某厂房桩基挤土效应分析及处理

广东土木与建筑
GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING 2012年8月
第8期AUG 2012
No．81工程概况
随着我国经济的高速发展，工业厂房的增多，预
应力高强混凝土管桩的应用十分普遍，但由于该桩型属于预制桩，施打过程中会产生挤土作用即“挤土效应”，可能会引起桩身偏位或桩质量问题，施工单位应高度重视，采取相应有效的防挤土措施。

本文介绍某厂房采用预应力高强混凝土管桩沉压沉桩施工后，因挤土效应引发部分管桩偏位问题，根据桩基检测情况分析其原因，并提出了相应的加固处理方案。

某厂房场地为细砂回填而成，下层为淤泥农田，拟建厂房1幢，楼高3层，建筑面积9000m 2，为东西走向。

根据地貌图显示，回填前有一水沟穿过建筑物，宽约6m 、深1.5~2.5m ，基础采用φ500、壁厚100mm 静压沉管预应力薄壁管桩，设计桩长约40m ，每节长
10m 和13m ，总桩数180根,持力层为〈6〉中砂层，设计单桩承载力特征值1200kN ，采用静压法施工，桩尖
进入持力层后终压力要求达到2400kN 。

该场地分布的地层自上而下为：〈1〉细砂，松土，厚1.0~2.6m ；〈2〉淤泥质粉质粘土，流塑，厚10~22m ；〈3〉粉质粘土，可塑~软塑，局部夹粉砂，本层有缺失
尖灭现象，厚1.5~10m ；〈4〉淤泥质粉质粘土，流塑，
厚20.1~24.5m ；〈5〉粉质粘土夹粉砂，软流塑，夹薄层粉砂，实测标贯击数N =10~28，厚2.5~5.8m ；〈6〉中砂，含粉质粘土，局部夹砾砂，卵石，稍密~中密，N =
28~52，本层未揭穿，揭露厚度1.0~9.0m 。

勘察报告显示该厂房位于深厚软弱地层上，根据地质剖面图，〈3〉粉质粘土主要分布在场地的西南侧，向东北侧逐渐尖灭直至缺失，其中厂房最北侧第〈3〉层土缺失，即地面“硬壳层”以下为第〈2〉、〈4〉两个深厚软土层，迭加厚度达43.5~46.8m 。

2桩基施工情况
本工程管桩施工采用静压式压桩机，施工顺序由
最东南边开始压桩。

1~4轴压桩施工时有土体上隆、桩架走动时可见地表土涌动现象，当压桩至5轴×A 轴的95#桩时，该桩则好位于原水沟中央，压至12m 时桩机出现单侧下沉现象，为防止桩机继续下沉，故加快施工，随后对原水沟位置加填碎石层，经过多次回填碎石后方完成原水沟位置所有桩的压桩施工，但发现两侧地面有上隆现象。

其余桩则按规定顺利完成。

某厂房桩基挤土效应分析及处理
吴健峰
（中山市阜沙镇建设管理所
广东中山528434）
摘
要：预应力高强混凝土管桩属预制桩，施打过程中会产生挤土效应，可能引起桩偏位或桩质量问题，施工中应高度重视
并采取相应的有效措施。

文中介绍某厂房管桩施工后因挤土效应引发部分管桩偏位问题，根据桩基检测情况分析其原因，并提出了相应的加固处理方案。

关键词：预应力高强混凝土管桩；挤土效应；原因分析；加固处理
ＳｏｉｌＳｑｕｅｅｚｉｎｇＥｆｆｅｃｔＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆＳｏｍｅＰｌａｎｔ
ＷｕＪｉａｎｆｅｎｇ
（ＺｈｏｎｇｓｈａｎｆｕｓｈａＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｎａｇｅｍｅｎｔＯｆｆｉｃｅ
Ｚｈｏｎｇｓｈａｎ５２８４３４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｉｌｓｑｕｅｅｚｉｎｇｅｆｆｅｃｔｍａｙｂｅｃａｕｓｅｄｂｙｐｉｌｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｒｐｉｌｅｑｕａｌｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｕｎｉｔｓｈｏｕｌｄｔａｋｅｓｅｒｉｏｕｓｌｙｈｉｇｈｌｙ，ｔａｋｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓａｇａｉｎｓｔｓｏｉｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｉｔｉｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈａｂｕｉｌｄｉｎｇａｄｏｐｔｉｎｇｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈｃｏｎｃｒｅｔｅｐｉｐｅｐｉｌｅｓｉｎｋｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｐｉｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｐａｒｔｏｆｐｉｐｅｐｉｌｅｂｙｓｑｕｅｅｚｉｎｇｓｏｉｌｅｆｆｅｃｔｃａｕｓｅｄｐａｒｔｏｆｔｕｂｕｌａｒｐｉｌｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｏｆｐｉｌｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｐｉｐｅｐｉｌｅ；ｓｏｉｌｓｑｕｅｅｚｉｎｇｅｆｆｅｃｔ；ｃａｕｓｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ
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吴健峰：某厂房桩基挤土效应分析及处理AUG 2012No．8
2012年8月第8期3
桩身质量检测施工结束后随机抽检32根桩进行桩身质量检测，9根桩进行单桩竖向抗压静载荷试验，要求试验最大荷载为2400kN 。

