软弱土层挤土效应对预制方桩接桩的影响

胡清华 郑建军 代国峰

(天津市勘察院，天津 300191)

1 挤土效应产生的机理［1］

预制桩在沉桩过程中，由于桩的挤入作用，使桩周围的土向四周排挤，从而受到严重的扰动，主要表现为径向位移，桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压，桩周土体接近于“非压缩性”，产生较大的剪切变形，形成具有很高孔隙水压力的扰动重塑区，降低了土的不排水抗剪强度，促使桩周邻近土体会因不排水剪切而破坏，与桩体积等量的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和隆起。在地面附近的土体是向上隆起，而在地面以下较深层土体，由于覆盖土层压力作用不能向上隆起，就向水平方向挤压。由于群桩施工中的迭加作用，会使已打入桩和邻近管线产生较大侧向位移和上浮。桩群越密越大，土的位移也越大。

焊缝位置是预制桩的薄弱位置，其抗裂弯矩较桩身部位小，且焊缝位置易产生应力集中。故在焊接质量不良、挤土严重的地区，预制桩的焊缝位置是缺陷多发位置。

图1 南港工业区某厂房桩基低应变检测波形曲线

图2 滨海燃气某办公楼桩基低应检测变曲线

2 工程实例

南港工业区某厂房桩基(预制实心方桩:0.40 m×0.40 m×17.00 m)和滨海燃气某办公楼(预制实心方桩:0.45 m×0.45 m×19.00 m)，在低应变检测过程中普遍发现［2］，接桩位置有很明显的同相反射波，如图1 和图2 所示，桩的焊接位置由于受到挤土效应的作用而受到不同程度的伤害。

3 原因分析

根据两个工程场地的勘察报告得知，接桩位置所处地层为全新统中组海相沉积层第二亚层，土质特征为:淤泥质粘土、粘土，呈灰色，流塑～软塑状态，有层理，含贝壳，属高压缩性土。局部夹粉土、粉质粘土透镜体。

上部土层为全新统中组海相沉积层第一亚层，土质特征为:粉质粘土，呈灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土。局部夹粉土、粘土透镜体。

下部土层为全新统中组海相沉积层第三亚层，土质特征为:粉质粘土，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土。各土层物理力学指标对比表见表1，表2。

表1 各土层物理力学指标对比表(一)

表2 各土层物理力学指标对比表(二)

根据表1，表2 三土层的物理力学性质对比，得知，接桩位置处于第二亚层的流塑～软塑状态淤泥质粘土，属高压缩性土，而上下土层为软塑状态、中压缩性的粉质粘土，因此，桩土作用产生的基桩效应使得第二亚层发生较大的水平位移，而焊缝位置是预制桩的薄弱位置，其抗裂弯矩较小，更容易产生应力集中。加上场地群桩效应，使得接桩位置出现焊缝开裂甚至脱焊等情况。

在场地边缘位置，由于应力向边缘土体释放，对桩的挤土效应作用相对较小，使得接桩的焊缝位置受到的应力也相应减小，从而对焊缝的应力破坏程度较小。如图3 所示，南港工业区厂房，同一桩型在场地边缘的桩基低应变检测曲线中焊缝位置只有轻微的同相反射波，波峰很小。

图3 南港工业区某厂房桩基（17 m）低应变检测波形曲线

南港工业区厂房同时采用了预制实心方桩:0.40 m×0.40 m×17.00 m，采用两段12 m 桩焊接，由于接桩位置在全新统中组海相沉积层第三亚层，属软塑状态的中压缩性土，挤土效应产生压力要小于第二亚层流塑～软塑状态、高压缩性的土淤泥质粘土，在低应变检测曲线中基本看不见焊缝位置的同相反射波，如图4所示。

图4 南港工业区某厂房桩基（24 m）低应变检测波形曲线

4 结语

为避免出现类似情况，由于软弱土层挤土效应使得接桩位置的焊缝开裂甚至脱焊，对工程质量造成危害，应注意以下几点:

1)避免在该土层(全新统中组海相沉积层第二亚层)接桩，设计时可考虑使用长桩，避免接桩或使接桩位置尽量避开该层高压缩性土。

2)由于预应力管桩混凝土强度高，适应性强，结构定型化、工艺标准化，使用开口桩时挤土量比方桩小，且可贯入性好，施工速度快等优点，可选用预应力管桩代替预制方桩。

3)施工工艺的控制，合理选择桩机、桩锤及桩帽，严格加强桩机性能监控;合理安排施工顺序，一般按照“由内向外、先密后疏”的原则，即由中心向四周、先打较密的群桩，后打较疏的群桩;可选择跳打的方式和控制每天的打桩数量;施工过程中可采取一定措施释放土压力［3］。

4)严格控制焊接工艺［4］，众所周知，预制桩接头质量是桩身完整性和安全性的关键，焊接接桩施工是重点控制环节之一。焊接工人应具有相应的技术水平，所使用的焊条、焊接电流等均应符合设计要求，必要时还需对焊缝质量进行超声波探伤检测。

5)注意开槽时土方开挖，全部成桩后，需满足时间的条件才可以开挖，开挖过程中要注意土方车的碾压和挖掘机对桩头的碰撞。

6)加强对桩的检测，确保桩的完整性和工程的质量。

［1］吴丙同.预应力混凝土管桩施工中挤土效应现象分析和处理［J］.建筑安全，2009(7):61.

［2］JGJ 94—94，建筑桩基技术规范［S］.

［3］王建华，应贡弟.预应力管桩的挤土作用及其应对措施［J］.浙江建筑，2002(5):78.

［4］胡云峰.多节预制桩接桩质量问题的处理［J］.建筑技术，2006，37(4):55.