预钻孔措施对静压桩挤土效应的影响分析
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8 m
）以下，预钻孔的孔径大小对挤土位移场的影响逐渐变小。因此，对于压桩区周边需要保护的建筑物或构筑物而言，预钻孔深度最好大于被保护的建筑物或构筑物的基础深度。
表
3
，
80
，
6
的对比可知，在预钻孔的孔径较小时，预钻孔深度的大小对挤土位移改变量的影响并不是很大，但当孔径达一定值时（
120 mm
），预钻孔越深，其减少挤土效应的程度也就越大，即减少的位移量就越多。因此，孔径与孔深对防挤效果的影响是相辅相成的，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度及深度。
2
次的计算结果，当差值不大时，说明接触刚度选取得合适。
（
2
）预钻孔的参数
预钻孔的参数是指预钻孔的孔径和孔深。孔径和孔深的变化会直接影响防挤措施的效果，通常采用的预钻孔直径不大于桩径的
2/3
，深度亦不大于桩长的
2/3
，当然这些限制条件可以根据具体的工程情况做相应调整
[16]
。综合考虑可按表
2
选取预钻孔参数进行研究。
关键词
：静压桩；挤土效应；预钻孔；数值模拟；现场试验
引言
静压桩施工对周围土体、邻近建筑物及地下管线等设施会产生较大的负面影响。因此，在施工过程中为了避免给周边环境造成危害，会采取不同的施工措施来减弱沉桩产生的挤土效应
[1-2]
。不少实际工程的监测数据表明
[3-4]
，在采取一些防挤措施情况下，沉桩挤土影响的特征和无防挤措施下有所不同，程度及波及范围也有差异。为了更有效地指导工程实践，对防治措施的效果进行研究具有重要的工程意义
（
2
）在同样孔深情况下，随着孔径的增大，所产生的挤土位移相应减小，但在预钻孔深度以下，预钻孔的孔径大小对挤土位移场的影响逐渐变小。
（
3
）相同孔径情况下，孔越深产生的挤土效应就越小。在预钻孔的孔径较小时，预钻孔深度的大小对挤土位移改变量影响并不是很大。但当孔径达一定值时（如
120 mm
），预钻孔越深，其减少挤土效应的程度也就越大。
一、预钻孔对挤土效应的影响
预钻孔的参数是指预钻孔的孔径和孔的深度。孔径和孔深的变化会直接影响这种措施的效果。通常采用的预钻孔直径不大于桩径的2/3，深度亦不大于桩长的2/3，当然这些限制条件可以根据具体的工程情况做一些改变。
1、预钻孔径对挤土效应的影响
预钻孔情况下，水平与竖向位移场沿着水平方向的变化规律和无预钻孔情况相一致，即随着径向距离的增加，其位移量逐渐减少。水平或竖向位移的大小是随着预钻孔径的增大而减少的，但随着径向距离的增加，不同的预钻孔径产生的位移量差值越来越小。但相同预钻孔径在地表面产生的挤土位移量是近似一致的。相同的预钻孔半径下，预钻孔深度越大，减少远场挤土效应的作用就越明显。
[5-7]
。
桩位处预钻孔是工程中解决沉桩挤土效应的一种有效措施。由于静压桩施工过程的复杂性，通常把预钻孔简化为平面应变的圆孔扩张理论，单靠若干假定情况下推导出的解析解（柱形或球形孔扩张理论）不
能分析整个桩身深度内的水平及竖向挤土位移场及桩长对挤土效应的影响
[8-10]
，且得到的解析解也不能考虑桩土界面的摩擦接触，势必会对结果造成较大的偏差
[11]
。采用数值方法在一定程度上能够有效地解决上述问题
[12-14]
。本文首先建立了桩–土相互作用及连续贯入的有限元模型，利用这个模型分析了预钻孔的孔径及孔深对静压桩挤土效应的影响。
───────基金项目：
国家自然科学基金项目（
50708097
）；中国博士后科学基金一等资助（
20060400317
（
4
）现场实测表明采用预钻孔能有效地减少沉桩挤土效应，且现场实测位移场的变化规律和数值模拟结果相一致。因此，预钻孔施工措施下的挤土效应可以采用数值模拟，且对于需要保护的浅层基础须预钻孔深度大于基础深度方能达到较好的防挤效果。
压桩对周围环境影响的敏感深度在10-15米，深度在20-30米影响较微
施工方面的控制措施：预钻孔法
2.2预钻孔的孔径对沉桩挤土效应的影响
图
2
是预钻孔的孔深为
8 m
情况下的沉桩挤土位移场沿深度方向的变化规律。从图中可看出，从地面到地下