经检测有部分桩静压试验结果极限承载力均
达不到设计要求，检测结果见表1。

由静载荷试验结果可知，90#桩Q －s 曲线和s －
lg t 曲线在1680kN 处沉降量急剧增大，60min 后累
计桩顶沉降已达53.99mm ，根据《建筑基桩检测技术规范》出现“某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍”的情况，可以终止加载，但观察s －lg t 曲线尾支已有收敛趋势，故延长本级加载时间，历时3h 沉降达到相对稳定。

后继续加载此后的各级荷载，s －lg t 曲线均较平缓且间隔均匀，在试验最大荷载2400kN 作用下桩顶总沉降量为
66.05mm 。

但该桩的低应变动测结果为动测曲线桩
底反射清晰，反射波规则、无异常，波速约4200m s ，
可见该桩桩身完整，因此推测该桩是由于基桩静压入土后，因挤土效应导致桩身上浮，桩底虚空，当静载荷试验加载至一定荷载，桩身侧摩阻力发挥至极限后，在桩顶继续施加荷载，桩端又被压入持力层中，此时桩端阻力也开始发挥作用，s －lg t 曲线又趋于正常。

挖土后发现厂房北侧即A 轴×1~5轴桩位基桩偏位较大且有大面积桩头倾斜情况，偏位值为500~
1500mm ，大于1000mm 的多达10根。

4
桩基质量问题的原因分析
⑴桩身倾斜降低了桩的竖向承载力（如10#桩）：
厂房北侧场地地层从硬壳层以下直到持力层均为（淤泥质）粉质粘土，软土层厚达43.5~46.8m ，施工时由南向北顺序压桩入土，超孔隙水压力急剧增大，土体由南向北侧向位移，而长达40m 的管桩在持力层以上大段桩身缺乏有效的侧向约束，基桩的垂直度无法保证，桩身明显向北侧倾斜。

⑵挤土效应造成桩身上浮，这类桩动测结果波速正常，桩身完整，但桩底上浮虚空，桩端承载力降低甚至无法发挥，单桩承载力以桩周摩擦力为主，因此静载试验结果单桩极限承载力仅为设计要求最大
试验荷载的70%左右（如90#桩）。

⑶回填土质挤压（如95#桩），4~6轴间原有一水沟，宽约6m ，深约1.5~2.5m ，由于95#桩正处于水
沟中央，压桩时桩机已有明显单侧下沉并被强行压完，随后因防止压旁边桩时桩机再次下沉，施工单位进行多次碎石回填，导致原淤泥被挤压，95#桩上端也同时被挤压。

由于桩为预应力薄壁管桩，抗水平力较差，致使桩身出现断裂。

⑷施工过程中没有及时注意到土体上隆、桩架
走动时地表土涌动严重等问题，把桩强行打完。

5桩基处理方案
根据桩基检测报告结果反映该工程的桩应双倍
数量检测，经质监部门、设计、监理、建设、施工等单位共同研究决定对全部桩进行低应变检测，并根据检测情况有选择地进行高应变检测，对桩质量问题提出如下处理方案：
⑴对于偏位大于1000mm 的桩作报废处理，在
原桩位重新压入φ500预应力管桩，压入持力层后压桩终压力不小于2400kN 。

⑵对于动测结果桩身断裂、稍裂、微裂的Ⅳ类、Ⅲ类桩，处理方法为：将开口空心桩清孔，对偏位值
为500~800mm 的桩，清孔后放置7.5m 带托盘的钢筋笼，孔内浇灌C30混凝土，配筋4φ12，φ6@200。

