预应力混凝土管桩挤土效应分析及防治

陈瑞林

（广东明兴建筑集团有限公司，广东 湛江 524000）

1 预应力混凝土管桩施工挤土影响的特点

预应力管桩在沉桩过程中，由于桩自身的体积占用了土体原有的空间，破坏了土体在自然沉积时的平衡状态。预应力混凝土管桩由于采用工厂化生产，具有施工速度快、低噪声、成桩质量高、造价低等诸多优点，同时可在压桩过程中预判单桩承载力，因此已成为沿海地区广泛采用的一种桩基形式。软土地基中，桩入土时将挤开相应体积的土体，多表现为地基土体向上隆起和侧向水平位移，包括地表、浅层和深层土体的变位，并使地基土体中产生很高的超静孔隙水压力，这必将影响桩的工程质量（变位、上浮），危及邻近建筑物和地下管线的安全。对于无桩靴的预应力管桩，桩体排开的土体不可能全部进入管桩腔内或被压缩，实测表明，进入管桩内的土芯长度最多能达到桩长的1/3，可见挤土效应是很明显的，而有桩靴的预应力管桩挤土效应更大。

挤土效应会使桩体上浮，对于长桩，由于桩下部进入硬土层较深，发挥嵌固作用，上浮不明显，而短桩比长桩更易发生桩体上浮事故。对于高层的核心筒群桩部位，因为群桩布桩挤土效应更明显，造成打桩后土体隆起20 cm～30 cm，甚至达40 cm～50 cm。另外，沉桩施工后，受干扰的地基土体会发生回沉（约为施工中产生隆起量的两倍），使桩受到负摩擦力的作用而降低承载力和增加沉降量。所以在沉桩施工中必须引起足够重视和预先采取合理有效的防治措施。预应力管桩施工沉桩的挤土效应对周围建筑物影响的大小主要取决于管桩规格、地基土性状、压桩速率、压桩施工流水方法以及周围建筑物距离等。

2 预应力混凝土管桩施工对周边环境的影响

2.1 对周边环境可能产生的影响

预应力管桩为挤土型桩，沉桩使桩周土体结构受到扰动，改变了土体的原始应力状态，产生挤土效应，如施工安全措施不严密，其施工可能会给周边环境造成一定程度的影响，主要表现在以下几个方面：

（1）压桩使土中产生超静孔隙水压力，造成土体破坏，或者向远处传播，造成周围一定距离的土体垂直隆起和水平位移。

（2）压桩时桩周土被压密或挤开，使土体产生水平位移和竖向隆起，可能造成邻近已压入的基桩产生上浮、偏位、桩身翘曲折断等，也可使邻近建筑物破坏、管线断裂、道路损毁等。

（3）压桩过程中桩周土体被剧烈扰动，土的原始结构遭到破坏，土的工程性质发生改变。

（4）压桩后桩周土体中超静孔隙水压力会缓慢消散，土体发生再固结，可能使桩侧受到向下的负摩擦力的作用，周围环境的变形会有一定程度的恢复。

2.2 影响范围

一般压桩挤土影响范围约是1.0倍～1.5倍的桩长。由于土层情况不同，严重者可影响到2倍桩长以上，同时土体挤土表现为水平位移大于垂直位移。

根据实际工程统计得到一个打桩影响范围，作为沉桩前的约略估计：

（1）结构很差的砖木结构、简陋旧屋、3层以下民宅私房，其差异沉降达到1 cm～2 cm，就会导致平顶粉刷层剥落，墙面、地坪开裂。沉桩对这类房屋产生上述损害现象的距离约1.0倍～1.5倍桩的入土深度（个别工程达2倍桩长距离）。

（2）结构尚好的2层～3层房屋、5层以下的简易工房、砖砌人防、采用脆性材料和接头的地下管道，在离沉桩边缘约1倍桩长的入土深度范围内，有可能超过其容许变形而出现不同程度的损害现象。

（3）5层以上新工房、荷重很大的老式砖混结构公寓、基础为箱基或桩基的建筑物、采用柔性材料和接头的地下管线，在离沉桩区边缘约一半桩入土深度之外，一般无明显损害现象。必须指出，沉桩过程中涉及的因素很多，影响范围的大小与施工方法、顺序、措施等有关，损害程度也与周围环境有关。凡是采取了一定措施的，影响范围就大大减小，即使相距仅3 m的邻近房屋和地下管线也完好无损；相反，距离较远的建筑物也可能受到严重影响。可见影响范围也不是绝对的。

3 预应力混凝土管桩施工的防挤措施

预应力管桩是挤土型桩，其施工不可避免地对周边环境产生影响，尤其是周边环境复杂的施工区域更是如此。根据理论和工程实践经验，只要按照以下措施就可以避免或减小施工挤土效应对周边环境的影响。