8 m
的深度，
8 m
深的预钻孔和无预钻孔情况下的挤土位移相差较大，当深度超过
8 m
时，差值逐渐减小。在同样的钻孔深度（
8 m
）情况下，随着孔径的增大，减少沉桩挤土的效应就越明显，但在这个钻孔深度（
预钻孔措施对静压桩挤土效应的影响分析
罗战友
1
，龚晓南
2
，夏建中
1
，朱向荣
2
（1.浙江科技学院岩土工程研究所，浙江杭州310023；2.浙江大学岩土工程研究所，浙江杭州310027）
摘要Βιβλιοθήκη Baidu
：桩位处预钻孔是工程中减弱沉桩挤土效应的有效措施之一。根据Drucker-Prager破坏准则及有限变形理论，建立了桩–土相互作用及连续贯入的有限元模型，利用得到的模型模拟了预钻孔措施下沉桩产生的挤土位移场，并和现场实测进行了对比。结果表明，预钻孔的孔径与孔深是影响静压桩挤土效应的重要因素，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。在同样孔深情况下，随着孔径的增大，所产生的挤土位移相应减小；相同孔径情况下，孔越深产生的挤土效应就越小。
）；浙江省高校中青年学科带头人资助计划项目；浙江新世纪
151
1
列出了地基土与桩的基准参数。在压桩过程中，桩身混凝土的应力应变关系基本符合线性弹性关系，因此桩身的混凝土可采用线弹性模型模拟，根据《混凝土结构设计规范》（
3
作为混凝土的密度。土层的相关参数是参考浙江省若干岩土工程地质详细勘察报告经过综合分析选取的，能够符合工程实际。接触刚度是采用试算来确定的，即比较相邻
2、预钻孔深度对挤土效应的影响在同样的孔径情况下，在最浅预钻孔深度范围内(0-5m)的位移基本是一致的。但超过此深度时(5-12m)，所产生的水平位移场有明显的差别。
即预钻孔深度越大，所产生的水平向挤土位移越小，但竖向挤土位移的差别不是很大。这可能是由于在深层土体中沉桩引起的竖向位移量较小，从而造成不同预钻孔深度在竖向位移场方面的差异较小。在预钻孔径较小时，预钻孔深度的大小对挤土位移改变量影响不是很大。但当孔径达一定值时(120mm)，预钻孔越深，其影响的深度也就越大，即减少的位移量就越多。但是，这只限于水平向位移，而对竖向位移改变量的大小没有什么影响。
根据本工程地质勘察报告，场地在勘察
60 m
深度内的土层分为七层，压桩范围内土层的具体物理力学参数如表
4
所示，静力触探结果如图
7
所示。
3.2现场实测结果分析
根据数值模拟的结果及工程需要保护的对象（浅基础），部分距民房较近的工程桩（
550
φ
mm
）采用
了直径为
300 mm
，深度为
10 m
的预钻孔，并对压桩产生的水平向挤土位移场进行了现场实测。图
3工程实例分析
3.1工程概况及工程地质
工程位于浙江省海盐县，采用
550
φ
mm
，
600
φ
mm
两种桩型，桩长分别为
30 m
及
35 m
的预应力管桩基础，由于周边居民楼（采用浅基础）距施工场地较近，最近处只有
6 m
，为了避免静压桩施工过程中产生的挤土效应对周边环境造成不利影响，部分桩采用了预钻孔的施工方案。
由此可见，预钻孔的孔径和孔深是影响挤土效应的重要参数，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。
二、防挤土槽对挤土效应的影响
打桩前，可采用开挖槽沟的方法进行隔离，以减少地基浅层土体的侧向位移和隆起影响，并减少邻近浅埋式基础的建筑物和地下管线的差异变位影响。由于防挤土槽主要用于浅埋基础及地下管线，故其深度不需要太大，而且槽越深越易造成坍塌。槽的宽度一般为1-2m。槽深度的增加，则沉桩产生的槽前挤土位移场增大。防挤土槽后的位移场，也就是远离桩中心的一侧，沉桩产生的挤土位移随槽深的增加呈减少的趋势。说明了防挤土槽的存在能有效地减少槽后的位移，但只影响槽底以上的深度，而槽底以下的挤土位移场和无槽时的差别很小。因此，对于静压桩附近有建筑物或者地下管线时，防挤土槽的深度至少应大于被保护对象的基础深度。
为了方便压桩的准确定位和保证桩身承载力，预钻孔的孔径不应大于静压桩的直径，一般取桩径的1/3~2/3，
合理安排沉桩顺序，应背着建筑物方向沉桩，已沉入桩区域逐渐成为阻力区，起到一定的屏障作用。
