浅析大直径PC 桩挤土效应及消散措施

安迪AN Di

（中国港湾工程有限责任公司，北京 100000）

1 工程概述

本工程位于南美哥伦比亚波哥大，属于市政高架地铁项目。桩基为PC 桩，管桩型号为直径1000mm、壁厚140mm，单桩长度在15-48m，C60 混凝土。每个承台桩数量在9-16 根，桩中间距为2.5D，地铁行进路线地下管网密集，且距离桩基0.5-5m 范围内，埋深1-5m。

1.1 地质条件

哥伦比亚波哥大海拔2640m，位于安第斯山脉一个富饶高原上，地下沉积物主要为Sabana 构造；该地貌特征为地下水位浅，淤泥及泥炭土厚度大（总厚度可达450m），常伴有砂和粘土细夹层。

1.2 水文条件

波哥大地下水含量丰富。通过对高架行进路线地下水监测显示，沿线大部分区域地下水位距离地面5m，且部分地区地下水位在10-15m 范围内波动，基于此，PC 桩混凝土增大胶凝材料减缓地下水对混凝土产生的腐蚀性。

2 单桩挤土效应分析

2.1 桩周挤土效应云图

随着桩的压入，桩周土体慢慢隆起，大致呈环形状隆起，桩周挤土效应云图见图1。

图1 桩周挤土效应图

2.2 不同位置的水平位移

距桩径向不同距离时地表土体的水平位移图见图2，从图2 可看出在距桩径向1.0m 处地表的土体水平位移约为18mm，在距桩径向4.0m 处地表的土体水平位移约为8mm。距桩径向不同距离时地下2m 土体的水平位移图见图3，从图3 在距桩径向1.0m 地下2m 深度处的土体水平位移约为7.5mm，在距桩径向4.0m 地下2m 深度处的土体水平位移约为2.5mm。土体的水平位移受压桩过程的影响。在桩贯入10m 时不同位置的位移均达到最大值，并趋于稳定。距桩越远的位移越小，在10m 后位移可以忽略不计。

图2 距桩边径向不同距离时地表土体的水平位移图

图3 距桩边径向不同距离时地下2m 土体的水平位移图

2.3 桩周土体水平位移计算值与实测值对比

建立了试验桩单桩有限元模型，采用E8（第8 号车站）试桩点位的测斜管实测数据与有限元分析数据进行对比，对比结果见图4 和图5。由图4 和图5 可见本模型能较好地模拟桩周土体变形的规律。距桩边3.0m 处计算值与实测值比较接近。

图4 距桩边3.0m 处不同深度土体的水平位移图

图5 距桩4.2m 处不同深度土体的水平位移图

3 群桩挤土效应分析

群桩挤土效应采用PLAXIS3D 软件模拟。通过对E8（车站）试桩测斜管实测数据与有限元分析数据对比分析得出群桩挤土效应变化规律；通过对E9、S1-27、S2-5、S3-17（桩位）试桩结果对比分析模拟群桩对周边管线的影响及应力消散措施。

3.1 E8 试桩模拟结果与实测结果对比

建立了试验桩和反力桩有限元模型，采用E8 点位的测斜管实测数据与有限元分析数据进行对比，对比结果见图6 和图7。

图6 距桩边2.3m 处不同深度土体的水平位移图

图7 距桩6.3m 处不同深度土体的水平位移图

由图6 和图7 对比分析数据可见计算值与实测值比较接近。

3.2 群桩挤周边管线模拟结果

群桩及管线相关参数见表1。为减轻挤土效应及保护周边管线，对比了桩顶预钻孔取土3m、中掘法（中掘直径0.6m）、应力消散孔（直径0.5m，间距1m，深度10m）、防挤槽（宽1m，深3m，充砂1.5m）的措施。设置11 个分析模型，模型土样参数保持一致；本次群桩挤土效应模拟中的离桩距离指的是离桩边距离。

表1 群桩及管线相关参数

群桩挤土效应模拟结果汇总表如表2 所示。

表2 群桩挤土效应模拟结果汇总表

3.3 桩周土体孔压消散规律

为了模拟静压桩桩周土体孔压消散规律，采用PLAXIS 软件建立了单桩轴对称模型。超静孔压变化规律见图8 和表3。由图8 可见当静压桩施工时弱透水层会产生较大超静孔压，但超静孔压消散较快，压桩后第5 天、第15 天时的超静孔压只有压桩时的33.8%和6.5%。实测值超静孔压的消散速度快于计算值，这可能是由于土层中存在透水性较强的夹薄层，而地勘报告难以全面划分这些夹薄层，且计算中未考虑其影响。

表3 超静孔压变化规律

图8 超静孔压变化图

4 结语

不同工况下PVC 管道的总位移在26.7～74.2mm 之间。7 桩模型计算得到的PVC 管道位移最大（74.2mm），这主要与该模型无送桩、无中掘、无防挤孔有关。8 桩模型计算得到的PVC 管道位移最大值为41mm，该模型包含3m预钻孔和消散孔，可见综合采用预钻孔和消散孔可明显减小PVC 管道的位移。由模型5 和模型6 的计算结果可见，当其它条件相同时设置消散孔时的PVC 管道位移比不设置消散孔的位移明显减小（从59.3mm 减小至35.5mm）。由模型3 和模型4 的计算结果可见，当其它条件相同时单独设置消散孔的效果比单独设置防挤槽的效果好。由模型6至模型8 的计算结果可见，当其它条件相同时中掘深度分别 为0m、9m、30m 时，PVC 管道位移分别为35.5mm、26.7mm、28.8mm，表明中掘深度超过一定数值时PVC 管道的位移不再明显减小。对比模型4 和模型6 以及对比模型9 和模型11 发现，当其它条件相同时将桩间距由2.5m调整为2.75m 时，PVC 管道和A 点、B 点的位移相差不大。

PVC 管道的最大拉应力为17.3MPa（《埋地塑料排水管道工程技术规程》（CJJ143-2010）要求PVC 管的抗拉强度设计值为20.3MPa，抗拉强度标准值为40MPa）。作为对比，当增设消散孔后，PVC 管道的拉应力均明显降低。

静压桩施工时弱透水层会产生较大超静孔压，但超静孔压消散较快，压桩后第5 天、第15 天时的超静孔压只有压桩时的33.8%和6.5%。