軟弱土層擠土效應對預制方樁接樁的影響

胡清華 鄭建軍 代國峰

(天津市勘察院，天津 300191)

1 擠土效應產生的機理［1］

預制樁在沉樁過程中，由于樁的擠入作用，使樁周圍的土向四周排擠，從而受到嚴重的擾動，主要表現為徑向位移，樁尖和樁周一定范圍內的土體受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，促使樁周鄰近土體會因不排水剪切而破壞，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。

焊縫位置是預制樁的薄弱位置，其抗裂彎矩較樁身部位小，且焊縫位置易產生應力集中。故在焊接質量不良、擠土嚴重的地區，預制樁的焊縫位置是缺陷多發位置。

圖1 南港工業區某廠房樁基低應變檢測波形曲線

圖2 濱海燃氣某辦公樓樁基低應檢測變曲線

2 工程實例

南港工業區某廠房樁基(預制實心方樁:0.40 m×0.40 m×17.00 m)和濱海燃氣某辦公樓(預制實心方樁:0.45 m×0.45 m×19.00 m)，在低應變檢測過程中普遍發現［2］，接樁位置有很明顯的同相反射波，如圖1 和圖2 所示，樁的焊接位置由于受到擠土效應的作用而受到不同程度的傷害。

3 原因分析

根據兩個工程場地的勘察報告得知，接樁位置所處地層為全新統中組海相沉積層第二亞層，土質特征為:淤泥質粘土、粘土，呈灰色，流塑～軟塑狀態，有層理，含貝殼，屬高壓縮性土。局部夾粉土、粉質粘土透鏡體。

上部土層為全新統中組海相沉積層第一亞層，土質特征為:粉質粘土，呈灰色，軟塑狀態，有層理，含貝殼，屬中壓縮性土。局部夾粉土、粘土透鏡體。

下部土層為全新統中組海相沉積層第三亞層，土質特征為:粉質粘土，軟塑狀態，有層理，含貝殼，屬中壓縮性土。各土層物理力學指標對比表見表1，表2。

表1 各土層物理力學指標對比表(一)

表2 各土層物理力學指標對比表(二)

根據表1，表2 三土層的物理力學性質對比，得知，接樁位置處于第二亞層的流塑～軟塑狀態淤泥質粘土，屬高壓縮性土，而上下土層為軟塑狀態、中壓縮性的粉質粘土，因此，樁土作用產生的基樁效應使得第二亞層發生較大的水平位移，而焊縫位置是預制樁的薄弱位置，其抗裂彎矩較小，更容易產生應力集中。加上場地群樁效應，使得接樁位置出現焊縫開裂甚至脫焊等情況。

在場地邊緣位置，由于應力向邊緣土體釋放，對樁的擠土效應作用相對較小，使得接樁的焊縫位置受到的應力也相應減小，從而對焊縫的應力破壞程度較小。如圖3 所示，南港工業區廠房，同一樁型在場地邊緣的樁基低應變檢測曲線中焊縫位置只有輕微的同相反射波，波峰很小。

圖3 南港工業區某廠房樁基（17 m）低應變檢測波形曲線

南港工業區廠房同時采用了預制實心方樁:0.40 m×0.40 m×17.00 m，采用兩段12 m 樁焊接，由于接樁位置在全新統中組海相沉積層第三亞層，屬軟塑狀態的中壓縮性土，擠土效應產生壓力要小于第二亞層流塑～軟塑狀態、高壓縮性的土淤泥質粘土，在低應變檢測曲線中基本看不見焊縫位置的同相反射波，如圖4所示。

圖4 南港工業區某廠房樁基（24 m）低應變檢測波形曲線

4 結語

為避免出現類似情況，由于軟弱土層擠土效應使得接樁位置的焊縫開裂甚至脫焊，對工程質量造成危害，應注意以下幾點:

1)避免在該土層(全新統中組海相沉積層第二亞層)接樁，設計時可考慮使用長樁，避免接樁或使接樁位置盡量避開該層高壓縮性土。

2)由于預應力管樁混凝土強度高，適應性強，結構定型化、工藝標準化，使用開口樁時擠土量比方樁小，且可貫入性好，施工速度快等優點，可選用預應力管樁代替預制方樁。

3)施工工藝的控制，合理選擇樁機、樁錘及樁帽，嚴格加強樁機性能監控;合理安排施工順序，一般按照“由內向外、先密后疏”的原則，即由中心向四周、先打較密的群樁，后打較疏的群樁;可選擇跳打的方式和控制每天的打樁數量;施工過程中可采取一定措施釋放土壓力［3］。

4)嚴格控制焊接工藝［4］，眾所周知，預制樁接頭質量是樁身完整性和安全性的關鍵，焊接接樁施工是重點控制環節之一。焊接工人應具有相應的技術水平，所使用的焊條、焊接電流等均應符合設計要求，必要時還需對焊縫質量進行超聲波探傷檢測。

5)注意開槽時土方開挖，全部成樁后，需滿足時間的條件才可以開挖，開挖過程中要注意土方車的碾壓和挖掘機對樁頭的碰撞。

6)加強對樁的檢測，確保樁的完整性和工程的質量。

［1］吳丙同.預應力混凝土管樁施工中擠土效應現象分析和處理［J］.建筑安全，2009(7):61.

［2］JGJ 94—94，建筑樁基技術規范［S］.

［3］王建華，應貢弟.預應力管樁的擠土作用及其應對措施［J］.浙江建筑，2002(5):78.

［4］胡云峰.多節預制樁接樁質量問題的處理［J］.建筑技術，2006，37(4):55.