减少挤土效应的预防措施。
虽然静压桩有上述诸多的优点，但是，由于静压桩属于挤土桩，其产生的挤土效应会对周边环境造成不利的影响，严重者可能造成邻近的建筑物开裂，道路隆起以及地下管线断裂等工程事故。因此，能有效地预估静压桩产生的挤土效应以及采取能够减少挤上效应的施工措施都具有非常重要的工程意义。
8
为水平向挤土位移的对比图，由图中可知，在预钻孔情况下，实测水平向挤土位移较无预钻孔措施下的挤土位移明显减少，最大幅度达到了
55%
。且变化规律与数值模拟较为吻合，因此，合理地选择预钻孔的施工参数能较好地解决了静压桩的挤土效应问题。
Fig. 8 Comparison of horizont4结论
（
1
）预钻孔的孔径和孔深是影响挤土效应的重要因素，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。
三、槽距桩中心距离对挤土效应的影响槽深范围内，防挤土槽的设置能明显减少水平向挤土位移，但对竖向位移的改变量较小。且随着槽到桩中心距离的增加，槽后同一点处的挤土位移逐渐减少。但总体来讲，槽桩距离的大小对挤土位移改变量的影响不是很大。
四、总结
本文通过对减少静压桩挤土效应施工措施的分析，讨论了不同施工措施的防挤效果，并得出以下结论:(1)预钻孔的孔径和孔深的大小对减少静压桩的挤土效应产生重要影响。在同样孔深情况下，随着孔径的增大，所产生的挤土位移相应减小;相同孔径情况下，孔越深产生的挤土效应就越小。(2)防挤土槽的设置对槽前后的挤土位移都会产生影响。槽前的挤土位移量比不设槽时要大，而槽后的位移量则远远小于不设槽时的情况。(3)防挤土槽的设置能明显减少槽底深度以上的挤土效应。因此，对周边建筑物或者管线进行保护时，槽底应较被保护对象的基础深。
）以下，预钻孔的孔径大小对挤土位移场的影响逐渐变小。因此，对于压桩区周边需要保护的建筑物或构筑物而言，预钻孔深度最好大于被保护的建筑物或构筑物的基础深度。
表
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，
80
，
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的对比可知，在预钻孔的孔径较小时，预钻孔深度的大小对挤土位移改变量的影响并不是很大，但当孔径达一定值时（
120 mm
），预钻孔越深，其减少挤土效应的程度也就越大，即减少的位移量就越多。因此，孔径与孔深对防挤效果的影响是相辅相成的，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度及深度。
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次的计算结果，当差值不大时，说明接触刚度选取得合适。
（
2
）预钻孔的参数
预钻孔的参数是指预钻孔的孔径和孔深。孔径和孔深的变化会直接影响防挤措施的效果，通常采用的预钻孔直径不大于桩径的
2/3
，深度亦不大于桩长的
2/3
，当然这些限制条件可以根据具体的工程情况做相应调整
[16]
。综合考虑可按表
2
选取预钻孔参数进行研究。
关键词
：静压桩；挤土效应；预钻孔；数值模拟；现场试验
引言
静压桩施工对周围土体、邻近建筑物及地下管线等设施会产生较大的负面影响。因此，在施工过程中为了避免给周边环境造成危害，会采取不同的施工措施来减弱沉桩产生的挤土效应
[1-2]
。不少实际工程的监测数据表明
[3-4]
，在采取一些防挤措施情况下，沉桩挤土影响的特征和无防挤措施下有所不同，程度及波及范围也有差异。为了更有效地指导工程实践，对防治措施的效果进行研究具有重要的工程意义
（
2
）在同样孔深情况下，随着孔径的增大，所产生的挤土位移相应减小，但在预钻孔深度以下，预钻孔的孔径大小对挤土位移场的影响逐渐变小。
（
3
）相同孔径情况下，孔越深产生的挤土效应就越小。在预钻孔的孔径较小时，预钻孔深度的大小对挤土位移改变量影响并不是很大。但当孔径达一定值时（如
120 mm
），预钻孔越深，其减少挤土效应的程度也就越大。
一、预钻孔对挤土效应的影响
