靜壓管樁擠土效應的實踐與認識

匡祥文

摘 ?要：本文以某商住樓項目的樁基工程為實例，參照相關技術規(guī)范，分析打樁過程中擠土效應產(chǎn)生的機理及危害影響，探討減少靜壓管樁擠土效應而采取的相應工程處理措施。

關鍵詞：靜壓管樁;擠土效應;工程措施

1 ?引言

20世紀90年代以來，在鎮(zhèn)江地區(qū)的工民建筑和橋梁等工程中預應力高強混凝土管樁（PHC樁）被廣泛應用，而采用靜壓法施工的預應力高強混凝土管樁可獲取較大的承載力，且制作方便，質量可靠，材料強度高，耐久性強，承載力高，施工建設快、交通運輸方便，經(jīng)濟效益顯著，具有廣泛的應用前景，但也有其相對缺點，靜力壓樁的機械笨重，占地大，對場地尺寸和表層地基承載力有要求，因其屬于排土置換樁，樁周土體被擠壓、擾動、破壞可能導致淺部地面隆起，土層中的超靜孔隙水壓力增加，危及相鄰已有建（構）筑物和地下設施的安全，也會對已完成的基樁產(chǎn)生破壞性影響。本文以鎮(zhèn)江市揚中某商住樓項目的樁基工程為實例，介紹了采用靜壓法施工過程中擠土效應的產(chǎn)生機理及危害影響，減少擠土效應而采取的相應工程處理措施。

2 ?工程概況

該項目位于鎮(zhèn)江市揚中三茅街道，建筑面積為156586m2，包括4幢18+1層住宅樓，4幢6+1層住宅樓，1幢2層沿街商鋪及一個基底面積為28555m2的地下室車庫。經(jīng)實地勘查地下室邊界東側緊靠原有住宅小區(qū)，南側緊靠新建聯(lián)排別墅，西側為市政道路，這三個方向都不具備基坑放坡開挖條件。

（1）場地工程地質情況：該工程場地地貌類型為長江沖積形成的新三角洲平原，沉積了巨厚的第四系松散層，地基土從上至下分別為第四系全新統(tǒng)（Q4）①雜填土、第四系全新統(tǒng)（Q4）長江沖淤積形成的②粉質黏土夾粉土、③淤泥質粉質黏土夾粉土、④粉砂夾粉土、⑤粉砂、⑥粉砂、⑦粉細砂、⑧粉細砂、⑧粉土夾粉砂、第四系上更新統(tǒng)（Q3）沖積相⑨粉質黏土夾砂、⑩中細砂。其中②、③層土為軟弱土層，④層土為輕微液化土層。

（2）場地地下水類型為孔隙潛水，主要由大氣降水補給，亦可能受長江水反補給，故受季節(jié)性影響明顯。據(jù)區(qū)域資料，場地水位變化幅度雨天水位可達地表，干旱季最低2.00m以下，地下水常年變化幅度在2.00m左右。地下水排泄形式主要以蒸發(fā)為主，亦呈水平方向徑流和垂直下滲至周邊河、塘中。場地地下水抗浮設計水位取場地整平后地下埋深0.50m考慮。

（3）本項目樁身采用專業(yè)工廠生產(chǎn)預制，壓樁采用500型抱壓式靜力壓樁機，經(jīng)現(xiàn)場試打樁后確定：樁基工程的樁型采用靜壓管樁PHC-AB500（100），由于施工場地東南側局部區(qū)域狹長，同時考慮若采用不同樁型設備后產(chǎn)生的機械進退場問題，基坑支護工程的樁型也考慮采用靜壓管樁PHC-AB500（125）并加一道內支撐的鋼結構，同時采用雙軸和三軸水泥土攪拌樁進行加固。

（4）甲方對工期要求很嚴，樁基施工單位立即緊鑼密鼓安排靜力壓樁機現(xiàn)場加班施工，經(jīng)過一周施工后發(fā)現(xiàn)局部場地地面有不同程度的拱起現(xiàn)象，故對已完成工程樁進行抽查，按規(guī)范進行了單樁豎向承載力檢測，發(fā)現(xiàn)鄰近已壓入的樁有2根產(chǎn)生上浮，樁的承載力不符合設計要求，考慮擠土現(xiàn)象對之后基坑開挖的影響，可能會造成樁位的偏移、樁身的彎曲，甚至會造成樁的折斷，樁基施工單位聯(lián)系甲方暫停施工，尋求勘察設計單位的技術支持。

