PHC管桩与普通实心桩的挤土效应对比分析

赵广顺　何　洋

(1.合肥工大岩土工程有限公司，安徽 合肥　230009；　2.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥　230009)



PHC管桩与普通实心桩的挤土效应对比分析

赵广顺1何洋2

(1.合肥工大岩土工程有限公司，安徽 合肥230009；2.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽 合肥230009)

分析了PHC管桩沉桩挤土效应，探讨了挤土效应对管桩工程性状的影响，并通过计算，对比了PHC管桩与普通实心桩的挤土效应特征，结果表明，PHC管桩可大幅度减小桩周土的塑性区半径，显著降低挤土效应。

PHC管桩，实心桩，挤土效应，塑性区

0　引言

PHC管桩是一种由专业厂家生产的新型基桩。PHC管桩采用先张法预应力工艺和离心成型作用，并经一定时间的蒸汽养护，制作成空心等截面形状，是一种细长的预制混凝土构件。PHC管桩具有单桩承载力高，施工速度较快，价格便宜等诸多优点，在广东、广西、江苏、浙江、福建和上海等南方地区工民建工程中得到了广泛的应用，与传统的钻孔灌注桩相比，PHC管桩具有单桩承载力高、施工工期短、质量可靠、工厂化生产、经济性好、施工监理方面等突出优点。

PHC管桩在沉桩过程中，常采用锤击法或者静压法施工，对桩周土体存在明显的挤土作用，影响桩周土的承载力及桩基性能。本文简要分析了PHC管桩挤土效应特征，并通过计算，对比分析了PHC管桩与实心桩挤土效应特征，得到一些有益的认识。

1　PHC管桩挤土效应分析

在实际工程应用中，PHC管桩常采用静压法和锤击法两种不同的沉桩施工方法。PHC管桩的沉桩速度一般都比较快，沉桩持续时间一般都较短。桩周土体在强烈的沉桩挤压作用下，发生扰动，发生一定程度的垂直隆起和水平位移，基本可以看作是一个受挤的不排水过程。在饱和软土地基中进行PHC管桩沉桩施工，由于软土的渗透系数很小，施工扰动将产生较高的孔隙水压力，并引起土的有效应力大幅度减小。在PHC管桩沉桩施工结束后，随着时间的推移，孔隙水压力消散，土体排水发生再固结作用。土体的再固结作用，使土体中的有效应力增大，桩间土发生沉降变形，地基土的强度与承载力增大。在桩间土发生沉降时，PHC管桩侧摩阻力减小，甚至有时会出现负摩阻力，桩端阻力则随之有所增大。粘土地基中，PHC管桩沉桩作用引起的挤土效应，可以总结为引起桩周土体完全重塑或者土的结构发生部分改变、桩周土的位移和应力状态发生变化、土中的超孔隙水压力产生与消散以及地基土强度的触变恢复等四个方面。

地基土工程性质的不同决定着沉桩过程中土的位移特性。如结构性很强的灵敏土在PHC管桩沉桩过程中，由于挤土效应引起土体结构破坏，土体发生软化，并可能从PHC管桩两侧挤出地表，从而使地表存在较大的隆起。而对于非灵敏土，如粗砂、细砂、硬粘土等土层，PHC管桩沉桩引起的隆起量要小得多。

