預(yù)應(yīng)力混凝土管樁擠土效應(yīng)分析及防治

陳瑞林

（廣東明興建筑集團有限公司，廣東 湛江 524000）

1 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工擠土影響的特點

預(yù)應(yīng)力管樁在沉樁過程中，由于樁自身的體積占用了土體原有的空間，破壞了土體在自然沉積時的平衡狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力混凝土管樁由于采用工廠化生產(chǎn)，具有施工速度快、低噪聲、成樁質(zhì)量高、造價低等諸多優(yōu)點，同時可在壓樁過程中預(yù)判單樁承載力，因此已成為沿海地區(qū)廣泛采用的一種樁基形式。軟土地基中，樁入土?xí)r將擠開相應(yīng)體積的土體，多表現(xiàn)為地基土體向上隆起和側(cè)向水平位移，包括地表、淺層和深層土體的變位，并使地基土體中產(chǎn)生很高的超靜孔隙水壓力，這必將影響樁的工程質(zhì)量（變位、上?。?，危及鄰近建筑物和地下管線的安全。對于無樁靴的預(yù)應(yīng)力管樁，樁體排開的土體不可能全部進入管樁腔內(nèi)或被壓縮，實測表明，進入管樁內(nèi)的土芯長度最多能達到樁長的1/3，可見擠土效應(yīng)是很明顯的，而有樁靴的預(yù)應(yīng)力管樁擠土效應(yīng)更大。

擠土效應(yīng)會使樁體上浮，對于長樁，由于樁下部進入硬土層較深，發(fā)揮嵌固作用，上浮不明顯，而短樁比長樁更易發(fā)生樁體上浮事故。對于高層的核心筒群樁部位，因為群樁布樁擠土效應(yīng)更明顯，造成打樁后土體隆起20 cm～30 cm，甚至達40 cm～50 cm。另外，沉樁施工后，受干擾的地基土體會發(fā)生回沉（約為施工中產(chǎn)生隆起量的兩倍），使樁受到負摩擦力的作用而降低承載力和增加沉降量。所以在沉樁施工中必須引起足夠重視和預(yù)先采取合理有效的防治措施。預(yù)應(yīng)力管樁施工沉樁的擠土效應(yīng)對周圍建筑物影響的大小主要取決于管樁規(guī)格、地基土性狀、壓樁速率、壓樁施工流水方法以及周圍建筑物距離等。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工對周邊環(huán)境的影響

2.1 對周邊環(huán)境可能產(chǎn)生的影響

預(yù)應(yīng)力管樁為擠土型樁，沉樁使樁周土體結(jié)構(gòu)受到擾動，改變了土體的原始應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生擠土效應(yīng)，如施工安全措施不嚴密，其施工可能會給周邊環(huán)境造成一定程度的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）壓樁使土中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，造成土體破壞，或者向遠處傳播，造成周圍一定距離的土體垂直隆起和水平位移。

（2）壓樁時樁周土被壓密或擠開，使土體產(chǎn)生水平位移和豎向隆起，可能造成鄰近已壓入的基樁產(chǎn)生上浮、偏位、樁身翹曲折斷等，也可使鄰近建筑物破壞、管線斷裂、道路損毀等。

（3）壓樁過程中樁周土體被劇烈擾動，土的原始結(jié)構(gòu)遭到破壞，土的工程性質(zhì)發(fā)生改變。

（4）壓樁后樁周土體中超靜孔隙水壓力會緩慢消散，土體發(fā)生再固結(jié)，可能使樁側(cè)受到向下的負摩擦力的作用，周圍環(huán)境的變形會有一定程度的恢復(fù)。

2.2 影響范圍

一般壓樁擠土影響范圍約是1.0倍～1.5倍的樁長。由于土層情況不同，嚴重者可影響到2倍樁長以上，同時土體擠土表現(xiàn)為水平位移大于垂直位移。

根據(jù)實際工程統(tǒng)計得到一個打樁影響范圍，作為沉樁前的約略估計：

（1）結(jié)構(gòu)很差的磚木結(jié)構(gòu)、簡陋舊屋、3層以下民宅私房，其差異沉降達到1 cm～2 cm，就會導(dǎo)致平頂粉刷層剝落，墻面、地坪開裂。沉樁對這類房屋產(chǎn)生上述損害現(xiàn)象的距離約1.0倍～1.5倍樁的入土深度（個別工程達2倍樁長距離）。

