基础工程 论文

分析预应力管桩施工对环境的影响

11土木本1 11111103131 孙谷花

摘要：预应力管桩作为一种快捷实用的地基处理方法被广泛应用于各种建筑基础中，但其产生的挤土效应会对周边环境造成不利影响。锤击法施工预应力管桩，其振动、挤土作用对周边建筑物的安全影响大，存在较大的安全隐患。静压管桩施工相对于一般的桩打入工法而言，具有无噪音振动，无冲击力以及施工应力小等优点，且能在沉桩施工中测定沉桩阻力从而为设计施工提供参数。但是静压桩属于挤土桩，其产生的挤土效应会对工程造成不利的影响。本文介绍了多种防挤土影响预防措施，较好的解决了沉桩挤土应力对工程桩本身和周边环境的不利影响，可为国内同类桩基施工提供借鉴和参考。

关键词：预应力管桩；挤土效应；管桩施工；振动挤土；周边建筑安全

由于通常能够很好地满足工程结构对承载力和变形的要求，桩基在各类建设工程中得到了广泛的应用。目前工程中应用最多的是钢筋混凝土桩（分预制桩、灌注桩两大类），少数工程因特殊原因而采用了钢桩（属预制桩）。桩的施工技术主要有：锤击法、振动法、静压法、成孔灌注法等。由于钻孔灌注桩等施工周期较长施工现场泥浆多，桩身、桩端混凝土浇筑质量不易控制，单方混凝土提供的承载力较低，预制桩（实心方桩、高强预应力管桩等）一般会被设计人员当成首选案加以论证。

预应力管桩具有以下优点：

（１）质量稳定可靠。预应力管桩是由专业厂家生产，采用先进工艺，将混凝土经离心脱水密实成型，经过常压、高压两次蒸汽养护而制成的一种细长空心等截面预制混凝土构件。在专业工厂的流水线上预制生产，施工质量能够得到严格控制，产品质量稳定可靠。

（２）应用范围广，工程适应性强。预应力管桩有不同的规格、长度可供选择，适用范围广泛，对桩端持力层起伏变化大的地质条件适应性强。同时，桩身抗裂性能好，耐锤击，土层穿透力强，可采用不同的沉桩工艺（锤击法、静压法等）进行施工。

（３）抗弯、抗拉性能好。由于预应力管桩桩身混凝土强度高，加上使用了高强度、低松驰率的预应力专用钢筋，使桩身具有较高的有效预压力（５～８ＭＰａ），因此预应力管桩具有相当大的抗弯和抗拉能力。

（４）耐久性好。预应力管桩采用了高速离心成型工艺（离心加速度高达３０～３５ｇａｌ）和高温高压压力１０６Ｐａ；温度１８０℃）蒸汽养护，因此桩身混凝土密实性好，其抗渗性、抗硫酸盐腐蚀性、耐碳化性等均优于普通混凝土。（５）单桩承载力高，单位承载力价格便宜。预应力管桩桩身混凝土强度等级为Ｃ８０，具有高强性能，其单位承载力的造价比预制混凝土方桩和钻孔灌注桩低。（６）施工速度快，功效高，工期短。预应力管桩在专业工厂预制生产，施工前期准备时间短，一般能缩短工期１～２个月。

（７）对施工场地要求不高，施工现场不需预制场地，无砂石、水泥，无泥浆污染，对施工场地狭窄的工程特别适用。一般情况下，软土、粘性土、粉土、砂土及全风化岩体等地层条件均可采用管桩，因此预应力管桩在工程中得到了广泛的应用。

预应力管桩可选用落锤、气动锤、柴油锤、电动振动锤、液压振动锤、液压静压机械等设备进行沉桩施工。其中柴油锤、电动振动锤、静压机械等在我国使用较为广泛，但实际一般选用静压法和锤击法进行沉桩施工。静压法施工是通过抱紧油缸将桩抱紧，以机械的自重和机身上的配重通过顶压油缸传递到桩身，集中受力后，再将桩压入地层标高中。锤击法则利用桩锤的冲击能量克服土对桩的阻力而使桩沉到预定深度，其主要设备有桩架、桩锤、动力设备等，锤击法通过锤头内的锤芯压缩缸体内，当雾化的柴油和机油进行燃烧爆炸产生向下的作用力，再通过锤头下的桩帽等一系列缓冲将力和振动作用到桩身，逐步击入土层标高。

