靜壓預應力管樁擠土效應試驗

宋維金

(中鐵十四局集團 第四工程有限公司，山東 臨沂 276000)

預應力管樁具有承載力高、抗彎性能好、質量穩(wěn)定、適應性強等優(yōu)點，靜力壓樁工藝具有噪聲少、無泥漿污染、施工速度快等特點 。然而，靜壓管樁屬于擠土樁，施工過程所產生的擠土效應會對周圍工程環(huán)境造成不良影響［1-2］。對于黏性土特別是飽和軟土地基，擠土效應主要體現(xiàn)為壓樁過程中壓密并擠開樁周土層，造成土體結構破壞，使地面附近土體向上隆起，較深層土體向水平方向發(fā)生側向位移，使土中超孔隙水壓力升高，改變土體工程性質，對土體強度和地基承載力產生較大影響。這不僅與地基土性和設計參數(shù)(樁長、置換率等)密切相關，而且與施工工藝有較大關系。

1 試驗簡介

試驗現(xiàn)場工點位于晉石高速公路 LK14+380—LK14+739，地基土層從上至下分別為硬殼2.0～3.0 m、淤泥質土3.0～5.0 m、殘積黏性土3.0～4.0 m和全風化混合花崗巖。預應力管樁處理深度12.0 m，樁間距2.0 m。該段線路附近存在LNG管線，埋設2.0 m范圍內。試驗中，在距離最外排管樁5.0 m處開挖深度2.5～3.0 m、寬度1 m的防擠溝。采用的傳感器有測斜管，測斜管分別布置在距離管樁外側5.0 m和10.0 m，深度15.0 m，測試布置平面和剖面示意見圖1和圖2。根據(jù)現(xiàn)場條件，靜壓管樁施工順序示意見圖3。

圖1 測試布置平面示意(單位:m)

圖2 測試布置剖面示意(單位:m)

2 側向位移監(jiān)測結果與分析

2.1 LK14+476斷面

圖3 現(xiàn)場試驗靜壓管樁順序示意

LK14+476斷面距最外排管樁10.0 m和5.0 m處的側向位移沿深度和打樁時間變化情況如圖4和圖5所示?？傮w上，預應力管樁施工后產生一定的側向位移，主要發(fā)生在2.0～8.0 m深度范圍內，這是軟弱土層分布范圍，靠近地表側移較大，隨著深度增大逐漸減小，在壓樁過程中或壓樁剛結束時側移達到最大，此時地基土體產生一定的超靜孔壓，隨著時間增長孔壓逐漸消散，使側移有所減小，并逐漸達到穩(wěn)定。

距最外排管樁10.0 m處地表最大側移達到7.1 mm，在2.0 m深度處最大側移達到6.2 mm。距最外排管樁5.0 m處的側向位移沿深度趨勢與10.0 m處的有一定的不同，這與防擠溝的作用直接相關，防擠溝的深度2.5～3.0 m，在3.0 m深度范圍內5.0 m處側移相對較小，與3.0 m以下深度形成一個轉角，防擠溝在3.0 m范圍內減小了一定的側移量，距最外排管樁5.0 m處地表最大側移達到13.9 mm，在2.0 m深度處最大側移達到15.3 mm。

2.2 LK14+490斷面

LK14+490斷面距最外排管樁10.0 m和5.0 m處的側向位移沿深度和打樁時間變化情況如圖6和圖7所示?？傮w上，側向位移變化趨勢與 LK14+490斷面較為一致，距最外排管樁10.0 m處側移沿深度方向逐漸減小，地表最大側移為9.2 mm，2.0 m深度處最大側移為7.6 mm，距最外排管樁5.0 m處側移在3.0 m處形成轉角，地表最大側移為4.7 mm，2.0 m深度處最大側移為9.5mm。

