应力释放孔在施工现场周边环境保护中的应用

陈 磊 刘法民

(山东正元建设工程有限责任公司，山东 济南 250100)

应力释放孔在施工现场周边环境保护中的应用

陈 磊 刘法民

(山东正元建设工程有限责任公司，山东 济南 250100)

论述了管桩施工环境效应问题的原理，并结合工程案例，对应力释放孔在施工现场周边环境保护中的应用技术进行了研究，针对管桩施工环境效应问题提出了一些防护措施，以保证施工现场周边环境的安全性。

应力释放孔，管桩，环境效应，超静孔隙水压力

管桩因为承载力大、可在工厂内标准化生产、机械化施工程度高、施工速度快、施工现场整洁、施工噪声小、成本较低等优点，而越来越多地被作为工业民用建筑的桩基础。但在城市中心地区的管桩施工过程中，会对周边的环境产生影响。但在城市中心地区，对建(构)筑物的变形控制要求十分严格。因此，在管桩施工过程中，如果施工现场周边出现异常，且这种异常又没有被及时发现任其发展，将导致施工环境效应问题的发生，后果不堪设想[1-3]。为了确保管桩施工现场周边环境的安全、实用、花费低的方法是采用应力释放孔，以保证管桩施工现场周边建(构)筑物的安全。

1 管桩施工环境效应问题的原理

饱和土体在外部作用或者边界条件变化时，本应发生应变，但由于排水一时受阻，在土体中产生不同于静水孔隙水压力的那部分孔隙水压力——超静孔隙水压力，从而限制了土体的变形。随着渗流作用，超静孔隙水压力将逐渐消散，并在消散过程中土体的固结导致土体体积变化，正是这种体积变化导致地面沉降，从而影响城市中心区地面、地下建(构)筑物的安全。

在管桩施工过程中，引起超静孔隙水压力的外部作用主要包括两类：管桩正常施工过程中由于挤土效应在饱和土体中产生的超静孔隙水压力；在静力压桩法沉桩工艺过程中，静压机的压力储备不够而导致无法穿过个别土层，此时，为了保证管桩被顺利地压到持力层，在局部难压地段采用冲击法，而冲击会在饱和土体中产生超静孔隙水压力[4-6]。

2 应力释放孔的应用

2.1 工程概况

南京产业园位于江苏省南京市龙蟠中路东侧、中山东路南侧、解放路西侧，占地面积37 699.76 m2。计划在园区内盖10幢框架结构的大楼(见图1)：1号，9号为11层，高度35.6 m；7号，10号为20层，高度61.5 m；2号为22层，高度67.5 m；其他均为26层，高度79.5 m；大楼之间为地下室。地下建筑面积34 637.1 m2，地上建筑面积112 652.4 m2，大楼、地下室基础均为预应力工程桩——管桩，其中大楼采用PHC-600(130)AB-C80管桩，地下室采用PHC-500(110)AB-C80管桩，桩长28 m～31 m，施工方法采用静力压桩法沉桩工艺。

2.2 场地工程地质与水文地质条件

工程场地勘察深度范围内揭露的岩土体各层具体详述如下：

①层填土：杂灰黄～灰色，湿，松散，主要由黏性土夹大量碎石、碎砖等建筑垃圾为主，局部底部混杂有淤质填土，填龄一般大于10年。

②-1层粉土夹粉质黏土：黄灰色，湿～很湿，粉土呈中密为主，局部稍密，粉质黏土呈可塑状，水平层理发育，摇振反应中等，无光泽，干强度及韧性中低。

②-2层淤泥质粉质黏土：灰色，饱和，流塑，局部夹薄层粉土，含少量腐殖物，干强度及韧性中低。场地普遍分布，厚度较均匀。

③-1层粉质黏土：灰绿色～灰黄色，硬塑，局部可塑，含铁锰质浸染斑块，夹青灰色团块。切面有光泽，稍有光泽，干强度高，韧性高。

③-2层粉质黏土夹粉土：黄褐色，灰黄～黄灰色，粉质黏土可塑，局部硬塑，含铁锰质浸染斑块及青灰色～灰白色团块，粉土中密～密实。稍有光泽，干强度中等，韧性中等。

③-3A层含卵砾石粉质黏土：黄灰色，硬塑状，以粉质黏土为主，局部夹中粗砂及卵砾石，卵砾石含量5%～10%，粒径1 cm～3 cm，个别大于8 cm，磨圆度差，次棱角状。稍有光泽，干强度中高，韧性中高。

