靜壓樁擠土效應(yīng)及防治措施

史 建 鋒

(廣東中天市政工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 佛山 528000)

靜壓樁擠土效應(yīng)及防治措施

史 建 鋒

(廣東中天市政工程設(shè)計(jì)有限公司，廣東 佛山 528000)

介紹了靜壓樁的沉樁機(jī)理，分析了靜壓樁的擠土效應(yīng)及其對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響，并針對(duì)靜壓樁施工中的擠土問(wèn)題探討了其防治措施，以減少或消除靜壓樁對(duì)周圍環(huán)境的不利影響。

靜壓樁，擠土效應(yīng)，防治措施

0 引言

靜壓樁因具有施工簡(jiǎn)單快捷、低噪聲、單樁承載力高、質(zhì)量可靠、穿越土層能力強(qiáng)、單位造價(jià)低等諸多優(yōu)點(diǎn)而得到了較為廣泛應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。但是，靜壓樁對(duì)周邊環(huán)境造成的影響和破壞，應(yīng)引起重視，施工時(shí)采取相應(yīng)合理措施減緩或消除其不利影響，具有非常重要的意義。

1 靜壓樁沉樁機(jī)理

沉樁實(shí)際是樁頂壓力不斷克服樁下沉中產(chǎn)生的樁阻力(樁端阻力與樁周摩阻力總和)施工過(guò)程，當(dāng)樁頂靜壓力(由于樁身自重作用所占比例較小，可忽略)大于樁阻力，樁下沉，否則，樁停止下沉。樁端阻力大小與樁尖處土體軟硬程度等因素有關(guān)，當(dāng)樁尖處土體越硬、抗壓強(qiáng)度越高時(shí)，其抗沖剪阻力也越大，樁端阻力越大，在軟土地基中，壓樁的阻力主要來(lái)自樁端阻力。樁周摩阻力與樁周土類別有關(guān)，如粘性土、砂性土等，且根據(jù)樁周土與樁的相互作用關(guān)系，一般將樁周摩阻力從上到下分成三個(gè)區(qū)：上部柱穴區(qū)、中部滑移區(qū)、下部擠壓區(qū)。對(duì)于中長(zhǎng)、長(zhǎng)樁而言，樁下部摩阻值可占沉樁阻力的50%～80%，樁周土強(qiáng)度高，樁入土深度小，所占比值越大。

2 靜壓樁擠土效應(yīng)及對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響

管樁施工沉入地下時(shí)，樁身將置換等體積的土體，管樁施工過(guò)程實(shí)際是一個(gè)擠土過(guò)程，并對(duì)土體的天然結(jié)構(gòu)、孔隙比進(jìn)行破壞，在樁周產(chǎn)生相當(dāng)大的擠壓應(yīng)力，引起很高的超孔隙水壓力，引起沉樁周圍一定范圍內(nèi)的地面發(fā)生豎向(隆起或下沉)和水平方向的位移，嚴(yán)重者可能造成先沉入樁，樁上浮、樁尖脫空(特別對(duì)于短樁)、樁接頭拉斷、樁位的偏移、樁身的翹曲、樁的折斷等工程事故，極大地影響了單樁承載力。甚至導(dǎo)致鄰近建筑物和構(gòu)筑物產(chǎn)生裂縫、道路路面損壞、擋土結(jié)構(gòu)及地下設(shè)施和管線的一定程度破損、邊坡失穩(wěn)等一系列事故。近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)沉樁引起的超孔隙水壓力和位移進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究及測(cè)量，發(fā)現(xiàn)單樁壓入時(shí)，土體中的超孔隙水壓力隨離樁中心的距離增大而快速減少，在粘性土中這一現(xiàn)象更明顯，距離樁中心15倍樁徑處的超孔隙水壓力及距離樁中心12倍樁徑處的水平位移均可忽略不計(jì)。

3 施工過(guò)程中防治擠土措施

1)引孔沉樁法：引孔沉樁主要目的是減少擠土效應(yīng)、穿過(guò)堅(jiān)硬夾層和增加樁的入土深度。地下水位以下引孔應(yīng)采用泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝，地下水位以上可采用長(zhǎng)螺旋鉆干作業(yè)法。引孔直徑一般宜比工程樁外徑小一些，具體引孔直徑、孔深、數(shù)量應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地土情況及布樁密度，由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等單位綜合商議確定，垂直度偏差不宜大于0.5%。引孔和壓樁作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，間隔時(shí)間不宜大于12 h(在軟土地基中不宜大于3 h)，以免孔內(nèi)積水，軟化樁端土，削弱樁周土摩阻力，樁基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。引孔中有積水時(shí)，宜采用開口型樁尖?？紫独瓑簻y(cè)試資料表明，采用引孔沉樁措施能有效減緩管樁施工擠土效應(yīng)影響，樁周土體水平位移可減小30%,超孔隙水壓力可減小40%，是一種行之有效的方法。

2)設(shè)置袋裝砂井或塑料板排水：當(dāng)樁較密集，或地基為飽和淤泥、淤泥質(zhì)土及粘性土?xí)r，應(yīng)在沉樁區(qū)域四周或者群樁內(nèi)部設(shè)置塑料排水板或袋裝砂井及時(shí)消減沉樁過(guò)程中引起的超孔隙水壓力。設(shè)置直徑宜為70 mm～80 mm，間距宜為1.0 m～1.5 m，深度宜為10 m～12 m袋裝砂井或相同深度、間距的塑料板，具體深度及間距應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。

