靜壓樁擠土效應對臨近芯片測試封裝廠房影響分析和控制措施

沈建斌 張金鳳

（信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215163）

關鍵字：擠土效應；防微震要求；靜壓管樁

1 靜壓管樁基施工擠土效應

靜壓樁在沉樁過程中，由于預制樁自身的體積占用了土體已有的空間體積，致使樁四周的土體向四周排開。當樁周土為非飽和土時，土體受到擠壓時體積會有收縮，在一定的程度上能抵消擠土效應產生的應力。當樁周土為飽和土時，土體受擠壓時體積不會收縮或收縮量極小，從而引起土體產生水平位移，并會在一定的范圍內造成地面的垂直隆起和抬高，擠土效應十分顯著。過量的土體水平位移和垂直隆起作用在先前打入的樁上，會造成樁位的偏移、翹曲或者上抬，嚴重時會造成樁體斷裂；對臨近的建筑、市政管道和道路造成不同程度的破壞。

另外，對于飽和軟土，沉樁時樁周土體會產生較高的超靜孔隙水壓力，一般情況下，樁周附近土體的超靜孔壓最大，隨著離樁表面距離的增加，超靜孔壓急劇降低且消散也比較迅速，在15 倍樁徑以外，超靜孔隙水壓力很小，可以忽略不計。

2 項目實例

2.1 項目概況

蘇州某公司擬擴建生產廠房，該擴建生產廠房南側約14 米為已建的芯片測試封裝廠房，且周邊地下還有一期的污水、雨水管道和電纜等市政設施。

擬擴建生產廠房為6 層的砼框架結構，建筑物長104米、寬95 米，柱距10mx10m，地坪和二層樓面活荷載為10.0Kn/m2，三層~六層樓面活荷載為7.5 Kn/m2，屋面荷載2.0Kn/m2，局部5.0Kn/m2，經計算，中間柱底反力標準值約11,000 Kn，邊柱柱底反力標準值約6，000 Kn。

相鄰的已建芯片測試封裝廠房，存在有微振區，微振要求為：設備A 區域：振幅：15μm/s；設備B 區域：振幅：25μm/s 。

2.2 場地地質狀況

擬建場地地勢平坦，在地表下50 米深度范圍內，除素填土外，其余均為第四紀濱海、河湖相沉積物，按其工程特性自上而下可分為10 個主要層次1） 素填土：雜色，松散；2） 粘土：灰黃色，可塑；3） 淤泥質粉質粘土：灰色，流塑，土層層厚7.0~10.5m，層頂標高-3.23~2.39m；4） 粉質粘土：灰黃色，可塑~軟塑；5） 粉土：灰色，稍密；6） 粉質粘土：灰色，可塑~軟朔；7） 粉質粘土夾粉土：灰色，可塑~軟朔；8） 粉砂：灰色，中密~密實，很濕，全場地分布；9） 粉質粘土：灰黃色~灰綠色，可塑，干強度及韌性中等，全場地分布；10） 粉質粘土：未揭穿。

上述土層，從第2 層至第10 層，飽和度Sr 值的范圍在94%~100%之間，基本接近看作為飽和土的性能,尤其是第3層淤泥質粉質粘土。

蘇州市孔隙潛水歷史最高水位2.63m（黃海高程），近3~5 年最高水位2.50 米，最低潛水位-0.21 米（本項目的場地自然地坪標高2.93~3.60 米）。

2.3 擠土效應預防和控制措施

整體樁基設計及施工方案是為保證對已建芯片廠房影響很小、滿足已建廠房產品的優良品率不下降的前提下，盡量縮短施工周期，控制建廠的成本，產生最大的綜合效益。

1） 設計樁型的選擇，靜壓管樁施工簡單，單樁承載力較高，質量易保證，經濟型較好，但擠土效應比較明顯；鉆孔灌注樁施工周期長，造價較高，現場會產生大量的泥漿，對現場環境影響比較大，但無擠土效應，為非擠土樁。

結合上述靜壓樁和鉆孔灌注樁的優缺點，根據本項目的情況，采用的樁基方案如下：

新建廠房最南側（臨近已建芯片測試封裝廠房廠房） 一排砼框架柱基礎采用直徑700 的鉆孔灌注樁（KZHb700），樁長34 米，樁端持力層為第8 粉砂層，單樁豎向承載力特征值Ra=1800KN；其余區域的砼框架柱基礎采用直徑600 的靜壓預應力混凝土管樁，樁型號：PHC-600 (110) AB-C80，樁長32~34 米，樁端持力層為第8 粉砂層，單樁豎向承載力特征值Ra=1850KN。所布置的樁基平面圖，其四周邊柱為4~5樁承臺，中柱6 樁承臺，樁基總數約750 根。

