管桩挤土效应与控制应对措施

黄浩 石贤 官婧 李炳冲

摘要：本文分析介绍了挤土效应机理，并从理论上分析了管桩施工的挤压效应对周围建筑物的影响，并结合实际施工情况，采取措施有效减少了某些部位的影响，从而达到有效控制管桩挤压效应对周边建筑物的影响。

关键词：管桩；挤土效应；应对措施

一．引言

管桩是一种广泛应用的桩基础，在饱和软黏土地区施打预应力管桩时，沉桩过程中容易挤压地下土层，造成地面隆起，并使先打入的桩桩顶标高增加，这一现象称之为桩涌起。桩涌起后，在桩底部形成空位，使桩失去端承力，导致桩的承载力只能依靠桩周摩擦力产生，从而使桩的整体承载力降低，且随着上部建筑物自重增加，桩会沉陷。由于各根桩的隆起程度不同，可能引起建筑物主体结构的不均匀沉陷，严重影响建筑物的安全。文中对工程实例中出现的管桩挤土效应的原因进行了深入分析并提出了有效的处理方法，可为同类工程施工提供参考。

二．挤土效应的定义及影响

（一）挤土效应

挤土效应是在预应力管桩时发生的现象。 当桩下沉时，桩周围的土壤结构会受到干扰，土壤的应力状态会发生变化。 挤土效应效果通常表现为浅土抬高和深土侧向挤压，挤土效应作用会破坏周围的道路和建筑物，导致周围的开挖基坑塌陷或增加。 对已经施打的桩的影响表现为桩身倾斜及浅桩（≤20 m）上浮。如果压桩施工方法与施工顺序不当，每天成桩数量太多、压桩速率太快就会加剧挤土效应。

在挤土效应 的过程中，由于桩自身占据了土壤的原始空间，因此桩周围的土壤被排放到周围。当桩周围的土壤为非饱和土层时，压缩土体时，土体的体积减小，可以有效地消除压应力。因此，在不饱和土层中压实土桩的压实效果尚不明确，负面影响也较小。当桩周土为饱和软土时，土体受挤压时体积不会收缩或收缩量极小，挤压应力主要通过土体位移来消减，挤土效应十分显著，因此所造成的负面影响更大。

（二）影响结果

以上分析表明，预制管桩的结构会引起周围土壤的大位移和孔隙水压力。结构中的桩数越多，桩压得越快，土壤侧的压力就越大。此时，桩周围的土壤结构可能会被破坏和膨胀，从而损坏周围的建筑物或地下管道设施。

在饱和的软土层中，由于渗透系数小，土体压力导致孔隙水压力迅速增加，即“超静态孔隙水压力”，其影响范围远远超过普通土壤压实的压应力。 压实桩之后，有可能使桩周围的饱和软黏土中的孔隙水压力U> G（G是顶部土壤的总重量）在2m-3m范围内，在此范围之外，超静孔水压逐渐降低。 不同的土壤条件具有不同的渗透系数，因此孔隙水压力的变化规律也不同。 由于低渗透系数和非常小的孔隙水压力，淤泥很容易消散， 在粉细砂层和淤泥的交替层中，由于粉细砂层渗透性相对较好，淤泥中产生的超静孔隙水压力将通过粉细砂层较快消散。

在沉桩过程中，土壤的压缩应力以及由此产生的超孔隙水压力对邻近建筑物的影响起着共同的作用。施工经验，它以较大的浅层，较小的深层，较大的近场和较小的近场反射，冲击范围为桩长的1到1.5倍。同时，沉桩和超精密孔隙水压力造成的土壤压实也会引起建筑桩的水平位移和浮起，从而导致桩基质量事故。打桩间隔时间的延长，增加的土壤应力和超静孔水压力逐渐散布和消失，地层重新固结对周围建筑物产生不利影响。

三．工程施工策略

（一）控制打桩速率及日压桩数

适当的桩碎速度可以使桩周围的土壤完全排干并粘住，并且孔隙水不会迅速膨胀到周围的建筑物中。在施工过程中有效控制桩压速度，确保桩压过程中产生的压应力和超孔隙水压力具有消散过程。因此，应将压桩速度控制在不损害周围环境和桩基本身质量的范围内，具体情况取决于桩位置的布局以及对周围建筑物施工的监测结果。一般原则是要靠近邻近的建筑物，并在以后放慢施工速度。在软土地基上，桩压施工进度过快，不仅大大增加了孔隙水压力值，而且还加剧了邻近土体的剪切破坏，增加了地基土体的变形值，甚至使其变得过大，导致孔隙水压力和地基位移。因此施工期间必须严格控制影响范围，施工时应严格控制每天压桩的数量，目的是使挤土引起的超孔隙水压力有时间消散，可有效地减小挤土效应。

（二）合理地安排打桩顺序

因为首先被压入桩中的周围土壤被加强，所以在土壤和桩之间产生了恒定的摩擦阻力，这是为了防止土壤在随后被压桩时弹起。因此，体隆起往往向压桩推进前方发生。为保护临近的某栋建筑物或地下管网，压桩顺序应采取由近而远的方法，宜先压长桩、后压短桩。

（三）预钻孔取土打桩

该方法是通过减少打桩期间挤压的土壤量来减少应力增加的值。一种特定的方法是预钻桩，然后按桩，钻孔直径比桩直径小100毫米，孔深度是桩长的1/3，必须在浅质量层上钻孔。现阶段，静态打桩机自身并不具有钻孔能力，因此需要一台额外的钻孔机。在大型群桩的施工中，如果钻一个孔来压桩，由于静压桩机底盘为步履式而非履带式，移动缓慢，影响施工效率。如果钻若干孔后再钻孔并压桩，则需要考虑打桩设备是否会破坏空心和下沉。因此，预钻土方牵引桩的方法有效地将设备的重量减少到100吨以内，并且不适合使用大吨位的静力打桩机。

（四）设置排水砂井或塑料排水板

在压实桩之前，请先安装一排或两排砂井，或在要保护的建筑物侧面插入塑料排水板，使超静水压流入砂井或排水板，避免造成压力损失。砂井的设置如下：砂井与侧桩之间的距离应为5m〜6 m，砂井的直径为20mm〜300 mm，间距为800mm〜1200mm。沙子的井深为10m至15m，必须通过浅层泥土进行磨损。一排排空孔在大约0.8m至1.0m的沙子内打孔。钻桩时，根据施工监控情况，可以随时进行其他钻探和除土。孔的布置可以减少土壤层的水平位移，有效地减轻转移到相邻建筑物的土壤的压实应力，并保护砂的连续性不受影响。这样，由两排或三排沙井和洞组成的深层防御区就错开了，有效地保护了邻近的建筑物。

结论

综上所述，可以分析出管桩的挤压效应非常明显，影响它的因素较为复杂。由于土方压实的影响而导致的工程事故经常发生在工程中，因此，如果认真考虑采取合理的防护措施，只要对影响的控制较少，就应进一步开展研究。本文提供的各种预防措施可以有效降低土壤压实效果，减少土壤压实效果造成的破坏，更好地保护工程环境。

参考文献:

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[2]李均尧,陈卫文,李明.软土中密集管桩的挤土效应综合防治措施[J].广州建筑, 2012(04):35-37.