浅谈打桩挤土效应及注意事项

陈利

林森建设集团有限公司浙江杭州311221

摘要：随着我国经济的快速发展，建筑业也迎来了发展的高峰期，各方各业都在大兴土木，预应力管桩作为一种新型的基础形式被广泛运用。预应力管桩具有单桩承载力高、适用范围广、造价低、接桩速度快、施工工期短等优点而被业界广泛使用。钢筋混凝土预应力管桩由于其承载力高、施工速度快等优点而被广泛运用各个领域，然而由于打桩过程中，会产生打桩挤土效应，对周围环境造成一定的影响，而广泛受到岩土工程界的关心。本文从打桩挤土效应的相关机理谈起，提出几种比较典型土层中挤土桩施工中的常见问题，包括老黏土中打桩、饱和黏土中打桩、饱和松散砂性土中打桩等，并给出相应的解决措施。并给出了相应的防治措施，为各个预应力管桩施工工地提供借鉴。

关键词：预应力管桩；打桩挤土效应；防治措施

1打桩挤土效应的机理

1.1动荷载作用下土的性能

桩打入黏土中，地基土的状态将主要从三个方面被改变；一是地基土的天然结构将被破坏，使预应力管桩周围的土体重塑部分结构改变；二是土的应力历史因为打桩而被改变，桩邻近土的应力状态也随之改变；三是土体随着打桩的进行受到急速的挤压，造成桩周土体中的孔隙水压力急剧上升，有效应力随之而减少。沉桩过后，由于上述三种作用的存在，使得桩周土（包括桩端土）的强度大为降低，但随着打桩后时间的不断增长，土的强度会随着粘性土不排水强度的触变回复和孔隙水压力的消散而增长。在黏性土中打桩易造成地面隆起。管桩打入松砂中，由于打桩挤密了周围的砂土，而使得桩周土体强度提高，相反，对密实砂反而会降低桩周土体的强度，但两者都会使桩周土体中的孔隙水压力急剧上升，在重复大量的振动作用下，最坏的情况会造成桩周土体局部液化。土的摩擦力、黏聚力、黏滞系数、孔隙比、相对密实度、强度等参数会随着打桩振动而出现不同的变化。

1.2饱和黏性土打桩机挤土效应的影响范围

打桩对周围环境是要产生影响的，但不同土有不同影响。

1）一般来说对饱和淤泥质土的影响最远范围约为1.5倍桩长。

2）打桩挤土在深度剖面上影响最大的深度为地表以下约6m左右。

3）后打桩要对先打桩产生挤土效应，先打桩有可能出现浮桩、水平偏位倾斜、脱节等。

2老黏土中打桩

随着社会经济的发展，楼房越造越高，建造在承载力很好的老黏土地基上的高层建筑，也需要通过打桩提高地基承载力。对于预制桩来讲，无论采用静压法还是锤击法施工，都存在着打桩挤土效应问题，现行桩基规范规定挤土桩最小布桩间距为3.5d，并不是保证满足该条件要求就不会发生明显的挤土效应。常州某工程实例土层分布：杂填土，土层厚度1.5m；黏土，硬塑，土层厚度5.0m；粉质黏土，可塑，土层厚度0.6m；粉土，稍密，土层厚度1.5m；粉砂，中密，土层厚度2.0m；粉砂，密实，土层厚度6.0m；粉砂，中密，土层厚度3.5m；黏土，硬塑，土层厚度2.0m；粉土夹粉质黏土，中密，土层厚度3.5m；黏土，可塑，土层厚度0.7m；黏土，硬塑，土层厚度3.0m；粉砂，密实，土层厚度5.0m。桩间距2.5m（5d），梅花形布桩，检测中发现桩身出现上浮现象，本工程中，黏土层土体压缩性小，场地内土体受周边土体水平方向约束性强，整个场地相当于一个敞口的容器。打入的桩不断向容器内增加压力，当打桩速度较快，土体中挤土应力来不及消散，上部土层携带着先打的桩向上隆起，造成桩底端承损失，当桩身存在缺陷时，桩体拉断。遇到这种土打桩时，应严格控制每日打桩数量和压桩顺序，送桩深度不宜过浅（增加上覆土压力）。必要时，在土层浅部开应力释放孔，释放挤土压力，在有条件的情况下，施工结束后，进行一次复压或复打，可以有效消除桩上浮的影响。

