静压管桩挤土效应及其控制措施

静压管桩挤土效应及其控制措施

静压管桩在沉桩的过程中会产生挤土效应，进而对周围的环境产生不良的影响，严重的可能造成周围的建筑物的开裂、道路隆起以及地下管线断裂等事故。所有在施工的过程中，应该采取适当的措施来减少挤土效应的产生。

桩基础是一种古老的基础形式，也是到现在为止使用最为广泛的建筑基础和支护构件。桩体深入到土层，从而将上部结构的荷载通过桩身传递给深部比较坚硬的压缩性比较小的土层中，不但降低了建筑的沉降，也确保了建筑物的安全性。静压桩这种桩型随着改革开放和城市建设的不断发展，以噪声小、污染少、无振动、施工速度快、质量可靠和经济安全等优点而得到了大部分施工者的青睐，得到了广泛的应用，同时施工工艺和技术也有了较大的提高。

静压管桩在施工的过程中产生挤土效应是不可避免的，具体的表现主要分为两个方面：一个是在挤土的过程中，桩周的土体发生变形，从而多其周围的建筑物产生了一些影响；另外一个是在压桩前后土体的应力状况也发生了很大的改变，对承载力也有一定的影响。

1.静压管桩挤土效应

静压管桩本身是一种挤土桩，所以在施工的过程中产生挤土效应是不可避免的，具体的表现主要分为两个方面：一个是在挤土的过程中，桩周的土体发生变形，从而多其周围的建筑物产生了一些影响；另外一个是在压桩前后土体的应力状况也发生了很大的改变，对承载力也有一定的影响。这些影响表现如下[3~5]：

（1）沉桩时在压桩区一定范围内产生土体的水平位移。在饱和软土中沉桩时，由于桩要置换相同体积的土，对周围土体产生侧向挤压，引起土体水平位移，过量的土体水平位移作用在先前打入的桩上，会造成桩位的偏移、桩身的翘曲，甚至会造成桩的折断。

（2）沉桩时对周围土体的挤压作用导致土体的垂直隆起。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。由于地面隆起，己沉入桩上抬，造成桩尖脱空，对于端承桩而言，极大地影响了单桩承载力的发挥。

（3）静压桩挤土效应引发的环境问题。土体的垂直隆起和水平位移会对沉桩范围外一定距离内的建筑物、构筑物、道路、挡土结构以及地下设施和管线的一定程度破损，如粉刷层剥落、墙身开裂，产生裂缝、首层商业店铺拉不上闸门等，附近地铁、隧道、地下管线及设施破坏等而引发工程事故。

（4）沉桩过程中，特别是在饱和软新土中沉桩，会产生很高的超静孔隙水压力。当超静孔隙水压力达到一定数值时，土体中的某一方向有效应力可能出现负值，影响桩基的承载力;过高的超静孔隙水压力也妨碍施工的速度，甚至威胁邻近建筑物和构筑物的安全。超静孔隙水压力在施工后一段时间内的消散还会对土体的强度产生很大的影响，从而引起土体强度的变化。

（5）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勃土，桩周土体实际上是一个被撕裂、破坏、扰动和重塑的过程。土体的原始结构被破坏，土体工程性质较沉桩前有较大的改变。随着超静孔隙水压力的消散，一些土体还有触变效应，强度会有所恢复。

2.施工过程中控制防止挤土的措施

（1）井点降水：静压桩施工过程中会在瞬间产生很大的超孔隙水压力，对周围环境产生很大影响。如果能在压桩之前就将地下水位降低到一定深度，施工过程中产生的超孔隙水压力就会大大减小。虽然降水是一项很好的控制措施，但在降水过程中也会引起周围地面和建筑物发生沉降，所以这两种效应需要综合考虑，并在降水过程中加强监测工作。

(2)预钻孔法：预钻孔法是指压桩前预先在桩位处或沉桩区域内钻孔取土，减少压桩时的排土体积，从而降低对周围土体的挤压效应。当预钻孔位布置在非桩位处时，为沉桩时桩周土体向四周挤压腾出一定空间，避免土体隆起位移或者水平位移过大，减少对工程周围环境的影响。为了方便压桩的准确定位和保证桩身的承载能力，预钻孔的孔径不应大于静压桩的直径，一般取为桩径的1/3-2/3。另外，桩孔原位取土比较容易造成压桩桩位偏差，在施工中要严格加以控制。

(3)砂井或塑料板排水法：砂井或塑料板排水法是一种较为经济且有效的防治措施，尤其施工场地有浅埋砂性土层时，效果会更为明显。具体方法是在沉桩区域四周或者群桩内部，挖出具有一定桩径和桩深的桩体空间，内部填塞砂或者埋置塑料板等，也就是设置了一条人工排水通道。在沉桩施工过程中，产生的超孔隙水可流向砂井或经塑料板及时排出，加快超孔隙水压力的消散，从而降低其不利影响。砂井深度及间距应根据具体情况而定，目前常用砂井深度一般为10m左右，间距1.5-2.0m，砂井直径0.4m(宜用小直径)。这种方法主要是使沉桩过程中引起的超孔隙水压力能够及时消散，但对减少土体的排土体积效果并不显著。

(4)设置防挤沟：当桩基附近地下埋有通讯电缆、供水干管或邻近有重要建筑物时，设置防挤沟可以减少地基浅层土体的侧向位移和隆起影响，并减少对邻近建筑物和地下管线的挤压作用。防挤沟的长度比施工建筑物基础长2m，宽度一般采用1.2-2.5 m，深度超过地下管线埋置深度或邻近建筑物埋置深度1m,沟内可依据工程实际情况回填砂或其它松散材料。由于防挤沟无法隔断深层土体中应力波的传递路径，这种方法对于减少地面表层的位移效果较好，所以一般用来保护浅层地下管线或者周围路面。采取这一措施时，注意要防止沉桩引起沟壁坍塌造成损害。

（5）控制沉桩速率：控制沉桩速率主要包括两个方面内容，一是每天沉桩数量，二是连续沉桩的天数。控制沉桩速率的主要目的，是为了避免超孔隙水压力急剧升高，造成对土体的扰动和对周围环境的破坏。随着压桩的不断深人，各土层侧向部分将被压缩，而竖向部分则被挤胀。当侧向部分已经不能继续被压缩时，地面将发生隆起，从而产生裂缝。连续沉桩过程中，土体中的超孔隙水压力不断聚集，对土体的扰动也会不断增加，尤其是在压桩后期，由于土体本身已经接近于不可压缩，其位移对沉桩速率会特别敏感，所以在后期更应严格控制沉桩速率。

(6)合理安排沉桩顺序：合理安排沉桩顺序对减少挤土效应的影响十分重要。挤土效应理论分析中假定桩周土体是均匀的，但实际沉桩时土体被挤向阻力小的方向。对着被保护建筑物的方向沉桩，要比背着建筑物沉桩挤土影响大得多。安排沉桩顺序主要从两个方面来考虑:①减少压桩区域内挤土效应;②减少群桩对周围环境的影响。两个方面侧重不同则选择的沉桩顺序亦不一样，这就要求在具体施工过程中抓住主要矛盾，根据实际情况来选择适宜的沉桩顺序。在群桩施工中选择合理的沉桩顺序，能最大限度地消除压桩区域内桩位的