（2）結(jié)構(gòu)尚好的2層～3層房屋、5層以下的簡易工房、磚砌人防、采用脆性材料和接頭的地下管道，在離沉樁邊緣約1倍樁長的入土深度范圍內(nèi)，有可能超過其容許變形而出現(xiàn)不同程度的損害現(xiàn)象。

（3）5層以上新工房、荷重很大的老式磚混結(jié)構(gòu)公寓、基礎(chǔ)為箱基或樁基的建筑物、采用柔性材料和接頭的地下管線，在離沉樁區(qū)邊緣約一半樁入土深度之外，一般無明顯損害現(xiàn)象。必須指出，沉樁過程中涉及的因素很多，影響范圍的大小與施工方法、順序、措施等有關(guān)，損害程度也與周圍環(huán)境有關(guān)。凡是采取了一定措施的，影響范圍就大大減小，即使相距僅3 m的鄰近房屋和地下管線也完好無損；相反，距離較遠的建筑物也可能受到嚴重影響。可見影響范圍也不是絕對的。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工的防擠措施

預(yù)應(yīng)力管樁是擠土型樁，其施工不可避免地對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，尤其是周邊環(huán)境復(fù)雜的施工區(qū)域更是如此。根據(jù)理論和工程實踐經(jīng)驗，只要按照以下措施就可以避免或減小施工擠土效應(yīng)對周邊環(huán)境的影響。

3.1 合理安排打樁順序

由于飽和黏性土體中打樁時對土體的擠壓造成土體位移較大，且范圍廣，尤其是大片密集樁群，且樁群越大越密積聚的孔隙水壓力越大，土體位移也越大。實踐及經(jīng)驗表明：擠土影響的方向基本上與沉樁施工方向是一致的。沿打樁推進的前方，孔隙水壓增高，土位移亦大，所以打樁時有目的先施工最靠近建筑物一側(cè)的邊排樁，使得先壓的樁形成一道“封閉”，形成一道土屏障，再向空曠區(qū)推進。在各種防護措施中，打樁流水是最為實用的一種。必要時采取間隔打樁施工，只要能保證周邊環(huán)境安全，就贏得了工期。

3.2 嚴格控制打樁速率

打樁速率指壓樁速率和每天打入根數(shù)兩方面意思。實踐證明，控制打樁速率對于保護鄰近建筑物和地下管線不受損害非常關(guān)鍵，施工過程中必須充分認識到嚴控打樁速率的必要性。飽和黏性土體中大片密集樁群施工時，一般沉樁初期，每臺樁機每天沉樁數(shù)量不宜超過8根，以后宜控制在6根左右，這樣的沉樁速率對周圍環(huán)境的影響很小。具體數(shù)量要根據(jù)工程的地質(zhì)條件及施工區(qū)域周邊房屋及管線情況而定，不能一概而論。

3.3 設(shè)置應(yīng)力釋放孔

施打應(yīng)力釋放孔是最常見的防擠土措施。由于沉樁數(shù)量每天逐步增加，孔隙水壓力逐步增大，使土體產(chǎn)生流塑現(xiàn)象。為降低地基中的地下水位或改善地基的排水特征，減少和加快消散沉樁引起的超靜孔隙水壓力，使土體位移減少，此時要在各個沉樁區(qū)的外圍進行預(yù)鉆孔，構(gòu)筑砂井或碎石樁。釋放孔孔徑一般為400 mm～500 mm，孔距為1 m，孔深視樁長等而定，孔內(nèi)灌黃砂或小碎石。應(yīng)力釋放孔一般布置在淺層導(dǎo)溝內(nèi)。

應(yīng)注意的是應(yīng)力釋放孔的施工會引起周邊土體下陷，特別是大孔徑釋放孔不能過早的打好，應(yīng)在壓樁前一天將壓樁應(yīng)力影響區(qū)域的釋放孔打好。釋放孔會對以后施工的基坑圍護產(chǎn)生影響，所以釋放孔的位置最好設(shè)置在地下室外墻與圍護之間的工作面內(nèi)。