3减少打桩挤土效应的措施

饱和软土中打桩除了要考虑桩基承载力外，另外一个重要限制因素就是减少打桩对周围环境的影响。群桩沉桩时由于挤土作用和孔压膨胀会对周围土体产生巨大的挤压作用，会使桩区及附近很大范围内的土体产生向上隆起和水平位移，进而导致桩体上浮、偏位、甚至断裂。因为打桩挤土效应的存在，会危及周围的市政管线或地面道路和建筑物的安全，使得设计方不得不改变原有设计，放弃对预应力管桩的使用。正是因为沉桩挤土问题的普遍性，严重制约了管桩的使用，受到岩土工程界的高度重视，在很多工程的设计和施工中都采取了相关措施，并取得了一定的效果。减少打桩挤土效应的方法主要包括合理的打桩顺序、减挤措施和加强挤土监测。

3.1合理的打桩顺序

3.1.1确定合理的打桩顺序

工程施工过程中，在打桩前制定一个合理的打桩顺序能够有效的减少打桩带来的打桩挤土效应，该法在工程中应用最为广泛，常采用的打桩顺序有：靠近建筑物的桩先打，远离建筑物的桩后打；从中间往四周分散打桩；跳打；分区域打桩等。

3.1.2严格控制打桩节奏和速

要控制每天打桩的数量，为了尽量减少打桩挤土效应对周围的影响，打桩速率越慢越好，但工地同时还要考虑其他因素，不能仅因为为了减少打桩挤土效应而放慢施工速度，这就涉及工期和经济效益问题，应综合考虑。一般施工前期，由于打桩挤土效应叠加的很少，速度可适当加快，到打桩施工后期，由于土体已接近不可压缩，打桩速率对土体的位移特别敏感，打桩挤土效应较为明显，此时就应加强现场监督，严格控制打桩速率，这方面应结合打桩挤土效应监测来进行。如打桩挤土效应位移过大则减少打转根数并远离影响建筑物区域打桩。

3.2减挤措施

3.2.1重锤轻击

采用锤击法沉桩时，可采用重锤轻击的方法，以减少桩的挤土效应。这种方法主要是通过减少重锤的提升高度，加大锤的重量来实现。

3.2.2取土植桩

为了减少浅部黏土的挤土效应，可以采用取土植桩的办法。即在上部采用预先挖孔的办法将桩埋入土中，以减少上部的打桩挤土效应。

3.2.3设置防挤沟

对于周围有很多老建筑物的情况，采用预应力管桩时应注明设置防挤沟，施工时应严格执行。设置防挤沟后，可有效减少地基浅层土体的侧向位移和隆起现象，并减少对邻近建筑物和地下管线的影响。由于防挤沟主要用于浅埋基础和地下管线，故其深度不需要太深，且太深后易造成坍塌。工程中防挤沟的宽度一般为1~2m，深度在2~3m即可。对于深基础，也可采取在防挤沟中打设预应力释放孔来减少打桩挤土效应。

3.2.4设置隔挤孔

当打桩场地与周围建筑物距离较近时，可采用设置隔挤孔的方法。为了防止孔壁坍塌，可在隔挤孔内放入钢筋笼或竹片，可按水平位移随深度变化图设计隔挤孔位置与深度，孔深要经过计算确定。

3.2.5设置取土泄压孔

可以在打桩区域内设置一些取土孔，使打桩孔压消散，减少打桩挤土效应。在打桩过程中，在适当的位置设置一些取土孔，一利于孔隙水压力的消散，进而方便打桩孔压的消散，从而减少沉桩挤土效应。

4结语

本文提出的几种比较典型土层中挤土桩施工常见问题，有些情况可以通过加强施工管理和辅助措施来解决，有些需要通过设计优化调整，比如，老黏土中应采用疏桩概念，充分利用原土承载能力和稳定性；在饱和松散砂性土中，可采用较密短桩的方案，提高桩间土的挤密作用等方法。预应力管桩打桩过程中的打桩挤土效应，严重制约了预应力管桩的适用范围，通过上述措施解决好预应力管桩打桩过程中的打桩挤土效应，必定能够扩大预应力管桩的适用范围，使预应力管桩得到更好的应用。

参考文献：

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