軟土環境靜壓群樁管樁施工措施效應分析

林華橋 陶海冰 盧玉華 劉子振 單華峰

1. 方遠建設集團股份有限公司 浙江 臺州 318000；2. 臺州學院建筑工程學院 浙江 臺州 318000

混凝土管樁經常使用在工業廠房和低層住宅等基礎工程中，其承載力容易滿足，設計和施工都方便，便于工廠化生產，在軟土類地基環境下很容易實施。由于管樁壓樁過程的擠土作用，特別是大面積的群樁管樁，在施工過程中仍會碰到一些難題，比如壓樁路線、壓樁速度、鄰近建筑的影響、管樁偏移等[1-4]。管樁壓樁過程與軟土環境相互作用主要體現在鄰近結構與土的位移變化、孔隙水壓的波動[5-6]等方面。管樁壓樁過程與軟土環境相互作用可以通過圓孔擴張理論分析，劉裕華等[7]、高子坤等[8]基于圓孔柱擴張理論，將管樁按照彈塑性分析，獲得土體位移的解析解。周航等[9]基于圓孔擴張理論建立擴底楔形樁沉樁過程擠土效應的理論計算方法。以上理論研究中很少考慮群樁的影響，在群樁環境中管樁的擠土作用主要通過現場測試獲得[10-12]。本文以臺州市某產業園區廠房群樁管樁為例，通過調整施工措施和測試獲得管樁施工效應。

1 工程概況

臺州某產業園工程東鄰路澤太一級公路及在建的一期用地，西鄰保全路，北鄰園區北路，南鄰已建廠房。規劃總用地面積約189 667 m2，總建筑面積約364 399 m2。二期工程擬建35幢4層廠房（1#—35#）；三期工程擬建3幢10層倒班宿舍樓（36#—38#）及1幢3層的配套設施用房（39#）；四期工程建筑為1幢3層的輔助用房（40#）。

根據區塊巖土工程勘察報告，本場地地勢較平坦，場地及周邊不存在地面沉降、地面塌陷等不良地質作用，場地總體屬基本穩定。擬建物距北側園區北路約50 m，距建筑物約80 m，距南側建筑物較近，故需考慮采取防范措施，如開挖防擠溝和應力釋放孔，并合理安排壓樁路線、壓樁速度等，以盡量減輕對周圍環境及相鄰樁的影響。

2 軟土環境群樁管樁施工措施

2.1 群樁與軟土環境特性

本工程樁基礎為預應力管樁，管樁樁徑為600、700 mm，壁厚110 mm，設計樁長為48、49、50、51 m，總樁數為1 764根。單樁承載力特征值為1 700～2 100 kN。管樁采用靜壓沉樁施工，擠土作用明顯，容易對周邊鄰近建筑產生影響。根據場地工程地質條件、擬建建筑結構及荷載要求，樁基礎持力層集中在⑦2粉質黏土混粉砂、⑧1、⑧2層粉質黏土。本項目范圍內各層土的分布從上至下依次為①雜填土、②黏土、③淤泥、④粉質黏土、⑤1粉質黏土、⑤2黏土、⑦1粉質黏土、⑦2粉質黏土混粉砂、⑦2夾礫砂、⑧1粉質黏土、⑧2粉質黏土。

2.2 群樁壓樁措施與測試方案

場地群樁施工措施包括壓樁路線、壓樁速度、設置防擠溝和應力釋放孔。在管樁施工期間，加強壓樁過程的建筑物或監測孔等觀測，用以調整壓樁路線和壓樁速度。

場地北側和中軸線附近群樁施工通過控制壓樁路線和速度，進行土體位移分析。根據群樁分布和周邊建筑情況，制定了靜壓管樁施工過程跟蹤的測試方案。在場地南、中、北軸線上分別布設了3組測斜管S1、S2，S3、S4，S8、S9、S10，設置了3組孔隙水壓力計W1、W2，W3、W4，W5、W6、W7。南側測點S1、S2和W1、W2附近設有防擠溝和應力釋放孔。壓樁措施與觀測點平面布置情況如圖1所示。

圖1 壓樁措施與測點平面布置

根據場地土層情況，每組孔隙水壓計分別距地表深度4、12、26、36 m。測斜管長33 m，測斜管內每0.5 m測一個數據。

3 群樁施工措施效應分析

3.1 壓樁路線效果分析

群樁管樁施工隨著壓樁數量增多，各層土體容易擠密。因此，壓樁線路從鄰近建筑物向遠處推進，避免地表土上升和水平位移導致樁身傾斜。主要壓樁方案包括先中間再外圍、整排向一側推進、先外圍再中間，部分位置結合間隔壓樁。

先中間再外圍的壓樁施工主要有3#樓（離釋放孔近）、6#樓、11#樓（無釋放孔，局部間隔壓樁）、35#樓（無釋放孔）。先外圍再中間的壓樁施工主要有2#樓（局部間隔壓樁）、16#樓、17#樓、23#樓、24#樓（局部間隔壓樁）。整排向一側推進的壓樁施工主要有5#樓（局部間隔壓樁）、14#樓（局部間隔壓樁）、33#樓、34#（局部間隔壓樁）。根據規范[13]，靜壓預制樁樁位偏位允許值為≤（100＋0.01H） mm（H為深度，本文中樁位偏位允許值取99.5 mm），樁頂標高±50 mm，壓樁完成后樁頂水平偏位情況如圖2所示。

