静压管桩施工防挤土影响措施在工程的应用

【关键词】静压管桩施工；挤土效应；防挤土影响措施；灵活应用 

　　1. 工程实例 

　　某项目，总用地面积56410.0m2，总建筑面积147832.4 m2。地块内拟建设办公用房和酒店，其中地块北部建设16层的高层办公楼（25#楼），下设单层地下室；其余地段主要建设3层办公楼和其他辅助用房建筑物，共分五个单元，其下方及其空地均设单层地下室。2#～25#楼及地下室基础采用预应力管桩，其中25#楼主楼设计有PHC-AB500（110）、PHC-AB550 （125） 、PHC-AB600（100）、 PHC-AB600 （110）预应力管桩共344根，以3-1或3-2全风化粉砂质泥岩为持力层，有效桩长44.5米（A区）和51米（B区），裙房及地下室采用PC-AB400（75）预应力管桩；2～24#楼及地下室部分采用PC-AB400（75）、PTC-400（60）预应力管桩共1586根，以3-2砂质粉土加粉砂层为持力层，有效桩长9～12米。 

　　2. 静压施工对周围的影响分析 

　　（1）静压法预应力混凝土管桩施工属于挤土类型， 往往由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动， 改变了土体的应力状态。相当于桩体积的土体向四周排挤， 使周围的土受到严重的扰动， 主要表现为径向位移， 桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压， 致使土体中超空隙水压力升高造成土体破坏，未破坏的土体也因超空隙水压力的不断传播和消散而蠕变，产生较大的剪切变形，形成具有很高空隙水压力的扰动重塑区，并且大大地降低了土的不排水剪切强度，使桩周邻近土因不排水剪切而破坏，造成与桩体积等量的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和涌起。至于地面以下较深层的土体在覆盖土层的压力作用下未能向上隆起，就向水平方向挤压。由于群桩施工中的叠加作用，使已打入完成的邻近桩和土体产生较大侧向位移和上浮。桩群越密桩基面积越大，地基的软弱土层越厚和含水率越高，土的位移就越大，造成地面隆起就越高，已打入完成的桩也因向上位移土的摩擦力带动向上浮起造成桩的严重质量后果。 

　　（2）此外静压预应力管桩施工时随着桩的压入，地层中的土体发生位移，土体中不同形态的水和气体被排出产生超静水压力，对其影响范围内的地面建筑物和地下管线产生影响。目前一般认为波及距离为1～1.5倍桩长。本工程北面有R21-5地块在建的住宅楼（2层地下室，剪力墙边线距25#楼边线仅10～18米）及在建道路地下管线；东面有农居房（距离围墙仅25～30米）及尚未验收的桥头路。 

　　（3）上述建筑物、在建道路及地下管线距离施工场地较近，均在沉桩施工挤土影响范围内。本工程桩数较多，桩土置换量大（特别是桩径为500～600的工程桩），且由于桩深范围内地质土层（除2-2、2-3层）透水性较差，压桩挤土产生的孔隙水压力不容易释放，预计压桩影响范围可达60m左右。为此施工时应考虑采用必要的防护措施，减轻压桩时上部土层挤土应力对已有建筑物和道路及地下管线的影响。 

　　3. 防挤土措施方案灵活应用 

　　由于北面R21-5地块在建的住宅楼有2层地下室，剪力墙边线距25#楼边线仅10～18米，地下室剪力墙被动形成挡土墙，必然会承受较大的挤土压力，虽然剪力墙抗剪能力较强且上部有重荷载，但挤土影响不可低估。此外，东面的农居房及桥头路和北面在建道路及地下管线对挤土影响比较敏感。为了周边建筑、道路及地下管线的安全和不必要的纠纷，根据本工程的桩土置换量以及临近建筑物及地下管线的结构特点，拟采取以下综合防护措施： 

　　3.1 开挖地面防挤沟。 

　　在25#楼东、北、西面和16#、18#、21#、24#楼东面距桩基边线8m外开挖一条防挤沟，以减小表层土的平面位移。防挤沟上宽1000，下宽800，深度以挖到见地下水位为宜。防挤沟长度东、南、西、北面合计为530米（其中东面250米，南面80米，西面75米，北面125米）左右，位置如平面图所示。 

　　3.2 打设深部应力释放孔。 

　　（1）为减小压桩时深部挤土应力传播，应考虑打设深部应力释放孔，以释放深部孔隙水压力，拟在25#楼东、北及西面防护区域的防挤沟内打一排钻孔，具体桩位分布范围详见平面图所示。钻孔孔径500，深度为30m，间距为2.0m， 应力释放孔分布范围长度为332米，约合计167根。 

　　（2）2～24#楼及地下室部分采用PC-AB400（75）、PTC-400（60）预应力管桩，桩分布率低，其桩土置换率相对较低，桩长较短，挤土效应相对较小，且送桩后的孔洞可以释放部分浅部挤土应力，但考虑到民房、地下管线及道路对挤土的敏感性，故在16#、18#、21#、24#楼东面打设应力释放孔，孔径500，深度为15m，间距为3.0m，分布范围长度为120米，约合计41根。 