预钻孔的参数是指预钻孔的孔径和孔的深度。孔径和孔深的变化会直接影响这种措施的效果。通常采用的预钻孔直径不大于桩径的2/3，深度亦不大于桩长的2/3，当然这些限制条件可以根据具体的工程情况做一些改变。
1、预钻孔径对挤土效应的影响
预钻孔情况下，水平与竖向位移场沿着水平方向的变化规律和无预钻孔情况相一致，即随着径向距离的增加，其位移量逐渐减少。水平或竖向位移的大小是随着预钻孔径的增大而减少的，但随着径向距离的增加，不同的预钻孔径产生的位移量差值越来越小。但相同预钻孔径在地表面产生的挤土位移量是近似一致的。相同的预钻孔半径下，预钻孔深度越大，减少远场挤土效应的作用就越明显。
[5-7]
。
桩位处预钻孔是工程中解决沉桩挤土效应的一种有效措施。由于静压桩施工过程的复杂性，通常把预钻孔简化为平面应变的圆孔扩张理论，单靠若干假定情况下推导出的解析解（柱形或球形孔扩张理论）不
能分析整个桩身深度内的水平及竖向挤土位移场及桩长对挤土效应的影响
[8-10]
，且得到的解析解也不能考虑桩土界面的摩擦接触，势必会对结果造成较大的偏差
[11]
。采用数值方法在一定程度上能够有效地解决上述问题
[12-14]
。本文首先建立了桩–土相互作用及连续贯入的有限元模型，利用这个模型分析了预钻孔的孔径及孔深对静压桩挤土效应的影响。
───────基金项目：
国家自然科学基金项目（
50708097
）；中国博士后科学基金一等资助（
20060400317
（
4
）现场实测表明采用预钻孔能有效地减少沉桩挤土效应，且现场实测位移场的变化规律和数值模拟结果相一致。因此，预钻孔施工措施下的挤土效应可以采用数值模拟，且对于需要保护的浅层基础须预钻孔深度大于基础深度方能达到较好的防挤效果。
压桩对周围环境影响的敏感深度在10-15米，深度在20-30米影响较微
施工方面的控制措施：预钻孔法
2.2预钻孔的孔径对沉桩挤土效应的影响
图
2
是预钻孔的孔深为
8 m
情况下的沉桩挤土位移场沿深度方向的变化规律。从图中可看出，从地面到地下
8 m
的深度，
8 m
深的预钻孔和无预钻孔情况下的挤土位移相差较大，当深度超过
8 m
时，差值逐渐减小。在同样的钻孔深度（
8 m
）情况下，随着孔径的增大，减少沉桩挤土的效应就越明显，但在这个钻孔深度（
预钻孔措施对静压桩挤土效应的影响分析
罗战友
1
，龚晓南
2
，夏建中
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，朱向荣
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（1.浙江科技学院岩土工程研究所，浙江杭州310023；2.浙江大学岩土工程研究所，浙江杭州310027）
摘要Βιβλιοθήκη Baidu
：桩位处预钻孔是工程中减弱沉桩挤土效应的有效措施之一。根据Drucker-Prager破坏准则及有限变形理论，建立了桩–土相互作用及连续贯入的有限元模型，利用得到的模型模拟了预钻孔措施下沉桩产生的挤土位移场，并和现场实测进行了对比。结果表明，预钻孔的孔径与孔深是影响静压桩挤土效应的重要因素，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。在同样孔深情况下，随着孔径的增大，所产生的挤土位移相应减小；相同孔径情况下，孔越深产生的挤土效应就越小。
）；浙江省高校中青年学科带头人资助计划项目；浙江新世纪
151
1
列出了地基土与桩的基准参数。在压桩过程中，桩身混凝土的应力应变关系基本符合线性弹性关系，因此桩身的混凝土可采用线弹性模型模拟，根据《混凝土结构设计规范》（
3
作为混凝土的密度。土层的相关参数是参考浙江省若干岩土工程地质详细勘察报告经过综合分析选取的，能够符合工程实际。接触刚度是采用试算来确定的，即比较相邻
2、预钻孔深度对挤土效应的影响在同样的孔径情况下，在最浅预钻孔深度范围内(0-5m)的位移基本是一致的。但超过此深度时(5-12m)，所产生的水平位移场有明显的差别。