锤击法沉桩设备简单、穿透力强，由于噪声大、振感强烈，在城市或一些特殊区域的使用受到了越来越严格的限制；静压法沉桩虽然无振动、噪声问题，但由于设备笨重而对施工场地承载力要求高且搬运难度大、适用工程地质条件单一，其应用也具有一定的局限性。经对场地岩土层性状、单桩承载力大小、环境控制要求、造价，以及当地现有施工技术力量等综合比选，箱涵预应力管桩采用锤击法沉桩，施工设备为DD-53 型柴油锤击桩机。

静压管桩的挤土效应简述：

首先，沉桩引起的地基土侧向位移必将对已入土的邻桩产生径向压力，从而对邻桩产生一系列不良后果；土体的水平位移会对沉桩范围外一定距离内的建筑物造成损坏，如造成邻近建筑物、挡土结构以及地下设施和管线的一定程度破损等。其次，沉桩过程中超静孔隙水应力的产生和消散，将对土体强度以及地基承载力产生很大的影响；沉桩时，桩对周围土体产生的挤压作用，还会在一定范围内造成地面的垂直隆起和抬高，并有可能造成先沉入桩上浮。最后，沉桩时桩对土体的扰动，使桩身周围土体的应力状态发生变化，尤其对于具有一定结构强度的结构性软粘土；往在两个相邻工地之间甚至同一个工地同时进行沉桩施工和基坑开挖，沉桩施工产生的挤土必然对基坑的水平位移控制带来很大的难度。

减弱振动、挤土作用的措施：

为了减小沉桩引起的地基土体变位的影响，必须有效地减少沉桩施工中的挤土量和超静孔隙水压力，或加快超静孔隙水压力的消散，或减小地基变位和超静孔隙水的危害影响范围。为了减少沉桩引起的振动危害，必须减小振动波传递。

1.测量管桩内进土量，初步估计管桩的挤密效应。

2.锤击沉管桩在施工过程中，对地表层最主要的影响为振动，打桩引起的振动波是在重锤击桩的瞬时，由锤桩接触点传出的不均匀加速度场引起的，它不同于从远端传来的近似匀的地震波振动场，评价打桩振动效应的方法和安全标准。

静压管桩施工对周边土体的影响问题及解决措施：

1.合理安排打桩的顺序，打桩的顺序原则是先深后浅，先中间后周边，先密集的区域后稀疏区域，先近已有的建筑物后远已有的建筑物；设置应力的释放孔是最常见的防挤土措施，这主要是因为随着沉桩数量的增加，孔隙水压力会逐步地增加，是土体产生流塑现象，设置释放孔之后能够大大地减小和加快消散沉桩引起的超空隙水压力，减少土体位移。

2.采用螺旋钻机预钻孔辅助沉桩来减少桩的排土量，减小沉桩时对地基土体的挤土影响程度，已达到降低超静孔隙压力的目的；对于静压管桩施工而言，施工过程对沉桩进行监测很重要。如果监测到孔隙水压力达到临界值后应停止施工，等采取消散措施后再继续施工。总而言之，管桩施工的防挤土影响预防措施很多，但灵活运用防挤土影响方案往往能起到意想不到的效果，因此下面作者将结合实

例探讨该施工方法。

总之，在需要保护的构（建）筑物附近采用锤击法施工预应力管桩时，要考虑沉桩的振动、挤土作用产生的影响。采取合理的施工顺序，控制每天的沉桩数量、速度，采取施工应力释放孔、减振沟，优化设计等均可以减少管桩的挤土、振动效应，减少其土体侧向位移、振动对被保护构（建）筑物的影响，此外还须在施工过程中要加强对构（建）筑物的监测，从而保证构（建）筑物的安全。

参考文献：

[1]《桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1995

[2]席永慧，徐伟.地基与基础工程施工计算[M].北京：中国建筑工业出版社，2008

[3]建筑桩基技术规范（jgj94-2008）