3.4 設(shè)置應(yīng)力釋放排墻

應(yīng)力釋放排墻是連續(xù)設(shè)置的地下泥漿墻，常規(guī)做法是在平行保護對象方向上挖設(shè)導(dǎo)溝，成槽（孔）機械帶水把原狀土攪成泥漿，進而形成泥漿深槽。由于防擠墻中的飽和泥漿一定程度地防止管樁施工時產(chǎn)生擠土效應(yīng)，泥漿在3個月內(nèi)不易固結(jié)，因此在整個施工過程中起到保護周邊建筑及管線的作用。泥漿槽深度視樁長等情況而定，寬度700 mm～900 mm，攪拌施工時利用清水打，成槽后的釋放排墻要定期檢查泥漿固結(jié)情況，必要時進行加水復(fù)打。

3.5 建立完備的監(jiān)測體系

施工場地周邊環(huán)境復(fù)雜時，必須進行打樁監(jiān)測，壓樁施工前建設(shè)單位先委托具有相應(yīng)資質(zhì)的監(jiān)測單位根據(jù)項目特點編制監(jiān)測方案，為打樁施工提供指導(dǎo)。打樁監(jiān)測一般監(jiān)測地表建筑（構(gòu)筑）物及管線道路等周圍環(huán)境的沉降位移、土體的超靜孔隙水壓力、土體深層水平位移（測斜）等。對地面以上周邊建筑（構(gòu)筑）物及管線、道路上布置監(jiān)測點，建立監(jiān)測平面圖，隨時監(jiān)測變形情況?？紫端畨毫ψ钕确从惩馏w中打樁引起的應(yīng)力變化，隨之測斜監(jiān)測到土體水平向變形，最后表現(xiàn)出周邊環(huán)境變形。打樁過程中，如果孔隙水壓力迅速上升達到某種程度，應(yīng)立即停止施工，等超靜孔隙水壓力消散，或采取工程措施（如沙井、塑料排水板）強制消散，然后再繼續(xù)沉樁。同時為了能及時地掌握地面以下深層土體的變形情況，應(yīng)在打樁區(qū)與保護對象之間設(shè)置土體測斜孔進行監(jiān)測，時時掌握地下不同深度內(nèi)土體的變形（移動）情況，及早報警并采取措施，報警數(shù)據(jù)務(wù)必要能預(yù)警到保護區(qū)域地面及建筑物等可能出現(xiàn)裂縫、隆起及其他破壞。施工時要求監(jiān)測單位按照規(guī)定的檢測頻率進行監(jiān)測，必要時再適當(dāng)加大頻次。監(jiān)測數(shù)據(jù)作為控制壓樁流程和沉樁數(shù)量的指導(dǎo)依據(jù)。

3.6 采取其他必要的工程防護措施

其他工程防護措施包括：袋裝砂井或塑料排水板、防擠溝、預(yù)鉆孔取土沉樁等。設(shè)置袋裝砂井時砂井直徑一般為70 mm～80 mm，間距l(xiāng) m～1.5 m，深10 m～12 m；設(shè)置塑料排水板時的深度、間距與袋裝砂井相同。防擠溝可消除部分地面振動，對于保護距離樁基較近的管線有相當(dāng)效果，但對保護較大基礎(chǔ)的房屋作用不大，可與其他措施結(jié)合使用。防擠溝寬一般為0.5 m～0.8 m，深度以邊坡能自立為準。預(yù)鉆孔沉樁施工時，孔徑約比樁徑小50 mm～100 mm，深度約為樁長的1/3～1/2，施工時隨鉆隨打，樁架宜具備打鉆雙重性能。

4 結(jié)束語

擠土效應(yīng)是預(yù)應(yīng)力管樁施工的一大難題，應(yīng)加強施工過程中擠土位移監(jiān)測，并設(shè)置預(yù)警值及應(yīng)急方案。隨著施工技術(shù)日益成熟，還有很多方法有待廣大技術(shù)人員研究、探索、實踐，將擠土效應(yīng)對周邊的影響降至更低。

1 徐猛勇.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁特點及施工問題淺析[J].科技資訊，2007.16

2 聶重軍、唐依民.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁施工技術(shù)研究[J].長沙大學(xué)學(xué)報，2008.5