3)設(shè)置緩沖溝或應(yīng)力釋放孔：當(dāng)沉樁影響范圍內(nèi)地下埋設(shè)有通訊電纜、供水管等淺層地下管線，或鄰近有要保護(hù)建筑物時(shí)，應(yīng)在場(chǎng)地外邊界開挖緩沖溝(隔離溝)，緩沖溝能有效減少沉樁引起的地基淺層土體側(cè)向位移和隆起，無(wú)法隔斷深層土體中應(yīng)力波的傳遞，如想保護(hù)埋深較大管線或其他建(構(gòu))筑物，可設(shè)置應(yīng)力釋放孔，一般按梅花形布置幾排，孔徑400 mm或500 mm,孔深12 m～15 m，孔內(nèi)可填充松散材料或鋼筋竹籠。應(yīng)力釋放孔可設(shè)置在沉樁區(qū)域內(nèi)、外或在被保護(hù)建筑物附近，能緩解和隔斷擠土效應(yīng)傳遞通道，有效消減孔深內(nèi)超孔隙水壓力作用，有試驗(yàn)表明應(yīng)力釋放孔對(duì)孔隙水壓力的屏蔽最大可達(dá)74%。采取這一措施時(shí)，注意要防止沉樁引起溝壁坍塌造成損害，同時(shí)應(yīng)在保護(hù)建(構(gòu))筑物上設(shè)置適當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)行動(dòng)態(tài)信息化施工。

4)控制沉樁速率和日沉樁量：此措施規(guī)定24 h內(nèi)休止時(shí)間不應(yīng)少于8 h。連續(xù)沉樁過(guò)程中，土體中的超孔隙水壓力不斷聚集，特別在壓樁后期，由于地基土體側(cè)向及豎向已經(jīng)接近于變形極限狀態(tài)(孔隙水壓力稍有增加就產(chǎn)生變形)或土體變形已接近建(構(gòu))筑物容許值，土體變形對(duì)沉樁速率和日沉樁量非常敏感，更應(yīng)嚴(yán)格控制沉樁速率或停止沉樁施工，使擠土引起的超孔隙水壓力有時(shí)間消散，有效地減小孔隙水壓力值,如不加控制，危害很大。對(duì)于淤泥、淤泥質(zhì)土等含水量較大或飽和土地基，更應(yīng)嚴(yán)格控制沉樁速率和日沉樁量。

5)合理安排沉樁順序：為減少沉樁對(duì)周圍環(huán)境影響，合理安排沉樁順序十分重要。沉樁施工時(shí)，由于側(cè)向擠土將產(chǎn)生土側(cè)向壓力、變形及超孔隙水壓力。群樁施工時(shí)，如選擇沿某一單方向依次沉樁，先壓入部分樁有效影響計(jì)算寬度范圍內(nèi)，樁基抵抗土側(cè)向壓力和超孔隙水壓力及土體側(cè)向變形能力遠(yuǎn)大于地基土體本身，對(duì)后壓入樁引起的土側(cè)壓力和孔隙水壓力及變形起有效遮簾或隔障作用，導(dǎo)致土體變形(或變形趨勢(shì))及土側(cè)壓力和孔隙水壓力沿沉樁方向進(jìn)行累積，地基土體側(cè)向變位方向基本上與壓樁順序一致，后沉樁往往比較難沉入，也說(shuō)明了先沉樁對(duì)后沉樁位處土體進(jìn)行了有效擠壓密實(shí)積聚，增大了后沉樁位處的土側(cè)壓力和孔隙水壓力。

沉樁順序還與多種因素有關(guān)。如根據(jù)樁入土深淺、樁徑大小、樁距疏密等情況，宜先長(zhǎng)后短、先大直徑后小直徑、先密后疏距樁順序進(jìn)行施工。應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件及周圍環(huán)境實(shí)際情況等因素，選擇對(duì)環(huán)境影響較小、壓樁速率高的合理順序。

6)設(shè)置隔離板樁或地下連續(xù)墻;降低布樁密度或改用非擠土樁(如鉆孔灌注樁)及低擠土樁(如開口鋼管樁、H型或I型樁)等;沉樁過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)鄰近建筑物、地下管線等的觀測(cè)、監(jiān)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

靜壓樁本身是一種容易保證質(zhì)量和承載能力的樁體，目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、橋梁、機(jī)場(chǎng)、港口碼頭、水利及市政工程等，但其引起的擠土效應(yīng)及其對(duì)周圍環(huán)境的影響不可忽視。希望工程人員在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中能夠意識(shí)到靜壓沉樁擠土效應(yīng)的嚴(yán)重性，可以根據(jù)具體情況，綜合考慮，采取相應(yīng)合理的措施，從而保證工程質(zhì)量安全，減少或消除對(duì)周圍環(huán)境的不利影響。

[1] 陳明輝.靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工中常見的問(wèn)題及預(yù)防措施[J].山西建筑,2006，32(5)：35-37.

[2] JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 羅戰(zhàn)友.靜壓樁擠土效應(yīng)及施工措施研究[D].杭州：浙江大學(xué)博士論文，2004.

[4] 張 利.PHC管樁沉樁擠土效應(yīng)及預(yù)防措施[A].吉林省土木建筑學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2011.

The soil compaction effect and prevention measure of static pressure pile

SHI Jian-feng

(GuangdongZhongtianMunicipalEngineeringDesignCo.,Ltd,Foshan528000,China)

This paper introduced the pile-sinking mechanism of static compression pile, analyzed the soil compaction effect of static pressure pile and its influence on surrounding environment, and discusses its prevention measures for soil compaction problems in static pressure pile construction, in order to reduce or eliminate the adverse effects of static pressure pile on surrounding environment.

static pressure pile, soil compaction effect, prevention measure

1009-6825(2014)28-0046-02

2014-07-21

史建鋒(1976- )，男，高級(jí)工程師

TU753

A