3 ?擠土效應產(chǎn)生的機理

擠土樁在壓入土層過程中，等同于樁體積的土體向四周排擠，各土層的原始應力狀態(tài)發(fā)生變化，其原始結構被破壞，使樁身周圍的土體結構受到嚴重的擾動而產(chǎn)生擠土現(xiàn)象。擠土效應主要表現(xiàn)為徑向位移，樁周和樁尖一定范圍內的土體在不排水剪切作用下和很大的水平擠壓作用下，樁身四周土體接近于“非壓縮性”，會產(chǎn)生較大的剪切變形，從而引起土層中的超靜孔隙水壓力增加，使土的不排水抗剪強度降低，促使樁周鄰近土體的結構和應力因不排水剪切而發(fā)生破壞，與樁體積相同的土體在沉樁過程中向樁周引發(fā)較大的側向位移，工程中多表現(xiàn)為在地面附近的土體是向上隆起，而在地面以下較深層的土體，由于受到上部覆蓋土層自重應力的作用不能向上隆起，表現(xiàn)為側向水平擠壓，隨著超靜孔隙水壓力的傳播和消散，周圍未被直接破壞的土體也會發(fā)生蠕變，同樣表現(xiàn)為垂直方向的隆起和水平方向的位移。

4 ?擠土效應的危害影響

擠土效應一般表現(xiàn)為淺部地面的隆起和深層土體的側向水平擠壓，會引起周圍鄰近建（構）筑物和地下設施產(chǎn)生較大側向位移而危及安全，對已壓入的樁可能導致樁身傾斜及上浮。所造成的危害影響主要表現(xiàn)在以下幾點。

（1）在壓樁區(qū)一定范圍內，樁身四周土體被擠壓并排開，使土體產(chǎn)生垂直方向的隆起和水平方向的位移，產(chǎn)生地面開裂、塌陷、隆起等環(huán)境問題或產(chǎn)生吊樁、位移等事故影響樁基施工的質量，也可能造成鄰近已壓入的樁產(chǎn)生上浮，樁端被“懸空”，會使樁的承載力達不到設計要求;過量的土體位移也會造成樁位的偏移、樁身的彎曲，甚至造成樁的折斷等質量事故;并可使相鄰建（構）筑物和地下設施發(fā)生不均勻變形以致造成一定程度的損壞，有可能引發(fā)工程事故。

（2）沉樁過程中，飽和軟土中的超靜孔隙水壓力升高，妨礙樁基施工的速度，甚至危及鄰近（構）建筑物的安全，也影響樁的承載力，施工后一段時間內消散的超靜孔隙水壓力還會對土體強度產(chǎn)生影響，從而引起土體強度的變化，造成土體破壞，與壓樁前土體的工程性質有較大的不同。

（3）在群樁施工中，當樁群越密越大時，土的位移也越大，土的結構性發(fā)生較大破壞，產(chǎn)生很大的超靜孔隙水壓力，導致土的強度降低，加快引起土體變形，這必會影響樁的工程質量。下圖為群樁樁基的擠土效應模擬。

5 ?采取的工程處理措施

本項目東南兩側緊鄰已有建筑物，西側為市政道路，均不可有任何差錯，關鍵在于基坑支護結構及減少對周邊環(huán)境的影響。減少擠土效應的危害影響，從機理上是減少沉樁施工中的擠土量和超靜孔隙水壓力，最直接有效的辦法就是在擠土區(qū)域的周邊一定范圍內主動預留擠土的空間，根據(jù)本項目具體情況，對癥下藥，在施工過程中可以采取以下幾點相應工程處理措施，從最大限度上保證樁的質量和減少對周邊環(huán)境的影響，讓工程順利繼續(xù)下去。

