静压预应力管桩施工挤土效应预防措施

李杰

摘要：本文介绍在上海市北高新技术服务区7#地块商办项目中采取调整桩径桩型、分散施工、合理调整沉桩流水路线、减速、间隔跳打、原位引孔、开挖防挤沟、设置应力释放孔等一系列预防措施降低静压管桩的挤土效应，并加强施工监测，使得挤土效应得到了有效的控制。

关键词：地基基础工程；预应力管桩；挤土效应；控制措施；技术措施

1、工程概况

上海市北高新技术服务区7#地块商办项目位于上海市闸北区市北高新技术服务业园区，北起江场路，南至规划云飞东路，东起平型关路，西至寿阳路，规划云飞东路南侧为在建的13#地块。本项目总建筑面积27万平方米，造价近12亿元，集居住、商务、办公、休闲、娱乐为一体，为框架、框架—剪力墙和钢结构工程。主要由2栋23F、1栋22F、1栋10F、2栋8F、2栋6F办公楼、2栋1～3F商业用房及其它的附属建筑及两层地下车库组成。本工程主楼工程桩采用PHC-500B125b-41、PHC-500AB125b-41预应力管桩，合计1016根；车库抗拔桩大面积采用PHC-500B125b-26预应力管桩，合计1882根，预应力管桩采用静压法施工；其中靠近13#地块一侧75m范围内采用φ600桩长30m的钻孔灌注桩，共计429根。

场地东、北、西侧的路面下有多条市政管线与本基坑的距离与在30m以内，即均位于3倍基坑挖深影响范围内；同时场地南侧为在建的13#地块，本工程管桩施工时正处于其基坑开挖阶段，若不采取强有力的防控措施，擠土效应将对周边环境的产生巨大的破坏性的影响，对成桩质量也有很大影响。

2、地质情况

拟建建场地位于上海市闸北区，属滨海平原地貌，场地内基本平坦，地面标高在3.8m～4.2m之间。根据上海市岩土地质研究院有限公司勘察报告，本场地自地表至90m深度范围内所揭露的土层均为第四纪松散沉积物，从场地内地基土结构特征、土性和物理力学性质上的差异可划分为9个工程地质层和分属不同层次的若干个亚层。

水纹地质情况：上海市地下水位埋深一般在0.3～1.5m，水位随季节而变化，设计按年平均地下水位埋深在0.5m考虑。承压水主要为深层第⑦微承压水和第⑨层承压含水层，根据上海市经验，承压水头埋深约在地下3～12米。

3、管桩挤土效应的产生及危害

静压法施工预应力管桩，在桩身沉人饱和粘性土、特别是饱和软土地基的过程中，会使周边土体受到扰动，改变土体的应力状态，相当于桩身体积的土体向四周排挤，产生巨大的侧向挤压力，称为挤土效应。

挤土效应产生的危害：

1、本工程已施工好的4#楼，在基坑外侧，由于没有采取挤土效应的防控措施，造成江场路一侧市政道路水平位移监测数据报警，具体表现为围墙开裂、道砖上抬；

2、挤土效应对成桩质量也有较大影响，桩基施工质量若不达标，无法保证上部结构安全；

3、根据以往施工经验，若不采取有效防控措施，挤土效应将对周边建筑物、市政道路、地下管线造成严重破坏，市政道路、市政管线若出现破坏，修补周期长，维修费用高昂；

4、南侧13#地块正处于基坑开挖阶段，打桩与基坑开挖相互影响。基坑开挖时大量卸载，由于桩间土体中贮存着很大的挤土压力可能向着挖土方向瞬间释放，若不采取有效防控措施，轻则造成其围护体系漏水，重则造成基坑坍塌等，后果难以预计；

5、若造成临近建筑物和地下管线等公用设施破坏，由此引起的纠纷、诉讼等常迫使工地停工、工期延误。

静压管桩的施工不仅与工程本身息息相关，同时也影响着周边环境的安全，因此必须采取有效措施控制将挤土效应控制在安全范围内。

4、预防措施

4.1调整桩径、桩型

预防挤土效应可先从工程设计着手，根据静压法沉桩工艺原理，挤土效应因沉桩过程中桩身排开一定量的土体而产生，因此可通过选用挤土影响小的桩型，如可改用钻孔灌注桩，或采用疏桩设计，即通过提高单桩有效承载力，精简静压桩数量，从而较少排土体积，可以有效降低群桩挤土效应对周边环境的影响。

市北项目预应力管桩施工前，建设单位组织设计单位、监理单位、施工单位及上海市相关领域技术专家多次召开专题方案论证会，综合分析了结构承载力需要、经济效益、及周边环境状况，最终将原先设计的φ600预应力管桩管径改成φ500，大大降低了排土量，同时将靠近13#地块一侧75m范围的地库抗拔管桩改成的无挤压影响的钻孔灌注桩，有效降低了挤土效应，将对13#地块基坑的不利影响降至最低。