2　挤土效应对管桩工程性状的影响及防治措施

1)引起管桩的变形和上浮。PHC管桩沉入土中后，桩周土体受到挤压作用，发生较大的塑性剪切变形。在强烈的挤土效应作用下，管桩结构本身亦受到很大的扰动和破坏。当管桩布置比较密集时，挤土效应可能引起管桩接头断裂、桩体上浮(浮桩)等工程问题。同时，由于挤土作用而产生较大的水平压力，也可能会引起PHC管桩发生水平方向的挠曲和弯矩,从而导致管桩偏斜和弯曲。管桩挤土效应引起的管桩变形和浮桩等破坏，可导致管桩基础承载力的降低，甚至影响管桩基础的正常使用。2)地基中产生超孔隙水压力。PHC管桩施工过程中，地基土中会产生超孔隙水压力，尤其是在饱和软粘土中，超孔隙水压力很大。由于软土地基渗透系数较小，超孔隙水压力难以快速消散。这会引起管桩贯入阻力的大幅度增大，从而引起管桩沉桩困难，并对桩周与桩端土的承载力的发挥存在一定的影响。在实际工程中，必须考虑超孔隙水压力对管桩承载力的影响，否则可能引起工程问题。3)对周围环境的影响。从收集到的许多PHC管桩应用工程实例来看，沉桩挤土效应的影响范围及挤土压力是比较大的，对管桩周围环境的影响较强，不可忽视。特别是在软土地基中，当管桩附近存在基础埋深较浅、结构稳定性较差的建筑物时，当存在对变形敏感的地下管线，如隧道、管道、地铁等，对其造成很大的危害。由于管桩挤土作用的影响，可能引起漏气、漏水、房屋开裂等事故。因此，管桩施工，不仅需要考虑管桩基础本身的安全，还要考虑对周围环境的影响，保护临近建筑物的安全。4)避免危害性措施。在管桩工程设计与施工中，必须经过详实的地基勘察与计算分析，避免因管桩挤土效应而影响工程安全，并保障临近建筑物的安全。首先，应根据实际工程需要及地基情况，选择适当的桩间距和桩长，保证足够的桩基承载力，并避免产生过大的挤土效应。其次，可采取适当的排水措施，增大地基土的渗透系数，加速孔隙水压力的消散速度，增大土体的压缩性，以减小沉桩时的贯入阻力，降低挤土效应。如设置合理的排水通道等。第三，设置应力释放孔等措施，缓解或者隔断挤土通道，以削弱沉桩挤土效应对周围建筑物，特别是地基管线的影响。第四，采用预钻孔压桩施工工艺，在桩位处先钻孔，将土体排出后再进行压桩施工，可大幅度降低挤土效应的影响，保护管桩及临近建筑物。第五，控制沉桩速率，采取适当的施工计划，保证土中应力的传递和孔隙水压力的消散，可有效减小挤土效应的影响。

3　PHC管桩与普通实心桩的挤土效应对比分析

采用计算方法，建立计算模型，对比分析PHC管桩与普通实心桩挤土效应特征。土体模量取c=20 kPa，φ=20°，υ=0.35，E=8 MPa，平均体积应变为0.015。图1为PHC管桩外径不变时，塑性区半径与桩内外径比的关系曲线。从图1可以看出，塑性区半径Rp随着PHC管桩内径的增大而减小；随着内径的增大，塑性区半径衰减速度不断加快。图2为最终压力与内外径比的关系曲线。从图2可以看出，随着内外径比的增大，PHC管桩最大挤压力不断减小；当管桩内径较小时，最终压力减小较慢；随管桩内径的不断增大，最终压力减小的速度不断加快。

图1　塑性区半径　　　　　　　　　　图2　最终压力　与内外半径比的关系　　　　　　　　与内外半径比的关系

表1为相同外径的PHC管桩与实心桩在沉桩时产生的塑性区半径大小计算结果的比较。从表1中可以看出，PHC管桩沉桩时形成的塑性区半径较相同直径的实心桩的要减小39.1%～41.7%。因而，使用PHC管桩可以较为显著地降低沉桩时的挤土效应，并且桩径越大，其相对的效果越为显著。

表1　PHC管桩与实心桩挤土塑性区半径比较(相同外径)

表2为相同承载力条件下，管桩与普通的实心桩塑性区半径的计算结果(其中，PHC管桩内侧面积按照30%进行折算)。分别取PHC管桩外直径为500 mm，550 mm，600 mm和相同承载力的实心桩进行比较。外径从500 mm到600 mm变化时，管桩可以减小塑性区半径39.4%～53.2%。

表2　PHC管桩与实心桩挤土塑性区半径比较(相同承载力)

4　结语

本文简要分析了PHC管桩挤土效应特征，探讨了挤土效应对管桩性状的影响，分析了避免挤土效应危害的有效措施。通过计算，对比分析了PHC管桩与普通实心桩的挤土效应。结果表明，PHC管桩可大幅度减小桩周土的塑性区半径，显著降低挤土效应。本文研究成果对PHC管桩工程应用具有一定的指导作用。

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[3]姚笑青.饱和软土中挤土桩的桩间土再固结及单桩承载力随时间的增长[D].上海：同济大学硕士学位论文，1994.

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On comparative analysis of squeeze effect between PHC pipe pile and common solid pile

Zhao Guangshun1He Yang2

(1.HefeiGongdaGeotechnicalEngineeringCo.,Ltd,Hefei230009,China;2.SchoolofResourcesandEnvironmentEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)

The paper analyzes the pile-sinking squeezing effect of PHC pipe pile, explores the influence of the squeezing effect on the pipe pile’s engineering performance, compares the squeezing effect features of PHC pipe pile and common solid pile by the calculation, and proves by the result that PHC pipe pile can substantially reduce the plastic radius of the pile-around soil and lower the squeezing soil effectively.

PHC pipe pile, solid pile, squeezing effect, plastic zone

1009-6825(2016)21-0068-02

2016-05-18

赵广顺(1982- )，男，工程师

TU473

A