即预钻孔深度越大，所产生的水平向挤土位移越小，但竖向挤土位移的差别不是很大。这可能是由于在深层土体中沉桩引起的竖向位移量较小，从而造成不同预钻孔深度在竖向位移场方面的差异较小。在预钻孔径较小时，预钻孔深度的大小对挤土位移改变量影响不是很大。但当孔径达一定值时(120mm)，预钻孔越深，其影响的深度也就越大，即减少的位移量就越多。但是，这只限于水平向位移，而对竖向位移改变量的大小没有什么影响。
根据本工程地质勘察报告，场地在勘察
60 m
深度内的土层分为七层，压桩范围内土层的具体物理力学参数如表
4
所示，静力触探结果如图
7
所示。
3.2现场实测结果分析
根据数值模拟的结果及工程需要保护的对象（浅基础），部分距民房较近的工程桩（
550
φ
mm
）采用
了直径为
300 mm
，深度为
10 m
的预钻孔，并对压桩产生的水平向挤土位移场进行了现场实测。图
3工程实例分析
3.1工程概况及工程地质
工程位于浙江省海盐县，采用
550
φ
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，
600
φ
mm
两种桩型，桩长分别为
30 m
及
35 m
的预应力管桩基础，由于周边居民楼（采用浅基础）距施工场地较近，最近处只有
6 m
，为了避免静压桩施工过程中产生的挤土效应对周边环境造成不利影响，部分桩采用了预钻孔的施工方案。
由此可见，预钻孔的孔径和孔深是影响挤土效应的重要参数，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。
二、防挤土槽对挤土效应的影响
打桩前，可采用开挖槽沟的方法进行隔离，以减少地基浅层土体的侧向位移和隆起影响，并减少邻近浅埋式基础的建筑物和地下管线的差异变位影响。由于防挤土槽主要用于浅埋基础及地下管线，故其深度不需要太大，而且槽越深越易造成坍塌。槽的宽度一般为1-2m。槽深度的增加，则沉桩产生的槽前挤土位移场增大。防挤土槽后的位移场，也就是远离桩中心的一侧，沉桩产生的挤土位移随槽深的增加呈减少的趋势。说明了防挤土槽的存在能有效地减少槽后的位移，但只影响槽底以上的深度，而槽底以下的挤土位移场和无槽时的差别很小。因此，对于静压桩附近有建筑物或者地下管线时，防挤土槽的深度至少应大于被保护对象的基础深度。
为了方便压桩的准确定位和保证桩身承载力，预钻孔的孔径不应大于静压桩的直径，一般取桩径的1/3~2/3，
合理安排沉桩顺序，应背着建筑物方向沉桩，已沉入桩区域逐渐成为阻力区，起到一定的屏障作用。
减少挤土效应的预防措施。
虽然静压桩有上述诸多的优点，但是，由于静压桩属于挤土桩，其产生的挤土效应会对周边环境造成不利的影响，严重者可能造成邻近的建筑物开裂，道路隆起以及地下管线断裂等工程事故。因此，能有效地预估静压桩产生的挤土效应以及采取能够减少挤上效应的施工措施都具有非常重要的工程意义。
8
为水平向挤土位移的对比图，由图中可知，在预钻孔情况下，实测水平向挤土位移较无预钻孔措施下的挤土位移明显减少，最大幅度达到了
55%
。且变化规律与数值模拟较为吻合，因此，合理地选择预钻孔的施工参数能较好地解决了静压桩的挤土效应问题。
Fig. 8 Comparison of horizont4结论
（
1
）预钻孔的孔径和孔深是影响挤土效应的重要因素，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。
三、槽距桩中心距离对挤土效应的影响槽深范围内，防挤土槽的设置能明显减少水平向挤土位移，但对竖向位移的改变量较小。且随着槽到桩中心距离的增加，槽后同一点处的挤土位移逐渐减少。但总体来讲，槽桩距离的大小对挤土位移改变量的影响不是很大。
四、总结
本文通过对减少静压桩挤土效应施工措施的分析，讨论了不同施工措施的防挤效果，并得出以下结论:(1)预钻孔的孔径和孔深的大小对减少静压桩的挤土效应产生重要影响。在同样孔深情况下，随着孔径的增大，所产生的挤土位移相应减小;相同孔径情况下，孔越深产生的挤土效应就越小。(2)防挤土槽的设置对槽前后的挤土位移都会产生影响。槽前的挤土位移量比不设槽时要大，而槽后的位移量则远远小于不设槽时的情况。(3)防挤土槽的设置能明显减少槽底深度以上的挤土效应。因此，对周边建筑物或者管线进行保护时，槽底应较被保护对象的基础深。