高层建筑静压桩挤土效应的解决措施研究

2018-12-31黄基顺福建省九龙建设集团有限公司福建厦门361008

安徽建筑 2018年4期

黄基顺（福建省九龙建设集团有限公司，福建厦门 361008）

1 静压桩挤土效应对周围环境的影响

1.1 挤土效应的形成原因

在建筑工程桩基的施工过程中，挤土桩（包括木桩、钢筋混凝土挤土桩等）由于自身体积占用了土体的空间，导致土体向挤土桩四周移动，由此产生了挤土效应，当土地类型不同时，也会发生不同的变化：当土体为饱和软土时，受到挤压后体积的收缩量很微小，这时土地会垂直或向外部水平移动；当土体为非饱和土层时，土体受到挤压后体积收缩较明显，且能够抵消挤压应力。由此可知，土体位移可以消减挤压应力。

1.2 挤土效应对周边环境影响的主要表现

静压桩是高层建筑工程的基础，挤土桩是静压桩的基础，从而了解到挤土效应的形成原因，以下将分析挤土效应对周边环境影响的表现。

1.2.1 桩的浮升、挠曲和折断

在施工过程中，静压桩周围的土体被挤压，使土体产生水平或垂直的位移变化。垂直方向的变化会导致先前的桩被推起出现上浮现象；水平方向的变化会导致先前的桩发生桩身的折断、挠曲或位置偏移等现象。

1.2.2 土体的垂直隆起和水平位移

在进行静压桩的压桩过程中，若土体为饱和软土或地下水位偏低，则土体随着压桩的深度逐渐产生很高的超孔隙水压力，达到一定程度时会破坏土体，没被破坏的土体会因为超孔隙水压力的消散和外力推动而产生水平位移的变化或垂直隆起现象。

1.2.3 桩的承载力下降

压桩是一个不排水的挤压过程，在这个过程中土体会产生水平位移和垂直隆起的现象，从而导致桩身上浮，桩头悬空，桩身的摩擦力增大，尽管超孔隙压力会逐渐消散，土体再次凝固，但还是一定程度地降低了桩的承载能力。

1.2.4 影响边坡的稳定性

在进行坑边压桩时，应特别注意由于挤土效应而影响边坡的稳定性。

2 挤土效应的解决措施

通过分析静压桩挤土效应对周边环境的影响，应从工程设计、施工准备工作和施工过程三个方面采取相应的解决措施。

2.1 与设计师沟通，制定应对措施

①静压桩适用于软土地基和覆土层不厚的岩溶地区，例如砂土、全风化岩、密度较高的碎石土、强风化岩等地区。

②静压桩不适用在不平整的施工场地，例如石灰岩、含有旧建筑基础的场地、存在孤石的场地、坚硬隔层等场地。

③桩基方案选择：为了减少静压桩挤土效应，可以采取减少静压桩的数量或使用排土量大、承载力大的桩基方案，以此降低由于静压桩引起的土体位移变化和超孔隙水压力，还可以缩小挤土效应对周围环境的影响范围。

2.2 施工前的应对措施

①钻排水孔：在开始静压桩施工之前，在桩基施工区域内预先钻出4个深度大约在2m～5m之间的排水孔，由此降低静压桩周围的地下水位，减少由于压桩引起的超孔隙水压力，达到最大程度减小土体发生水平位移或垂直隆起现象的目的。

②挖防挤沟：在压桩前，根据挤土效应的特性，在距离建筑物比较近的区域开挖防挤沟，减少地下水位较低的土体的垂直隆起或水平位移的变化程度，防挤沟的宽度和深度大约在1m～2.5m之间，同时，为了确保挖防挤沟时，工作人员的安全，需要在防挤沟旁搭建防护盖或者在防挤沟内填充轻质松散材料。

③设置观测点：为了更好地观测土体的位移方向变化情况和桩基的水位变化情况，从而及时采取相应的应对措施，可根据每个建筑工程不同的工程特点设置多个观测点。

2.3 施工过程中的应对措施

①针对静压桩挤土效应，可以采取不同的施工方法进行解决，比如先开挖基坑土方后沉桩的施工方法，这种施工方法是为了减少因压桩而引起的土体水平位移和垂直隆起、超孔隙水压力两种现象，这种施工方法可以保护浅层的线路管道。

②井点降水。在进行静压桩沉桩施工过程中会产生超孔隙水压力，从而对土体产生较大的负面影响，针对这一问题，施工人员可以在压桩之前将静压桩周边的地下水位降低，这样可以减少压桩施工过程中所产生的超孔隙水压力，并且先前压入的桩受到的挤压力也会减少。

③预钻孔法。这种方法是指在压桩施工前预先在桩位或沉桩区域内钻孔取土，从而减少压桩的排土体积，降低挤土效应的影响。这种方法之所以能产生效用，是因为预先取土能为桩周围的土体提供一定的挤压空间，从而避免了土体的水平位移或垂直隆起，对于在桩位或沉桩区域钻孔是为了确保桩身的承载能力以及压制的准确性。同时需要注意的是预钻孔的直径应小于静压桩的直径，一般是静压桩直径的1/3～2/3之间，且桩孔原位取土容易造成压桩位置出现偏差。因此，在压桩施工时应严格谨慎的小心控制。

④设置防挤沟。根据实际建筑工程的施工需要及挤土效应的特点，可以在桩位区域内设置防挤沟，防挤沟的长度要比施工建筑物的基础长1.5m，防挤沟的长度大约在1m～2.5m之间，深度大约1.5m左右，防挤沟可以减少挤土效应产生的地基浅层土体的水平位移和垂直隆起的影响，并在一定程度上减少对先前压入和附近桩基的挤压力，同时为了保证施工人员的安全，根据建筑工程的实际情况可以在防挤沟内填充轻质松散材料。只是防挤沟存在无法隔断应力波的传递路径的缺点，因此这种方法只能减少土体的位移变化程度。

⑤合理控制沉桩速度。控制沉桩速度可以从两个方面入手：一是连续压桩沉桩的频率；二是每天压桩沉桩的数量。如果压桩沉桩的加载速度远远超过土体中超孔隙水压力的消散速度，会使土体的含水量急速增加，而如果连续压桩沉桩，会导致土体的超孔隙水压力不断集中，不进行消散，尤其在后期的压桩施工阶段，其负面影响更为明显。因此，控制沉桩速度是为了避免超孔隙水压力不断聚集并急剧上升，从而造成对周围环境的破坏和扰动桩周围的土体。

⑥合理设计沉桩顺序。沉桩顺序对减少挤土效应具有十分重要的作用，沉桩顺序的设计主要从两个方面来考虑：一是减少群桩对周围环境的负面影响；二是减少压桩产生的挤土效应。每个建筑工程在这两方面的重视程度不一样，其选择的沉桩顺序也不一样，比如在群桩施工中选择合理的沉桩顺序，就能最大程度地减少压桩时产生的桩位位置出现偏差的问题。因此，应该根据建筑工程的特性来设计合理的沉桩顺序。