4.2分散施工、合理调整沉桩流水路线

合理安排沉桩顺序对减少挤土效应的影响至关重要。根据施工经验及挤土效应理论，挤土效应的影响范围可达1～1.5倍桩长，且具有浅层大、深层小、近处大、远处小等特点，同时土体是被挤向阻力小的的方向，例如对着保护建筑的方向压桩要比背着保护建筑的方向压桩的危害要更大，这是因为背着已有建筑物成桩时，前面已经沉入桩的区域逐渐形成阻力区，起到了一定的屏障作用。因此在本工程桩基的施工过程中，采取分散施工的方法，确保压桩机间的距离在3倍桩长以上，同时制定了如下施工原则：先深后浅、先密后疏，临近红线区域的先压靠近红线的再压远离红线的，形成封闭桩，在中央开阔地的按照先中间后四周的顺序对称施工。

4.3控制沉桩速率、采取间隔跳打

沉桩速率分为两个方面：一是每天的沉桩数量，二是连续沉桩的天数。特别是在饱和粘性土地基中打入大批密集的桩群时，桩周土体会产生比较大的应力和位移，同时产生很高的超孔隙水压力。由于粘性土体的渗透系数小，因而引起的超孔隙水压力消散慢，控制沉桩速率的主要目的是使每天沉桩所产生的超静孔隙水压力能得到有效消散。当沉桩结束后，孔隙水压力慢慢消散，土体会发生再固结，桩身有效应力逐渐增加。密集压桩的情况下，超高孔隙水压力有可能会使土体液化，使先前打入的桩浮起。有时前桩还没有凝结，便受到后桩的挤土作用，导致桩身严重倾斜甚至断桩，使桩的承载力达不到设计要求，从而造成工程事故；

沉桩速率一般控制在2m/min左右，每个桩机每天压桩数量控制在10根左右，对于布桩密集的群桩基础采取单方向间隔跳打的作业方式，如每个承台每天施工2根桩，便于桩周土体应力释放、再固结，避免密集压桩产生过大挤压，同时也防止压桩对相邻已成桩产生不利影响，影响成桩质量。

4.4原位引孔

原位引孔是指先在桩位钻孔取土后再压桩，减少压桩时的排土体积，从而降低对周围土体的挤压效应。钻孔的孔径一般应小于静压桩的直径，根据相关实测数据，原位引孔可减少50%以上超孔隙水压力，是一种控制挤土效应的有效措施。

本工程靠近13#地块一侧100米范围内的预应力管桩采取原位引孔压桩，引孔孔径φ400，引孔深度11m，由于引孔深度大于13#地块地下室底板普遍深度，引孔深度范围的挤土效应将大大降低，对13#基坑的不利影响降至最低。

4.5设置应力释放孔、开挖防挤沟

当引孔位置在非桩位处时，称为应力释放孔。设置应力释放孔可为桩周土体向四周挤压腾出一定的空间，可以对深层的挤土起到缓解和隔断挤土通道的作用，避免土体隆起或者水平位移过大，减少对周边环境的不利影响。而开挖防挤沟可以减少地基浅层土体的侧向位移和隆起影响，因此对于保護工程周边浅层的地下管线或周边市政道路非常有效。

本工程压桩前在压桩路线外侧布置单排应力释放孔，孔径φ400，孔深15m，并在红线内侧布置2m*2m的应力释放沟，监测数据显示该措施有效降低了挤土效应，保护了周边市政道路及地下管线的安全。

4.6加强监测

沉桩过程中加强对周边环境的监测，尤其应重点关注对13#地块基坑一侧、周边市政道路及地下电力、煤气等重要管线的观测、监护，以每天的监测数据指导施工，同时应编制专项应急预案、准备好应急救援物资，确保施工安全。

5、结语

针对上海市北高新技术服务区7#地块商办项目桩基工程的实际工况及周边环境情况，采取了不同的压桩方式和一系列的预防措施，有效地控制了预应力管桩沉桩过程中的挤土效应，确保了周边环境的安全，更重要的是确保了管桩成桩质量。经过专业桩基检测公司对本工程桩基分部进行抽测，并出具了正式的桩基检测报告，其中Ⅰ类桩占98%以上，没有发现Ⅲ类桩，预防措施有效可行。

参考文献：

[1]林顺康林昌勤谢正宇.静压预应力管桩施工的挤土效应及预防措施[J].山西建筑，2005年18期.

[2]汪耀武张扬.静压桩沉桩挤土效应控制措施研究[J].黄冈职业技术学院学报，2010年04期.

[3]林祖承.高强预应力混凝土管桩（PHC）静压施工挤土效应及应对措施[J].福建建筑，2006年05期.

（作者身份证号：321283198706215438）