③-3层粉质黏土夹粉砂：灰黄色，粉质黏土呈可塑状，含铁锰质浸染斑块，粉砂中密～密实。稍有光泽，干强度中等，韧性中等。

④含卵砾石中粗砂：灰色，饱和，中密～密实状，以中粗砂为主，卵砾石含量5%～10%，粒径1 cm～3 cm，个别大于10 cm，磨圆度较差，次棱角状。

⑤-1强风化泥质砂岩：紫褐色，岩芯风化呈土状、砂状，手捏易碎，遇水易崩解。极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。管桩以⑤-1层强风化泥质砂岩为持力层。

⑤-2中风化泥质砂岩：紫褐色，岩芯多呈柱状和短柱状，少量破碎状。锤击易碎。属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

勘察期间测得潜水初见水位埋深为1.00 m～1.80 m，稳定水位埋深为0.80 m～1.50 m，该地区潜水水位年变幅在1.0 m左右，因此，建议潜水位按场地整平后地表下埋深0.5 m考虑。

2.3 管桩施工环境效应问题的分析

南京产业园场地空旷，南、西、北均无重要的建(构)筑物，但场地东侧为老式居民楼和变电站(见图1)，人口密集，其中最外一排管桩中心离居民楼外墙面约5 m。在5号楼施工过程中，日常巡视发现居民楼外墙面出现了裂缝，分析原因如下：

1)以管桩桩长30 m考虑，管桩施工的影响范围为1.5倍的桩长，即45 m，则场地东侧的居民楼均在影响范围内。以正常的施工速度15根/d，桩长30 m，桩径600 mm、管桩桩顶埋深6 m计算，则每天的挤土量为153 m3。由于挤土效应会在含水率37.8%、饱和的②-2层淤泥质粉质黏土中产生超静孔隙水压力。

2)桩端为了到达持力层⑤-1层，需要穿过②-2层淤泥质粉质黏土，在该层土中产生超静孔隙水压力。

3)由于④层为含卵砾石中粗砂，中密～密实状，以中粗砂为主，卵砾石含量5%～10%，桩端阻力大，而静压机的压力储备不够，管桩底在穿过④层时，只能采用冲击法，而冲击会在②-2层中产生超静孔隙水压力。

在上述三种外部作用共同影响下，在东侧居民楼②-2层地基土中产生超静孔隙水压力，在超静孔隙水压力消散过程中东侧居民楼地面产生不均匀沉降，导致了居民楼的墙体上产生裂缝。

2.4 防护措施

为了保证居民楼的安全，施工单位马上停止了施工，发现裂缝没有继续发展的迹象。但为了保证后续施工的正常进行，需要设置应力释放孔；由于超静孔隙水压力消散速度缓慢，可能会使未来1号～10号楼和地下车库地基中产生不均匀沉降，从而影响大楼和地下车库的安全使用，为了保证未来1号～10号楼和地下车库的正常使用，也需要设置应力释放孔；由于紧挨1号楼为变电站，为了保证变电站的安全，也需要设置应力释放孔，即在东边最外一排管桩中心与居民楼外墙之间设置防挤沟、应力释放孔(见图1)。防挤沟、应力释放孔的益处有：1)挤土效应和管桩直接穿过②-2层淤泥质粉质黏土引起的超静孔隙水压力不会传递到东侧的居民楼、变电站的②-2层地基土中；2)在防挤沟的端头、中间设置集水井，②-2层中的水会通过应力释放孔进入防挤沟，然后进入集水井，从而加速②-2层土的渗流和固结，有利于1号～10号楼和地下车库的安全使用。具体防护措施参数如下：