（1）適當擴大樁間距，避免或減小應擠土效應而引發(fā)基樁上抬、樁頂移位、樁身傾斜和場地凹陷等現(xiàn)象發(fā)生，并注意擠土效應對周圍的影響。

（2）合理安排好施工順序，在東南側已有建（構）筑物和西側市政道路附近打樁時，一般應從毗鄰建構（筑）物一側向另一側施工;先密后疏，先打較密的群樁，后打較疏的群樁;當持力層埋深或樁的入土深度差別較大時，宜遵循先大后小、先深后淺、先長后短的施工順序。超靜孔隙水壓力的形成及其水力梯度大小和方向與樁基施工順序有明顯的關系，選擇合理的沉樁順序，直接影響沉樁區(qū)及附近一定范圍內地基的分布規(guī)律，能最大限度地消除樁基區(qū)域內樁位的偏移問題。

（3）嚴格把控每日壓樁的數(shù)量不宜過多，且減少連續(xù)壓樁的天數(shù)，防止超靜孔隙水壓力的急劇增加，以緩減應力疊加因素，可根據(jù)樁基實際施工情況，停打數(shù)日使應力逐漸消散后再施工。

（4）控制壓樁速率，使土體有時間釋放內力，壓樁速度過快，土體變形大，產(chǎn)生地面開裂、沉陷、隆起等環(huán)境問題，壓樁速度過慢，土體結構和應力發(fā)生變化，進而側摩阻力增大影響樁機施工，造成沉樁困難，影響施工進度。壓樁后期更是要特別注意，地基土本身已經(jīng)接近于“非壓縮性”，其位移對壓樁速率特別敏感，更應對壓樁速率嚴格控制。

（5）對預鉆孔沉樁，配備螺旋鉆孔機或在壓樁機上配備專用的螺旋鉆，預鉆孔孔徑可比樁徑（或方樁對角線）小50mm～100mm，深度宜為樁長的1/3～1/2，施工時應隨鉆隨打。采用預鉆孔取土的工藝進行輔助沉樁可減少壓樁時的排土量，從而可減少地面附近土體的隆起量，有利于防止和減少對鄰近建（構）筑物的影響，減少對已壓入的樁的擠拔影響。

（6）設置泄壓槽（孔）或防擠溝（孔），開挖地面排水溝，及時保持抽水狀態(tài)，確保地下水位在沉樁期間一直是最低水位，減緩孔隙水壓力的上升趨勢，讓土層應力得到及時釋放，減小地基土體的變化值，以緩減壓樁過程中實際產(chǎn)生的擠土效應;設置袋裝砂井或塑料排水板，袋裝砂井直徑宜為70mm～80mm，間距宜為1.0m～1.5m，深度宜為10m～12m，塑料排水板的深度、間距與袋裝砂井相同，以消減部分超靜孔隙水壓力，從而減少深層土體受到的影響，減少擠土效應;設置隔離板樁或地下連續(xù)墻，可減少淺層地基土的側向位移和隆起量。

（7）在壓樁施工過程中設置上涌和水平偏位觀測點，定時檢測樁的上浮量及樁頂水平偏位值，若發(fā)現(xiàn)上涌和偏位值較大須及時匯報，采取復壓等措施;同時沉樁過程中應加強對施工的監(jiān)督和對鄰近建（構）筑物、道路、地下設施等的觀測和監(jiān)測，在可能受影響的范圍內埋設測斜管和沉降觀測點，測斜管用于監(jiān)測在壓樁過程中樁周土體的水平位移，沉降觀測點用于監(jiān)測壓樁過程中擠土效應所引起的地面隆起量，以便發(fā)現(xiàn)問題能及時采取措施處理。

6 ?結束語

靜壓管樁是一種能夠保證質量和承載能力的樁體，但施工工藝中存在的擠土效應是不可避免的，所產(chǎn)生的不利影響也是不可忽視的，我們應該在弄清其擠土效應產(chǎn)生的機理上來分析，并結合實際工程情況，找到合適的工程處理措施來消除擠土效應所造成的危害影響，為了在以后的工程中讓靜壓管樁能得到更廣泛的運用，需要在施工前應認真組織，根據(jù)場地周邊的環(huán)境條件及工程地質情況，編制詳細的施工方案，采用經(jīng)濟、有效的技術措施，減少擠土效應帶來的的危害影響，保證靜壓管樁的樁基質量。

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