　　（3）应力释放孔内设置钢筋骨架竹筋笼防坍，笼长比孔深少0.5m。应力释放孔结构见剖面图，位置如平面图所示。 

　　3.3 引孔沉桩。 

　　（1）为了尽可能减小预制桩下沉时产生的挤土影响造成对邻近建筑物和工程桩本身的危害，预先在桩位进行钻孔取土，然后采用静压法沉桩。预钻孔辅助沉桩法常用于城市密集建筑物群中的桩基工程。预钻孔的孔径均小于桩径，约为桩径的60%～80%，不致对桩的承重能力产生影响。全钻孔辅助沉桩法主要用于端承桩基础，用于摩擦桩会使桩的承载力显著降低。局部钻孔辅助沉桩法，预钻孔的深度一般为桩入土深度的1/3～1/2时对桩的承载力影响不大。在软土地基中，桩的承载能力降低值一般不大于5%，且随着桩长的增加和桩端承载力的增大，这一影响也将相应地减小。有时在预钻孔辅助沉桩法施工中，尚可采用桩周压注水泥浆的措施赖减小对桩的承载力的影响。当在预钻孔深度范围内，地基中尚存在浅层硬土层时，应用本法有显著的优越性。 　　（2）本工程25#楼为高层建筑，桩数344根，布桩很密且桩径较大，土层中含2-2、2-3粉砂夹层，锥尖阻力（qc值）相当高，静压管桩根本无法穿透，综合分析后25#楼采取引孔法沉桩，引孔深度10米。后来沉桩施工的顺利进行验证了引孔法沉桩的合理性。 

　　3.4 合理安排施工区和压桩顺序。 

　　3.4.1 合理安排施工流向。 

　　由于25#楼桩径为500～600，桩径较大，挤土效应尤为明显。为减小压桩挤土应力的影响， 25#楼A区应先施工东面20轴上的桩，然后施工北面桩径为600的桩，这样已先行施工的桩形成遮点效应，对后施工桩的挤土应力形成一定的消散作用；此外桩机沿东西长轴线来回施工，路线相对较长，空隙水压力有时间得到一定的释放，施工总流向自北向南推进，即自从 P轴 →L 轴。B区应先施工东面20、21轴上的桩，然后施工D轴线上的桩，施工流向同A区。A、B区块总体上先施工600桩，后施工500、550桩。此外因送桩较深，这样已施工桩的送桩孔也可以释放部分孔隙水压力。 

　　其余楼号施工总流向同A区。 

　　3.4.2 合理安排压桩顺序。 

　　采用承台间跳压措施，每个承台每次只能压1～2根桩，这样可以分散挤土应力，减轻对周围的影响。施工前应在图纸上标明每一根桩的压桩顺序，施工时严格执行。 

　　3.5 控制压桩速率。 

　　严格控制日压桩量，特别是临近周边建筑、道路及地下管线施工时，控制平均日压桩8根以内，其他位置施工控制日压桩量12根左右，以降低挤土应力增量，减轻压桩挤土的影响。 

　　3.6 实行间歇压桩。 

　　本工程地质土上部有砂质土层，有一定渗透性，压桩时实行白天施工，夜里不施工，由于日压桩量不大，保持大部分时间安静状态使孔隙水压力有一定的释放时间。可以减轻挤土应力的传播。 

　　3.7 加强监测。 

　　3.7.1 第三方监测。 

　　委托有监测资质的监测单位在受保护建筑物及道路的适当位置，布设监测点，为挤土影响提供量化数据。每天在压桩过程中适时监测土体的水平位移和孔隙水压力变化，掌握挤土动态，以便根据现场情况及时采取措施，做到信息化施工。 

　　3.7.2 施工单位实时监测。 

　　在受保护建筑物的适当位置，布设可靠的平面监测点，每天压桩前后用高精度经纬仪监测各点的水平位移和高程变化，掌握挤土动态，以便根据现场情况及时采取措施，并将监测结果及时报告建设单位及监理。 

　　4. 工程效果 

　　（1）施工过程中由专业监测单位对场区及周边环境进行位移监测，监测数据表明，该工程监测点水平位移最大为13mm，垂直位移最大为18mm，可见挤土效应对周边环境影响较小。静荷载试验结果表明单桩承载力均满足设计要求，说明桩体间的挤土效应造成的桩顶上浮得到了有效控制。 

　　（2）综上，本工程防挤土预防措施运用得当，取得了显著的效果，节省了成本和保护了周边环境，确保了工程的顺利进行。笔者从事静压桩施工15年，本文所总结的施工经验供大家参考。 

　　参考文献 

　　[1] 吴丙同.预应力混凝土管桩施工中挤土效应现象分析和处理。建筑安全，2009，07. 

　　[2] 先张法预应力混凝土管桩，浙江省结构标准图集（2002浙G22）. 

　　[3] 建筑桩基技术规范（JGJ94-2008）. 

　　[4] 浙江省建筑地基基础设计规范（DB33/1001-2003）.