1)在基坑支护桩内侧与管桩之间(距离约为2.2 m)、双轴深搅拌桩外侧与围墙之间(距离约为1.7 m)分别设置一排防挤沟。其中内侧防挤沟的参数为长260 m、宽1 m、深1 m；外侧防挤沟的参数为长260 m、宽0.8 m，深0.5 m，防挤沟的作用是形成连通的排水通道，便于施工排水。

2)在内、外防挤沟内施工应力释放孔，孔径为400 mm，间距为800 mm，孔深为15 m，到达②-2层淤泥质粉质黏土底部，两排梅花状布置。

3)在孔内填入细度模数2.85粗砂，砂井的作用是增加竖向排水通道对压桩施工造成的地下超静孔隙水压力进行消散。

4)在防挤沟的两端端头、中间分别设置一个集水井，集水井深1 m，直径600 mm，在集水井内放置水泵，定期抽水。

5)建立健全监测系统，做到信息化施工。每天上、下午各巡查围墙一次，看墙体上有无裂缝。在确保东侧居民楼安全的前提下，把沉桩速率和压桩流程调整到最佳状态，若位移达到报警值时应暂停施工[7]。

2.5 应用效果

建设方花费32万元，在东侧设置了两排应力释放孔。施工工艺流程如下：场地平整→定位放线→挖防挤沟→钻机就位→钻孔至设计孔深→孔内填塞砂→钻机移至下一个孔→钻集水井。布置应力释放孔后，在日常巡视过程中，在居民楼外墙面上已出现的裂缝未进一步发展，也未在其他外墙面上发现裂缝，变电站地面也未发现沉降。这样，缓和了与居民之间紧张的关系，保证了安全文明施工。

3 结语

1)当管桩穿过饱和土体时，由于挤土效应和冲击力，会在饱和土体中产生超静孔隙水压力。在超静孔隙水压力逐渐散失过程中，会导致饱和土体体积发生变化，表现为产生了地面沉降，从而影响施工现场周边建(构)筑物的安全。为此，可以在现场与周边构筑物之间设置防挤沟、应力释放孔，它们能阻止超静孔隙水压力向周边的传递，从而保证施工现场周边环境的安全。2)应力释放孔要穿过饱和土层或到达饱和土层的底部，从而加速饱和土体的渗流和固结。3)静压机应配有足够的压力储备，保证管桩被顺利地压到持力层；而在局部难压地段，尽量不要采用冲击法。

[1] 王 平,王卫东,王子江.深基坑围护技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2] 宁 波,李科兴,胡建明.黄土地区隧道衬砌背后空洞对结构影响模拟分析[J].河南科学,2011,29(6):707-709.

[3] 李远强.探地雷达探测地裂缝的几个实例[J].物探与化探,2012,36(4):651-654.

[4] 吴 俊,陈开圣,龙万学.高填方路基沉降变形有限元数值模拟[J].公路工程,2009,34(2):27-30.

[5] 熊建明,金生吉,余天庆.路基沉降试验研究及数值模拟[J].华中科技大学学报,2008,25(4):54-56.

[6] 中国土木工程学会土力学及岩土工程学会.深基坑支护技术指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[7] 林 鸣,徐 伟.深基坑工程信息化施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

Application of stress releasing hole for the surrounding environmental protection near the construction site

Chen Lei Liu Famin

(ShandongZhengyuanConstructionEngineeringCo.，Ltd,Jinan250100,China)

This paper discussed the principle of tubular pile construction environmental effect problem, and combining with the engineering case, researched the application technique of stress release hole in construction site surrounding environmental protection, according to the tubular pile construction environmental benefits problem put forward some protective measures, to ensure the safety of construction site surrounding environment.

stress release hole, tubular pile, environmental benefit, excess pore water pressure

2014-12-17

陈 磊(1984- )，男，助理工程师； 刘法民(1987- )，男，助理工程师

1009-6825(2015)06-0086-02

TU473.1

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