对于偏位值≥800mm 的桩，清孔后浇灌的混凝土长度为9.0m 。

在孔内形成的钢筋混凝土柱体长度都超过动测报告检测出的裂缝部位，以此消除桩身断裂、稍裂和微裂的影响，使桩身得到加固。

⑶对桩身完好，偏位值≥800mm 的桩，其单桩承载力降低的部分通过补桩来承担。

补桩采用30×30
锚杆静压桩，桩长36m ，由于桩均是向北侧偏位、倾斜，因此在原桩的南侧补2根锚杆桩。

同时承台作扩大处理，浇筑基础时预留压桩孔，上部结构完成两层后，利用建筑物自重进行压桩。

⑷对挤土效应造成桩身上浮的桩进行跑桩复
压。

即用带有配重的桩架逐根进行静压，桩架配重为单桩极限承载力的0.8倍即192t ，每根桩加压稳定3min 后卸压，测定加压前后桩顶标高，由此计算复压产生的沉降量，（下转第35页）
表1静载试验和低应变动测结果桩号
极限承载力
（kN ）
动测结果30#1890桩身完整，
Ⅰ类桩
32#188060#186090#168095#
距桩顶约4.2m 处断桩，Ⅲ类桩
<560
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广东土木与建筑AUG2012No．8 2012年8月第8期
确的选用排烟风机，避免风机选大时造成资源浪费，风机选小时导致系统最远端的排烟量不足等情况。

因此建议其他超高层设计过程中，当加压系统、竖向排烟系统的垂直高度大、距离远时，应尽可能采用土建风道内衬风管做法，逐步淘汰简单的土建风道，确保防烟系统、排烟系统的安全、稳定、可靠。

自然排烟具有经济、简单、易操作的特性，在很多设计过程中，能够满足自然条件的场所，尽量采用自然排烟方式达到防排烟效果。

在高层民用建筑外围护结构上开排烟窗时，排烟净面积与窗的类型以及开窗角度存在着一定关系，并不能简单的按窗面积计算。

参照《全国民用建筑工程设计技术措施-暖通空调.动力》中介绍设置在外墙上的排烟窗的净面积，可按下列要求确定：
⑴当采用侧拉窗时，其面积可按可开启的最大窗口计算。

⑵当采用悬挂式开窗时，其可开启面积可以分情况定义。

a.当开窗角度大于70°时，其可开启面积可按窗的实际面积计算。

b.当开窗角度小于70°时，其面积可近似按公式（4.9.6）计算窗的有效排烟面积：
F p=F c·sinｑ
式中：F c为窗的实际面积；ｑ为开启角度。

但由于部分设计人员未按要求进行认真计算，或只是简单地把开窗面积提供给建筑专业，而建筑专业并不清楚开窗面积需要考虑窗的类型及开窗角度，导致部分工程排烟窗面积达不到规范要求，直接影响排烟效果。

因此这个问题在超高层建筑要特别引起重视，当设有可开启外窗时，必须根据建筑专业的平面和立面认真仔细地核实和计算，保证采用自然排烟场所的排烟面积。

防烟送风系统竖向分段，对防烟楼梯间而言应按建筑的楼梯分段（建筑往往以避难层的设置分段）进行分段；对消防电梯前室或合用前室按规范以不超过32层进行分段，有条件时对应防烟楼梯间进行分段。

由于《高层民用建筑设计防火规范》中未明确对楼梯分段问题进行阐述，因此部分工程设计人员套用楼梯间超过32层时需进行分段加压送风的概念，没有仔细考虑建筑专业对楼梯间进行分段的原因，将避难层上下2个梯段合为1个加压送风系统，这样会降低楼梯间的安全性。

一旦加压送风系统失灵，烟气进入楼梯间送风管井，后果不堪设想。

另外，需要注意的是防烟楼梯间在避难层错位布置时，都需要设置独立前室，不与原来合用前室共用；此单独前室应再设加压风机，风量按楼梯间和前室分别加压选择，并根据“压差法”和“流速法”进行校核，选其大者。

对于竖向排烟系统，同样应在避难层进行分段设置进行排烟，提高排烟安全性。

参考文献
［1］GB50045-95高层民用建筑设计防火规范［］
［2］全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调·动力2009［3］陆耀庆.实用供热空调设计手册（第2版）［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008
［4］中国建筑标准设计研究院.K103-1~2建筑防排烟系统设计和设备附件选用与安装（2007年合订本）
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（上接第32页）当复压沉降量超过30mm时，再次进行复压，如仍不满足要求则应分析原因后专门处理。

⑸其余桩根据开挖后偏位情况和桩检测结果，对工程质量影响不大的可不作处理。

6结束语
总之，预应力高强混凝土管桩有很多优越性，目前在工程实践中大量应用，但它属于挤土桩管桩又是空心的，壁厚较薄，水平刚度较差，抗水平力较差，如果发生挤土效应，桩位偏移较严重甚至出现断裂等质量问题。

特别是淤泥层过厚，持力层较深等复杂地质更容易产生挤土效应，设计、施工、监理各方面充分重视，采取相应有效的防挤土措施。

施工单位应在打桩前清楚了解地质情况并制定有效的施工方案，避免或减少挤土效应产生，否则一旦发生桩身断裂、偏位，在经济上和时间上损失很大，本工程的教训应引以为戒。

参考文献
［1］北京土木建筑学会.地基与基础工程施工技术措施［M］.
北京：经济科学出版社，2005（6）
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