便等特點，使得越來越多的建設單位認識到了管樁的優(yōu)越性和良好的社會經(jīng)濟效益。以下對管樁入土后產(chǎn)生的擠土效應所引發(fā)的一系列問題進行深入探討，希望對設計、施工、監(jiān)理有所幫助。

1 擠土樁的分類

首先我們將樁按擠土情況進行分類，在樁擠土的過程中，體積等代率越大，其危害越大。根據(jù)擠土效應的大小，將樁分為三類：

排擠土樁（Displacement piles）

通常指預制鋼筋混凝土樁、木樁、沉管灌注樁等。

非排擠土樁（Non-displacement piles）

如挖孔樁，鉆孔灌注樁等。

低排擠土樁（Small-displacement piles）

概念不夠明確，排土程度多少沒有具體的標準，一般認為如H型鋼樁，開口管樁等。

部分工程人員認為，管樁與開口鋼管樁類似，均為管狀，如在設計時才用開口樁尖，應屬于低排土樁，這是一個誤區(qū)，根據(jù)現(xiàn)場壓樁觀察分析，開口管樁在入土過程中，會較快地在樁尖處形成一土楔，使其入土時的擠土情況與閉口樁無異。即便管內(nèi)入土，由于其管樁型號、樁尖形式、土質(zhì)情況等問題，管內(nèi)也只能充填很小一部分地基土。因此考慮到擠土效應的危害，從更加安全的角度，將鋼筋混凝土管樁歸類于排擠土樁。

2 管樁擠土效應的產(chǎn)生及危害

2.1 樁的上浮和變形 管樁壓入土中，要將樁周土體向旁側(cè)擠壓，而占據(jù)原來地基土的空間，導致原土體受較大塑性剪切變形而使結(jié)構(gòu)受很大擾動和破壞，尤其在樁位較密集時，樁擠土產(chǎn)生的垂直應力下，引起大范圍的土體隆起，當樁的上浮力較大時，即產(chǎn)生浮樁現(xiàn)象，管樁接頭斷裂等問題。同時擠土產(chǎn)生的水平壓力也會導致樁身產(chǎn)生水平向撓曲和彎矩，致使樁偏斜和彎曲。以上情況均不同程度的降低了樁的承載力，影響了其正常使用。

2.2 超空隙水壓力 影響承載力的的另一個關鍵因素是超孔隙水壓力的產(chǎn)生，尤其在軟弱土層中，在樁周飽和粘土中產(chǎn)生較高的超空隙水壓力，經(jīng)擾動的土體易蠕動，表現(xiàn)為地表、淺層和深層土發(fā)生豎向和水平位移，當較大的空隙水壓力難以消散時，對樁的貫入阻力驟然升高，而導致其不能繼續(xù)貫入，當空隙水壓力漸漸消散后，土對樁端和樁周承載力的發(fā)揮有一定的影響。由于空隙水壓力的存在，所以不能過分強調(diào)靜壓管樁的承載力。

3 擠土效應對周圍環(huán)境的影響

從多個工程實例來看，擠土效應的影響范圍和擠土的力是相當大的，對環(huán)境的威脅是不可忽視的，特別是在飽和的軟土地區(qū)，對基礎埋深淺，結(jié)構(gòu)較差的建筑物和對變形敏感的地下管線，如地鐵、隧道、煤氣自來水管道等危害更大。經(jīng)常發(fā)生房屋開裂，煤氣泄露等事故。所以，靜壓管樁施工也是個環(huán)境巖土工程問題，它不僅僅是工程本身的問題，而是與周圍環(huán)境相互作用的問題。至少涉及以下幾個方面：①沉樁區(qū)的地質(zhì)條件和土的性質(zhì)。例如在飽和的滲透性很低的黏土區(qū)，沉樁擠土效應特別嚴重；②沉樁的施工，包括沉樁的速度、沉樁流水等；③被影響建筑物及其地下設施的剛度、埋置深度等。

4 降低壓樁擠土不良影響的措施

4.1 設計中對樁間距及樁型的合理選擇 部分工程的擠土危害在設計中就已顯現(xiàn)，如一些設計在布樁時僅注意到本承臺內(nèi)的樁距，而忽視了承臺之間邊樁的間距。如某移動通信綜合樓樁上浮實錄：