2） 土塞效應對擠土效應的影響，開口靜壓管樁在沉樁過程中，一部分土被樁擠壓到樁四周，一部分土進入靜壓管樁的內，在樁端部分的土塞將產生拱效應，拱效應在管腔內壁產生很大的內摩阻力，從而形成土塞效應。兩者相互影響，由于土塞效應的存在，沉樁過程中產生的擠土效應相應減小，故本項目采用開口型鋼樁尖（蘇G03-2012 圖集中第45 頁A 型鋼樁尖），一方面加開口型鋼樁尖有利于沉樁，另一方面可以減少擠土效應。

3） 設置砂井，由于本項目的土層基本上都接近飽和土，特別是第3 淤泥質粉質粘土，屬于飽和軟土，其土層層厚度達7.0~10.5m，沉樁過程中會產生較大的超靜孔隙水壓力，為盡量減輕超靜孔隙水壓力和擠土效應的影響，決定設置砂井。

砂井方案如下：在施工區域南側（即本新建項目和已建芯片廠房兩者中間），并向東西兩側各延伸15m，施工兩排砂井。砂井防護的間距采用1000mm，采用雙排布置，樁徑采用Ф500mm，排距為1000mm，深度為20m，一共245 根。灌砂材料采用中粗砂、中砂摻瓜子片或礫砂等均可，要求灌砂率不少于90%。引孔機采用跳引的方式施工，即采用間隔的方式施工,計劃每天施工25 根，用時10 天，引孔結束后5天，開始樁基施工。詳見下圖1。

圖1 砂井方案

4） 選擇合理打樁順序和控制沉樁速率，一個合理的打樁順序對減輕擠土效應的影響、保護臨建建筑、地下管道和市政設施也有較好的效果。背離臨建的建筑打樁，其對已建的建筑影響會有一定程度的下降，原因主要有兩條：①隨著沉樁數量的增多，越到打樁后期，由于土體本身可壓縮性幾乎消除，擠土效應愈加明顯；②前期打入的樁，對后面樁基施工所產生的土體位移有阻擋效應，從而對已建的芯片廠房起到一定的保護作用。

根據上面所述，本項目先施工最南側的鉆孔灌注樁，然后從南向北按一定的流線施工靜壓樁，合理的安排打樁順序。

項目的樁基施工流線圖見下圖2：

圖2 樁基施工流線圖

另外，沉樁速率過快也會加劇擠土效應，本項目控制打樁的速率為1.5m/min，并控制好每天的打樁數量。

5） 已建芯片廠房的微振檢測，已建芯片廠房的某些設備有微震要求，設備A 區域，振幅：15μm/s；設備B 區域：振幅：25μm/s。微震等級技術要求表見下表1：

表1 設備微振等級分類

根據上表的要求：對應設備A 區域，其防微振要求為VC-C 等級；對應設備B 區域，其防微振要求為VC-B 等級。為檢測臨近芯片廠房在采取上述2.3.1~2.3.4 條設計方案和減輕擠土效應的施工方案后，其防微震等級仍滿足原設計要求，保證產品的優良品率不下降（達到95%），決定在樁基施工期間對設備的微震情況進行檢測。

本工程采用SA－02A4 四通道振動分析儀及三軸加速度傳感器檢測采集設備的微震數據，單位換算： dB=20log10 微英寸每秒；1μm/s=39.37μin/s。

①設備A 區域微振測試表，采用設1/3 倍頻程評價振動的方法，得到設備A 區域的振動數據，以下各圖依次為Z向、X 向、Y 向的數據結果，測量圖表數據果如下：

圖3 設備A 區域1/3 倍頻程振動測試表

根據上述數據，設備A 區域在樁基施工期間，其微振滿足原有的VC-C 等級要求。

②設備B 區域微振測試表，采用設1/3 倍頻程評價振動的方法，得到設備B 區域的振動數據，以下各圖依次為Z向、X 向、Y 向的數據結果，測量圖表數據果如下：

圖4 設備B 區域1/3 倍頻程振動測試表

根據上述數據，設備B 區域在樁基施工期間，其微振也滿足原有的VC-B 等級要求。

3 結語

由于芯片測試封裝廠房中的設備有微振要求，其對靜壓樁施工時產生的擠土效應更加敏感，故對擠土效應采取的防護和控制措施需綜合、全面的考慮。

實踐表明，根據擠土效應原理，選擇合理的樁型、樁尖和打樁順序；控制好沉樁速率；根據項目情況和地質條件，設置適當的砂井數量；并在樁基施工時對臨近芯片廠房的微振情況進行測試，微振測試結果完全滿足原有的設計要求，其對類似的工程項目也可提供很好的參考價值。