3.1 合理安排打桩顺序

由于饱和黏性土体中打桩时对土体的挤压造成土体位移较大，且范围广，尤其是大片密集桩群，且桩群越大越密积聚的孔隙水压力越大，土体位移也越大。实践及经验表明：挤土影响的方向基本上与沉桩施工方向是一致的。沿打桩推进的前方，孔隙水压增高，土位移亦大，所以打桩时有目的先施工最靠近建筑物一侧的边排桩，使得先压的桩形成一道“封闭”，形成一道土屏障，再向空旷区推进。在各种防护措施中，打桩流水是最为实用的一种。必要时采取间隔打桩施工，只要能保证周边环境安全，就赢得了工期。

3.2 严格控制打桩速率

打桩速率指压桩速率和每天打入根数两方面意思。实践证明，控制打桩速率对于保护邻近建筑物和地下管线不受损害非常关键，施工过程中必须充分认识到严控打桩速率的必要性。饱和黏性土体中大片密集桩群施工时，一般沉桩初期，每台桩机每天沉桩数量不宜超过8根，以后宜控制在6根左右，这样的沉桩速率对周围环境的影响很小。具体数量要根据工程的地质条件及施工区域周边房屋及管线情况而定，不能一概而论。

3.3 设置应力释放孔

施打应力释放孔是最常见的防挤土措施。由于沉桩数量每天逐步增加，孔隙水压力逐步增大，使土体产生流塑现象。为降低地基中的地下水位或改善地基的排水特征，减少和加快消散沉桩引起的超静孔隙水压力，使土体位移减少，此时要在各个沉桩区的外围进行预钻孔，构筑砂井或碎石桩。释放孔孔径一般为400 mm～500 mm，孔距为1 m，孔深视桩长等而定，孔内灌黄砂或小碎石。应力释放孔一般布置在浅层导沟内。

应注意的是应力释放孔的施工会引起周边土体下陷，特别是大孔径释放孔不能过早的打好，应在压桩前一天将压桩应力影响区域的释放孔打好。释放孔会对以后施工的基坑围护产生影响，所以释放孔的位置最好设置在地下室外墙与围护之间的工作面内。

3.4 设置应力释放排墙

应力释放排墙是连续设置的地下泥浆墙，常规做法是在平行保护对象方向上挖设导沟，成槽（孔）机械带水把原状土搅成泥浆，进而形成泥浆深槽。由于防挤墙中的饱和泥浆一定程度地防止管桩施工时产生挤土效应，泥浆在3个月内不易固结，因此在整个施工过程中起到保护周边建筑及管线的作用。泥浆槽深度视桩长等情况而定，宽度700 mm～900 mm，搅拌施工时利用清水打，成槽后的释放排墙要定期检查泥浆固结情况，必要时进行加水复打。

3.5 建立完备的监测体系

施工场地周边环境复杂时，必须进行打桩监测，压桩施工前建设单位先委托具有相应资质的监测单位根据项目特点编制监测方案，为打桩施工提供指导。打桩监测一般监测地表建筑（构筑）物及管线道路等周围环境的沉降位移、土体的超静孔隙水压力、土体深层水平位移（测斜）等。对地面以上周边建筑（构筑）物及管线、道路上布置监测点，建立监测平面图，随时监测变形情况。孔隙水压力最先反映土体中打桩引起的应力变化，随之测斜监测到土体水平向变形，最后表现出周边环境变形。打桩过程中，如果孔隙水压力迅速上升达到某种程度，应立即停止施工，等超静孔隙水压力消散，或采取工程措施（如沙井、塑料排水板）强制消散，然后再继续沉桩。同时为了能及时地掌握地面以下深层土体的变形情况，应在打桩区与保护对象之间设置土体测斜孔进行监测，时时掌握地下不同深度内土体的变形（移动）情况，及早报警并采取措施，报警数据务必要能预警到保护区域地面及建筑物等可能出现裂缝、隆起及其他破坏。施工时要求监测单位按照规定的检测频率进行监测，必要时再适当加大频次。监测数据作为控制压桩流程和沉桩数量的指导依据。

3.6 采取其他必要的工程防护措施

其他工程防护措施包括：袋装砂井或塑料排水板、防挤沟、预钻孔取土沉桩等。设置袋装砂井时砂井直径一般为70 mm～80 mm，间距l m～1.5 m，深10 m～12 m；设置塑料排水板时的深度、间距与袋装砂井相同。防挤沟可消除部分地面振动，对于保护距离桩基较近的管线有相当效果，但对保护较大基础的房屋作用不大，可与其他措施结合使用。防挤沟宽一般为0.5 m～0.8 m，深度以边坡能自立为准。预钻孔沉桩施工时，孔径约比桩径小50 mm～100 mm，深度约为桩长的1/3～1/2，施工时随钻随打，桩架宜具备打钻双重性能。

4 结束语

挤土效应是预应力管桩施工的一大难题，应加强施工过程中挤土位移监测，并设置预警值及应急方案。随着施工技术日益成熟，还有很多方法有待广大技术人员研究、探索、实践，将挤土效应对周边的影响降至更低。

1 徐猛勇.预应力混凝土管桩特点及施工问题浅析[J].科技资讯，2007.16

2 聂重军、唐依民.预应力混凝土管桩施工技术研究[J].长沙大学学报，2008.5