該工程采用ф550管樁，九樁承臺內(nèi)1700mm，為3.1d，兩相鄰九樁承臺之邊樁距1650mm，為3d。施工中觀測到樁頂出現(xiàn)了9~149的上浮量。兩相鄰邊樁或群樁中部上浮量較大。筆者認為，按上圖情況布樁時兩承臺邊樁中心距至少應按18樁承臺要求的樁徑（3.5d）考慮布樁，以降低擠土、浮樁所帶來的不良后果，試驗證明該工程由于樁身上浮導致了承載力的下降。

另一方面在設計過程中可以選用稍大一級的管徑的樁，適當擴大樁距，減少樁數(shù)，以降低壓樁引起的地基變形值和超空隙水壓力。對于樁尖的設計，盡可能應用開口樁尖，減小樁的上浮機會，縮小其影響范圍。

4.2 減少排土量的措施——預鉆孔壓樁 減少排土量的主要措施采用預鉆孔壓樁，將排擠土樁變?yōu)榈团艛D土樁。具體做法是在原來的樁位上用螺旋出土器預先鉆一個孔，然后將樁壓入，鉆孔的孔徑和深度可根據(jù)土質(zhì)情況做適當調(diào)整，根據(jù)經(jīng)驗一般情況可在樁身體積1/3左右取值（即孔徑占樁徑2/3左右，深度占樁長2/3左右）。

4.3 增設排水措施——提高土的壓縮性 真實的土體，無論哪種土質(zhì)，或多或少都具有一定的可壓縮性，粘性土的滲透性很低，排水條件不良時，顯示不可壓縮或低壓縮的特性，如果我們在土中設置合理的排水通道，使擠土產(chǎn)生的空隙水壓力及時消失，就可以減小樁的貫入阻力，降低擠土效應。

4.4 設置應力釋放孔 在沉樁區(qū)內(nèi)或在沉樁區(qū)外，或在被保護建筑物地下管線附近設置一些鉆孔，當發(fā)生擠土時，可以起到緩解和隔斷擠土通道的作用。孔洞中可以是孔，也可以填充松散材料。應力釋放空的布置比較靈活，可在壓樁前后設置。針對一些施工現(xiàn)場采用挖防擠溝的措施減輕擠土影響，筆者認為其原理與應力釋放孔是相同的，但由于挖孔深度所至，只能消除部分淺層擠土影響，對深部擠土起不到作用。

4.5 優(yōu)化施工流水 擠土效應的理論分析中假定樁周土是均勻的，但實際上土是被擠向阻力小的方向。例如，在周圍有保護建筑的情況下，對著保護建筑方向壓樁要比背著建筑的方向壓樁的危害大的多。

實測資料表明，在現(xiàn)場空曠的條件下，為使壓樁中各樁的壓力阻力基本接近，入樁線路應選擇單向行進，且按先中央后周圍，由里向外壓樁。占地面積的施工現(xiàn)場可采用分區(qū)作業(yè)的辦法，這樣也可以防止超空隙水壓在某一區(qū)域的過大積累。

4.6 控制壓樁速率 壓樁速率的控制，不是一個定量的問題，可根據(jù)擠土過程中不同情況而定。可以肯定的是，施工采用一次性連續(xù)施壓到底，則樁的上浮機率大，采用大流水法施工，輪流多次將樁施壓到底，樁的上浮機率小。因此有必要計劃控制單樁一次性壓入時間和每天壓樁數(shù)量，因為土中應力的傳遞，超空隙水壓力的消散都需要一個時間過程。

5 結(jié)語

群樁的擠土效應非常復雜，因為它涉及到現(xiàn)場的土質(zhì)條件。主要反映在：①擠土邊界條件不斷改變；②土的性質(zhì)不斷改變，如排水裂縫，再固結(jié)等；③應力場和應變場的大小和方向不斷改變。

其他因素還包括周圍的環(huán)境，沉樁的樁形，樁的密度和布置情況，危害程度還關系到周圍建筑的類型，埋置深度，建筑物的剛度、保護等級等。盡管我們竭力去思考措施和方法，還可能有很多不足之處。因此必須加強全過程的監(jiān)測工作，保證樁位、樁頂標高、樁身垂直度等各項指標符合要求。包括周邊建筑物是否出現(xiàn)基礎上浮、墻面裂縫等現(xiàn)象，必須隨時跟蹤、隨時檢測、隨時調(diào)整。

朱蘭螺旋定律告訴我們，質(zhì)量的形成過程是一個系統(tǒng)，要用系統(tǒng)的觀點進行質(zhì)量管理，只有每一個環(huán)節(jié)的不斷改進、不斷提高、不斷完善，質(zhì)量才能夠最終得以保證。

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