圖2 樁頂水平偏位統計

由圖2可得，群樁壓樁路線優先采用中間再外圍方案，然后是整排向一側推進，最后是先外圍再中間方案，如果結合間隔壓樁會更好。

3.2 壓樁速度效果分析

壓樁速度越快，土體受擠壓力及變形也越大，鄰近建筑物或道路應放慢壓樁或分段間隔壓樁。根據樁基施工擠土影響范圍，選取場地南邊界、中間軸線附近和北邊界的樁基進度進行分析。場地南邊界的樁基平均進度：2#樓為5.26根/d，3#樓為6.33根/d，5#樓為5.47根/d；場地中軸線附近的樁基平均進度：11#樓為6.56根/d，12#樓為3.14根/d，14#樓為4.32根/d；場地北邊界的樁基平均進度：33#樓為6.83根/d，34#樓為7.45根/d，35#樓為7.20根/d。不同壓樁速度下樁位水平偏位情況如圖3所示。

圖3 不同壓樁速度的樁位水平偏位情況

由圖3（b）可得，壓樁速度越快，樁位水平偏位值呈波動狀增加。由圖3（a）可知，當壓樁速度超過7根/d，樁位水平偏位超限占比會降低，壓樁速度為5～7根/d，樁位水平偏位超限占比基本相近。

3.3 防擠溝和應力釋放孔效果分析

3.3.1 防擠溝和應力釋放孔設置方案

本工程在1.5L（L為樁長，下同）范圍有建筑物，因此，通過設置防擠溝和應力釋放孔，減少壓樁時引起的表層土的水平位移，釋放擠土效應。防擠溝和應力釋放孔設置情況：在2#、3#樓南側設置1條長83 m、上口寬3 m、下口寬2 m、深2 m的防擠溝，并在溝內鉆設應力釋放孔，孔徑600 mm，孔深約為25 m，孔距1.8 m，呈梅花形，同時在孔內放置直徑500 mm的毛竹籠，籠長約15 m。在防擠溝中設置集水井，使地表水和孔隙水能迅速匯集到集水井中。

3.3.2 場地土體與群樁位移分析

由于在2#、3#樓設置了防擠溝與應力釋放孔，位移觀測點S1、S2和水壓力觀測點W1、W2設置在防擠溝與應力釋放孔附近。監測過程中的觀測頻率依據壓樁進度調整，選取S1、S2和S4監測結果進行分析。

經分析可知，測斜孔深34 m（0.7L）位置處的累計位移較小。S1在埋深9～12 m處累計位移有明顯波動，主要原因是S1離防擠溝和應力釋放孔較近。各測點的最大位移統計結果如表1所示。

表中S2離應力釋放孔較遠，S3、S4、S8、S9和S10附近沒有應力釋放孔。由表1可得，深度0.7L以下和地表離樁3.0L以上壓樁可以不考慮擠土影響。

表1 各測點的最大位移統計結果

與測點S1、S2、S4、S8、S9距離為0.8L～1.0L范圍壓樁時，各測點的位移如圖4所示。壓樁完成后，樁頂豎向偏位≥50 mm的點位占比情況如圖5所示。

圖5 樁頂豎向偏位情況

由圖4可得，S1和S2所測的位移值明顯比其他測孔的位移值小。因此，防擠溝與應力釋放孔有助于減少壓樁導致的土體位移。

圖4 0.8L～1.0L水平范圍壓樁時測斜管的位移值

由圖4和圖5可得，2#樓附近的防擠溝和應力釋放孔措施沒有減少樁頂豎向偏位≥50 mm點位的占比，但對場地土體位移有明顯效果。

《建筑基樁檢測技術規范》規定：單樁水平承載力特征值以建筑物水平位移控制時取10 mm（對位移敏感建筑物取6 mm）。因此，壓樁方案可依據鄰近建筑物水平位移控制要求制定。當水平位移要求在6 mm時，可不考慮1.5L范圍外壓樁擠土效應；當水平位移要求在10 mm時，可不考慮0.8L～1.5L范圍外壓樁擠土效應。

3.3.3 場地孔隙水壓分析

對壓樁過程中，各測孔不同測點的孔隙水壓力相對壓樁前的變動情況進行分析可得，孔隙水壓隨壓樁過程呈波動變化，壓樁后孔隙水壓預估需要7 d趨于平穩。場地范圍孔隙水壓力變化情況和壓樁時間基本吻合，防擠溝與應力釋放孔對壓樁過程場地的孔隙水壓變化影響較小。

4 結語

1）群樁管樁壓樁路線優先采用先中間再外圍，然后是整排向一側推進，如果兼有間隔壓樁效果會更好。壓樁速度越快，樁位水平偏位越多，當壓樁速度超過7根/d，樁位水平偏位超限的占比會降低。

2）鄰近建筑物水平位移要求控制在6 mm左右時，可不考慮1.5L范圍外壓樁擠土效應；當水平位移要求控制在10 mm左右時，可不考慮0.8L～1.5L范圍外壓樁擠土效應。

3）防擠溝與應力釋放孔有助于減少壓樁導致的土體位移，而對附近樁頂水平偏位、豎向偏位和場地孔隙水壓力變化的影響較小。