靜壓樁擠土效應及防治措施

史 建 鋒

(廣東中天市政工程設計有限公司，廣東 佛山 528000)

靜壓樁擠土效應及防治措施

史 建 鋒

(廣東中天市政工程設計有限公司，廣東 佛山 528000)

介紹了靜壓樁的沉樁機理，分析了靜壓樁的擠土效應及其對周圍環境產生的影響，并針對靜壓樁施工中的擠土問題探討了其防治措施，以減少或消除靜壓樁對周圍環境的不利影響。

靜壓樁，擠土效應，防治措施

0 引言

靜壓樁因具有施工簡單快捷、低噪聲、單樁承載力高、質量可靠、穿越土層能力強、單位造價低等諸多優點而得到了較為廣泛應用，取得了良好的社會經濟效益。但是，靜壓樁對周邊環境造成的影響和破壞，應引起重視，施工時采取相應合理措施減緩或消除其不利影響，具有非常重要的意義。

1 靜壓樁沉樁機理

沉樁實際是樁頂壓力不斷克服樁下沉中產生的樁阻力(樁端阻力與樁周摩阻力總和)施工過程，當樁頂靜壓力(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，當樁尖處土體越硬、抗壓強度越高時，其抗沖剪阻力也越大，樁端阻力越大，在軟土地基中，壓樁的阻力主要來自樁端阻力。樁周摩阻力與樁周土類別有關，如粘性土、砂性土等，且根據樁周土與樁的相互作用關系，一般將樁周摩阻力從上到下分成三個區：上部柱穴區、中部滑移區、下部擠壓區。對于中長、長樁而言，樁下部摩阻值可占沉樁阻力的50%～80%，樁周土強度高，樁入土深度小，所占比值越大。

2 靜壓樁擠土效應及對周圍環境產生的影響

管樁施工沉入地下時，樁身將置換等體積的土體，管樁施工過程實際是一個擠土過程，并對土體的天然結構、孔隙比進行破壞，在樁周產生相當大的擠壓應力，引起很高的超孔隙水壓力，引起沉樁周圍一定范圍內的地面發生豎向(隆起或下沉)和水平方向的位移，嚴重者可能造成先沉入樁，樁上浮、樁尖脫空(特別對于短樁)、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。甚至導致鄰近建筑物和構筑物產生裂縫、道路路面損壞、擋土結構及地下設施和管線的一定程度破損、邊坡失穩等一系列事故。近十年來，國內外學者對沉樁引起的超孔隙水壓力和位移進行了大量試驗研究及測量，發現單樁壓入時，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。

3 施工過程中防治擠土措施

1)引孔沉樁法：引孔沉樁主要目的是減少擠土效應、穿過堅硬夾層和增加樁的入土深度。地下水位以下引孔應采用泥漿護壁回轉鉆進工藝，地下水位以上可采用長螺旋鉆干作業法。引孔直徑一般宜比工程樁外徑小一些，具體引孔直徑、孔深、數量應根據場地土情況及布樁密度，由現場設計、監理、施工等單位綜合商議確定，垂直度偏差不宜大于0.5%。引孔和壓樁作業應連續進行，間隔時間不宜大于12 h(在軟土地基中不宜大于3 h)，以免孔內積水，軟化樁端土，削弱樁周土摩阻力，樁基承載力達不到設計要求。引孔中有積水時，宜采用開口型樁尖。孔隙拉壓測試資料表明，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)設置袋裝砂井或塑料板排水：當樁較密集，或地基為飽和淤泥、淤泥質土及粘性土時，應在沉樁區域四周或者群樁內部設置塑料排水板或袋裝砂井及時消減沉樁過程中引起的超孔隙水壓力。設置直徑宜為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，具體深度及間距應根據實際情況而定。

3)設置緩沖溝或應力釋放孔：當沉樁影響范圍內地下埋設有通訊電纜、供水管等淺層地下管線，或鄰近有要保護建筑物時，應在場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向位移和隆起，無法隔斷深層土體中應力波的傳遞，如想保護埋深較大管線或其他建(構)筑物，可設置應力釋放孔，一般按梅花形布置幾排，孔徑400 mm或500 mm,孔深12 m～15 m，孔內可填充松散材料或鋼筋竹籠。應力釋放孔可設置在沉樁區域內、外或在被保護建筑物附近，能緩解和隔斷擠土效應傳遞通道，有效消減孔深內超孔隙水壓力作用，有試驗表明應力釋放孔對孔隙水壓力的屏蔽最大可達74%。采取這一措施時，注意要防止沉樁引起溝壁坍塌造成損害，同時應在保護建(構)筑物上設置適當監測點，實行動態信息化施工。

4)控制沉樁速率和日沉樁量：此措施規定24 h內休止時間不應少于8 h。連續沉樁過程中，土體中的超孔隙水壓力不斷聚集，特別在壓樁后期，由于地基土體側向及豎向已經接近于變形極限狀態(孔隙水壓力稍有增加就產生變形)或土體變形已接近建(構)筑物容許值，土體變形對沉樁速率和日沉樁量非常敏感，更應嚴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間消散，有效地減小孔隙水壓力值,如不加控制，危害很大。對于淤泥、淤泥質土等含水量較大或飽和土地基，更應嚴格控制沉樁速率和日沉樁量。

5)合理安排沉樁順序：為減少沉樁對周圍環境影響，合理安排沉樁順序十分重要。沉樁施工時，由于側向擠土將產生土側向壓力、變形及超孔隙水壓力。群樁施工時，如選擇沿某一單方向依次沉樁，先壓入部分樁有效影響計算寬度范圍內，樁基抵抗土側向壓力和超孔隙水壓力及土體側向變形能力遠大于地基土體本身，對后壓入樁引起的土側壓力和孔隙水壓力及變形起有效遮簾或隔障作用，導致土體變形(或變形趨勢)及土側壓力和孔隙水壓力沿沉樁方向進行累積，地基土體側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，也說明了先沉樁對后沉樁位處土體進行了有效擠壓密實積聚，增大了后沉樁位處的土側壓力和孔隙水壓力。

沉樁順序還與多種因素有關。如根據樁入土深淺、樁徑大小、樁距疏密等情況，宜先長后短、先大直徑后小直徑、先密后疏距樁順序進行施工。應根據場地工程地質條件及周圍環境實際情況等因素，選擇對環境影響較小、壓樁速率高的合理順序。

6)設置隔離板樁或地下連續墻;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;沉樁過程中應加強鄰近建筑物、地下管線等的觀測、監護。

4 結語

靜壓樁本身是一種容易保證質量和承載能力的樁體，目前已廣泛應用于工業與民用建筑、橋梁、機場、港口碼頭、水利及市政工程等，但其引起的擠土效應及其對周圍環境的影響不可忽視。希望工程人員在設計和施工過程中能夠意識到靜壓沉樁擠土效應的嚴重性，可以根據具體情況，綜合考慮，采取相應合理的措施，從而保證工程質量安全，減少或消除對周圍環境的不利影響。

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

[2] JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范[S].

[3] 羅戰友.靜壓樁擠土效應及施工措施研究[D].杭州：浙江大學博士論文，2004.

[4] 張 利.PHC管樁沉樁擠土效應及預防措施[A].吉林省土木建筑學會2011年學術年會論文集[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，高級工程師

TU753

A