群桩在硬塑黏土中挤土效应浅析--中国期刊网

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群桩在硬塑黏土中挤土效应浅析

发表时间：2021/6/4 来源：《基层建设》2021年第2期作者：张伟

[导读] 摘要：本文针对淮安地区广泛采用的预应力混凝土管桩在硬塑黏土地层中常遇到的上浮、脱焊问题进行简单分析，通过对某实际工程中管桩的上浮结果统计，分析挤土桩的沉桩过程中桩土的相对位移情况，得出沉桩过程中的挤土效应是导致周围管桩上浮、脱焊的主要原因，群桩施工过程中超静孔隙水压力的积聚和静压沉桩工艺本身亦对桩的上浮产生一定影响，并结合实际施工情况，提出相应的处理措施和建议。

        江苏省水文地质海洋地质勘查院江苏淮安 211600
        摘要：本文针对淮安地区广泛采用的预应力混凝土管桩在硬塑黏土地层中常遇到的上浮、脱焊问题进行简单分析，通过对某实际工程中管桩的上浮结果统计，分析挤土桩的沉桩过程中桩土的相对位移情况，得出沉桩过程中的挤土效应是导致周围管桩上浮、脱焊的主要原因，群桩施工过程中超静孔隙水压力的积聚和静压沉桩工艺本身亦对桩的上浮产生一定影响，并结合实际施工情况，提出相应的处理措施和建议。
        关键词：群桩；挤土效应；静压沉桩；硬塑黏土
        1 引言
        桩基础是高层建筑中的主要基础形式，在淮安地区采用预应力混凝土管桩较为广泛。混凝土预制桩优点是桩的单位面积承载力高，打入土层时使松软土层挤密，从而提高承载力；桩身质量较易保证和检查，桩身混凝土的密度大，抗腐蚀性能强；打桩的施工工序比较简单，施工工效高，施工周期短，同时场地整洁、施工文明程度高。管桩的沉桩方式主要有两种：锤击法和静压法。锤击法施工噪音大；静压桩机对施工场地的地耐力要求较高；过大的压桩力（夹持力）易将桩身夹破夹碎，或使桩出现纵向裂缝；受起吊设备能力的限制，单节桩的长度不能过长；长桩需接桩时，接头处形成薄弱环节。在淮安城南广泛分布硬塑黏土（Q3al+l）的地区，群桩施工时产生的挤土效应十分明显，几乎所有同类工程都会引起桩的上浮和周围地面隆起，甚至断桩（桩接头），对周围建（构）筑物产生不利影响。即便群桩施工可能导致桩上浮和脱焊等问题，但在具备较为成熟处理措施的前提下，采用预应力管桩作为基础仍较混凝土灌注桩基础在造价和工期上有很大优势。
        2 挤土桩沉桩过程中挤土效应
        2.1单桩沉桩
        单桩的沉桩过程就是桩在压力作用下贯入土体并导致土体向周围变形（主要为侧向和竖向）的过程。在这个过程中，靠近地表的土体会产生一定的隆起，桩身周围一定范围内的土体会发生较大的塑性流动[1]。对于硬塑黏土来说，由于土体渗透性很低，桩的贯入过程很短，土体中的孔隙水不能及时排出而产生超静孔隙水压力，且超静孔隙水压力的升高也会破坏土体结构[2]，进而导致发生塑性变形土体范围的扩大。根据圆柱孔扩张理论，可得到饱和黏性土情况下单桩桩侧塑性区半径 [3]。