2.3 LK14+510斷面

LK14+510斷面距最外排管樁10.0 m和5.0 m處的側向位移沿深度和打樁時間變化情況如圖8和圖9所示，沿深度方向側移變化趨勢與 LK14+476、490斷面較為一致，距最外排管樁10.0 m處地表側移為5.4 mm，2.0 m深度處側移為4.7 mm，距最外排管樁5.0 m處地表側移為9.6 mm，2.5 m深度處側移為11.3 mm。

2.4 對比分析

LK14+476、490和510斷面沿深度方向最大側移量分別如圖10、圖11和圖12所示。從圖中可知，防擠溝對附近的距最外排管樁5.0 m處側移具有明顯的減小作用，且在防擠溝2.5～3.0 m深度范圍內最為顯著，這為防擠溝的位置和深度設置提供了很好的參考，防擠溝的位置應適當靠近管線，深度應略超過管線深度;距最外排管樁10.0 m處側移明顯小于5.0 m側移量。

圖13給出LK14+476斷面在5.0 m和10.0 m處、深度為2.5 m時的側移變化情況，LK14+476所在斷面的管樁分別在4月29日、5月1日、5月2日、5月5日、5月6日、5月8日施工，從圖13中可知，施工當天的側移量均有所增加，施工后側移量有所減小，并趨于穩(wěn)定，5月6日以后施工第三排樁側移量不再增加。LK14+490所在斷面?zhèn)纫谱兓厔菖c LK14+476斷面較為一致，LK14+510所在斷面總體上施工第四排樁開始對側移影響較小。

圖4 LK14+476距最外排管樁10 m處側向位移

圖5 LK14+476距最外排管樁5 m處側向位移

圖6 LK14+490距最外排管樁10 m處位移

圖7 LK14+490距最外排管樁5 m處位移

圖8 LK14+510距最外排管樁10 m處位移

圖9 LK14+510距最外排管樁5 m處位移

圖10 LK14+476最大位移

圖11 LK14+490最大位移

圖12 LK14+510最大位移

圖13 LK14+476斷面2.5 m深度處側移變化

3 結論

1)LK14+476斷面距最外排管樁10.0 m處地表最大側移為7.1 mm，在2.0 m深度處最大側移為6.2 mm。距最外排管樁5.0 m處地表最大側移為13.9 mm，在2.0 m深度處最大側移為15.3 mm。

2)LK14+490斷面距最外排管樁10.0 m處地表最大側移為9.2 mm，2.0 m深度處最大側移為 7.6 mm，距最外排管樁5.0 m處地表最大側移為4.7 mm，2.0 m深度處最大側移為9.5 mm。

3)LK14+510斷面距最外排管樁10.0 m處地表最大側移為5.4 mm，2.0 m深度處最大側移為 4.7 mm，距最外排管樁5.0 m處地表最大側移為9.6 mm，2.0 m深度處最大側移為11.3 mm。

4)防擠溝對減小側移具有明顯作用，本工點防擠溝設置處即距最外排管樁5.0 m處，使沿深度方向的地基側移在防擠溝設置深度范圍內形成折角。建議防擠溝的位置應適當靠近管線，深度應略超過管線深度。

5)靜壓管樁側向擠壓程度與壓樁順序有較大關系，建議先施工毗鄰管線一側，有利于減小擠壓作用。本工點施工完成第四排樁以后對路基外側擠壓基本不影響。

6)靜壓管樁施工過程中應高度重視擠土效應，建議針對不同地質條件開展施工前工藝試驗，加強地基變形監(jiān)測，確定合理的施工工藝。

［1］吳成.論預應力管樁施工中常見問題及措施［J］.施工技術，2008(7):122-123.

［2］羅戰(zhàn)友，夏建中，龔曉南.壓樁過程中靜壓樁擠土位移的動態(tài)模擬和實測對比研究［J］.巖土工程學報，2008，27(8):1709-1714.

［3］余建民，馮翠紅，閆銀剛.靜壓預應力管樁在基坑支護中的應用［J］.鐵道建筑，2008(6):80-82.