预应力混凝土管桩挤土效应的实例分析与防治措施

预应力混凝土管桩挤土效应的实例分析与防治措施

摘要：本文以实际案列分析了预应力混凝土管桩在施工过程中的挤土效应现象，通过群桩施工产生的桩位上浮、侧向位移以及对周边环境的影响，总结出了预应

力混凝土管桩在群桩施工时减小挤土效应的施工方法与防治措施。

关键词：预应力混凝土管桩挤土效应防治措施

引言

预应力混凝土管桩具备桩身强度高、单桩承载力强，施工速度快，工业化生

产的特点。同时，相较于成孔灌注桩，它的造价更低，现场安全文明施工效果更好，故预应力混凝土管桩在沿海地区及软土地质工程中得到广泛应用。但其产生

的挤土效应对自身沉桩质量及周边环境造成的不利影响不容忽视，在施工过程中

应选择合理的施工方法，并采取预防挤土效应的相关措施。

1 浅析预应力混凝土管桩挤土效应的特点

预应力混凝土管桩沉桩是一个非常复杂的过程，由于桩自身的体积占用了土

体原有的空间，压缩了土体体积，破坏了自然土体环境平衡。根据土体圆周扩散

的理论，我们可以发现后期土体应力释放与桩周土的含水率、饱和度相关，由于

地下土质不均匀分布及含水率差异，因此产生的应力场很难得到一个准确均匀的

数值。故当土体应力不规则释放时，极易出现地基土体向上隆起和侧向土体位移，造成对周边环境的扰动，同时也对工程桩造成上浮，偏位的不良情况，直至土体

应力释放完成前，均会存在主体结构开裂的质量隐患。

2 工程实例分析与防治措施

2.1、工程概况

昆明市西山区某大型文化旅游城项目，分为星级酒店、商业综合体、娱乐旅

游场馆、别墅公寓、大型住宅小区等多个业态，整体建筑面积约220万平米，项

目所在地位于原滇池回填区，地下土质情况较为复杂，属于软弱土地质，根据工

程条件，本项目多个地块的桩基形式均为预应力混凝土管桩，为摩擦端承型桩，

设计参数为PHC-500-AB-125-30m，桩端进入持力层深度不小于1米，以终压力值

与桩长为双控指标，但以控制桩长为主。桩身强度C80，设计采用封口型十字钢

桩尖。

2.2、案例一

本工程A4地块拟建一栋单体公寓及附属地下停车场，总建筑面积约1.38万

平米，地下1层，地上12层，建筑高度43.05米，结构形式为框架剪力墙结构。拟建场地位于整个地块的中部，北侧为城市主干道及高架桥，基坑坡顶距高架桥

最小距离87.29米，建筑轮廓线距高架桥最小距离95.92米。其余方向地势开阔，为拟建场地，未存在相关建筑物。

本工程桩基形式为预应力混凝土管桩，桩基设计参数与工程概况介绍内容相同，本工程基坑面积约2300平米，桩基数量为270余颗，管桩在基坑范围内分

布较为密集。施工部署为地表打桩，即先进行桩基施工，后开挖基坑土，送桩深

度达4.35m。

我司从场地环境与工期条件等因素进行分析，主要控制群桩挤土效应对北侧

市政道路及高架桥造成影响。在静压管桩施工前，我司在场地对应区域的高架桥

墩预埋了监测点，在沉桩过程中，每天对高架桥墩水平位移及竖向沉降进行监测。施工工艺方面，我司主要考虑从沉桩方向与沉桩数量两个方面进行控制，即施工

方向为平行于场地北侧由西向东按“Z”字型走位，每日沉桩数量控制在15颗以内。

在完成桩基施工后，经过7天休止期，开始场地基坑土方开挖。

在施工期间，北侧高架桥桥墩水平位移与沉降累计值约3.66mm，满足相关设计要求。但在基坑开挖完成后，场地内约20%的工程桩出现位移或桩顶标高偏差

的情况，结合设计单位复核意见，最终采取了复压，接桩及扩大承台的相关措施，在后续施工过程中，由于挤土效应也出现了基坑底砖砌排水沟破损及坡脚轻微开

裂的情况。本工程管桩施工产生的群桩效应，且因地表打桩送桩深度较大，不利

于对桩顶标高控制等因素，对成桩质量及场地环境造成了轻微的影响，造成了施

工成本的增加，但总体达到了对群桩施工挤土效应的控制目的。可见，选择合理

的沉桩施工方向与控制每日沉桩数量，是控制群桩挤土效应的必要措施。

2.3、案例二

本工程A13、A14地块为大型住宅类项目，总建筑面积约31.48万平米，地下车库2层，主体塔楼地下3层，地上20-26层，建筑高度59.60-79.80米，结构形式为框架剪力墙结构。拟建场地位于整个地块的西侧，北侧为城市主干道及高架桥，基坑坡顶距高架桥最小距离59.88米，建筑轮廓线距高架桥最小距离61.80米。其余方向地势开阔，为拟建场地，未存在相关建筑物。

本工程桩基形式为预应力混凝土管桩，桩基设计参数与工程概况介绍内容相同，本工程基坑面积约5.36万平米，桩基数量约5400余颗，管桩在基坑范围内

分布密集。施工部署为土方开挖后坑底打桩，原则上不存在送桩情况，管桩施工

在基坑支护完成后施工。

由于本工程桩基数量密集，且紧邻市政道路高架桥，对群桩挤土效应的控制

要求高，我司结合以往工程的相关经验，以及多次专家论证意见，主要从施工方向，沉桩数量，长螺旋引孔三个方面，对群桩施工产生的挤土效应进行控制。施

工部署方面，施工方向为平行于基坑北侧由东向西进行施工，从距离高架桥较远

的一侧按“Z”字型进行走位。每日沉桩数量控制在每台静压桩机沉桩20颗以内，

每个承台选择一颗桩进行引孔。A13地块紧邻市政路高架桥的一侧，主楼及周边

裙楼范围全部采用长螺旋引孔。

长螺旋引孔是减小挤土效应，减小孔隙水压力最有效的控制方法。用长螺旋

钻机在管桩施工前进行钻孔，孔径比管桩桩径小50-100mm，引孔深度是桩长的

2/3L，然后将管桩沿预钻孔静压。引孔应随引随压，中间间隔时间不宜太长，否

则孔内积水，一是会软化桩端土，待水消散后孔底会留有一定空隙；二是积水往

桩外壁冒，削弱了桩的侧摩阻力。在长螺旋引孔后，静压管桩的压力值在施工过

程中会一定程度减小，但最小终压值应在设计允许的范围内，随着桩周土体应力

释放，桩身侧摩阻力会产生数值回升，最终达到设计要求，此为引孔中的一个正

常现象。

施工期间，我司对高架桥及周边市政道路进行了严格检测，根据发稿前最新

监测报告，桥面累计最大沉降量为-3.90mm，桥面累计最大位移量为4.02mm，桥墩累计最大沉降量为-3.76mm，周边道路累计最大沉降量为-9.07mm，以上数据均满足设计要求，且工程桩出现偏位，桩顶标高偏差的情况较少，本工程达到了对

群桩挤土效应的控制效果。

2.4、案例总结

通过以上两个实际案例分析，控制混凝土管桩群桩挤土效应的措施主要包括

合理选择沉桩方向，控制每日沉桩数量，长螺旋引孔等措施，必要时还应采取其

他工程防护做法，如设置沙袋井、塑料排水板、防挤隔离带等措施。同时根据地

质情况合理选择桩尖形式，在满足土层穿透力的条件下，可将封闭十字型钢桩尖