        2.2沉桩过程对邻桩的影响
        沉桩过程对邻桩的影响是随着桩贯入深度加深而逐渐形成的[4]。邻桩一般处于本桩使土体产生塑性变形的影响范围内。本桩下沉与周围土体产生相对位移，并产生超孔隙水压力，随着桩贯入深度的不断增加，塑性区土体与邻桩产生相对位移，塑性区土体位移向上，并作用给邻桩一个向上的摩擦力。本桩贯入至更深土层直至结束，由于上覆土压力的作用，深层土体与邻桩相对位移较浅层土体与邻桩的相对位移小，深层土体对邻桩向上的摩擦力较浅部的小。当桩周围有多根邻桩施工且处于产生塑性变形土体范围时，土体带动桩向上的趋势就会累加。
        2.3静压沉桩施工工艺影响
        对于静压沉桩施工，由于静压桩机自身荷载较大，一定深度范围内的土体均受到压缩，当沉桩结束移走静压桩机后，压缩的土体会出现回弹，与桩发生相对位移，进而受到土体向上的摩擦力。当地表土体较松散时，桩机荷载对土体主要以压密为主，即便荷载移走，回弹量亦较小，对桩的上抬作用也较小；当桩机荷载影响深度较大，且土质较好时，土体发生回弹所产生的上抬作用有一定影响。
        3 工程实例
        3.1 工程概况
        某住宅工程5#楼位于淮安市生态文旅区，均为地上18层、地下1层，框剪结构，采用桩筏基础。工程桩采用预应力混凝土管桩，桩型为PHC-600（130）AB-C80，设计桩长23m，设计单桩竖向极限承载力不低于5000kN，上下节桩采用气保焊进行满焊。设计桩顶标高在地面下约5.0m。桩端持力层和桩身范围内土层主要为晚更新世冲湖积黏土（Q3al+l），地基承载力fak=300kPa。
        5#楼共98根工程桩，采用静压沉桩施工工艺，8天完成桩基施工，期间最大压力值为6107kN，最低压力值为3892kN。开挖后采用低应变检测对工程桩进行桩身完整性检测，满足规范要求后对选定三根桩进行静载试验，三根桩在荷载加至3500kN~4000kN时均出现超过40mm的沉降。试验后，开挖桩周土检查桩帽和桩身并未发现破损情况。随后采用孔内摄像法对上浮量较大的工程桩进行桩身缺陷检测，检测结果显示参与检测的桩，上下节桩焊接处均发生脱焊情况。
        3.2 桩的上浮量结果分析
        5#楼桩位图见图1，桩基施工顺序由北向南、由东向西的反“S”型（按桩序号由小到大的顺序）。

        图1 5#楼桩位图
        5#楼各桩上浮量结果见表1。结合桩基施工情况对各桩上浮量进行分析可以看出：
        1）整体趋势是北侧桩上浮量均明显小于南侧，群桩的挤土效应明显，主要原因是桩布置的疏密不同。此外，施工速度较快使场地范围内超孔隙水压力不能及时消散而产生积聚，导致后施工的桩有了更大的上浮。
        2）除最南排桩外，其余三面桩上浮量较内部少，但仍符合北小南大的趋势，说明当场地内已经有较高的超孔隙水压力存在时，即便邻桩数量较少，仍能产生一定上浮。最南排桩（83#~98#）的上浮量基本与内部相差不多也是这个原因。
        表1 5#楼各桩上浮量

        3.3 桩的上浮、脱焊处理措施
        管桩上浮通常采取复压或桩底注浆的处理措施，但在硬塑黏土层中，尤其是桩底进入硬塑黏土层较深的情况，土层深处超孔隙水压力消散得非常缓慢，复压（复打）的效果都不明显。所以采用桩底注浆的方法应是处理硬塑黏土层中桩上浮的优先措施。对于上下节管桩脱焊，一般采取灌芯处理。处理后，所有工程桩均检测合格。
        4结语
        （1）在硬塑黏土地层中，桩位布置的稀疏程度、施工速度的快慢以及施工顺序、施工工艺均会对挤土效应的产生发挥影响。而挤土效应所带来的桩上浮、脱焊等问题主要在于发生塑性变形土体的范围和超静孔隙水压力积聚的程度。
        （2）在沉桩过程中，桩的贯入而产生的桩周土体发生塑性变形的范围仅是理论上参考，于实际工程有一定的符合性，但仍需要更多的资料来进一步检验和修正。
        （3）在硬塑黏土地层中，群桩施工过程中产生挤土效应而导致桩上浮、脱焊是较为普遍和突出的问题。桩位布置、施工顺序和施工速度都是重要的影响因素，同时也与工程的成本和工期紧密关联。在能够预见可能出现的问题，同时具备可靠处理措施的条件下，如何协调设计和施工来达到经济合理、满足工期的要求，需要管理方总结经验以便决策。
        参考文献：
        [1]陈文，施建勇.饱和粘土中静压桩沉桩机理及挤土效应研究综述[J].水利水电科技进展，1999，（3）：38-41.
        [2]冯旭.静压桩沉桩挤土效应分析（硕士论文）[D].西安：西安建筑科技大学，2011.
        [3]唐世栋，王永兴，叶真华.饱和软土地基中群桩施工引起的超孔隙水压力[J].同济大学学报，2003，31（11）.
        [4]唐世栋，杨卫东.挤土桩施工引起的邻桩轴向拉力[J].同济大学学报，2004，32（11）.
        [5]唐世栋，朱小林，杨见松.用孔隙水压力—静力触探试验实测场地打桩前后的变化[J].工程勘察，1987，（6）：15-19.