软土中密集管桩挤土效应的施工措施综合防治

摘要:鉴于理论研究尚不完善，而在沿海软土上大面积群（管）桩施工的挤土效应的明显。在施工过程中，可以考虑合理进行施工部署、改良施工工艺、设置外部泄压措施等来进行综合防治。
　　关键词:管桩挤土效应施工措施综合防治
　　
　　
　　1.前言
　　珠江三角洲地区与我国其他大多数沿海地区一样，属于改革发展的前沿阵地，经济发展较快。近些年来，各类厂房等大型项目不断兴建，这类项目地坪承载力要求高，但由于沿海地区淤泥层普遍较厚，地基承载力不足，所以在除主体框架基础外，地坪在设计上多采用密集管桩基础，保证其地面的承载能力。
　　对于此类在软弱土层上大面积密集管桩的施工，极易出现挤土效应（最主要表现为：后压桩对先压桩的挤压，从而造成先压桩的偏移、倾斜及隆起；周边地面的隆起及建（构）筑物的开裂等）。
　　自20世纪50年代以来，开始有人对静压桩挤土效应进行研究，主要的方法有现场实测和室内试验研究、理论分析和有限元数值模拟三种[1]。这些研究基本停留在沉桩过程中对土体及管桩本身的力学、结构损伤分析等。同时，现在的理论研究主要针对的是单桩，对于群桩挤土的应力应变解析解则几乎没有，这与影响因素和边界条件过于复杂有关。目前一般将群桩按一定组合分区，将每个分区的桩近似为当量单桩，然后按单桩分析群桩的挤土[1]。针对国内理论研究的现状，在施工过程中我们可以在多方面采取一些措施来综合控制挤土效应，也可为群桩挤土效应的理论研究提供实践的思路。
　　2.综合防治基本原理
　　大面积密集管桩的质量保证及对周边环境的影响控制，关键是对管桩施工时候的挤土应力的控制。对于软弱土层，流塑居多，挤土效应非常明显，且消散需要一定时间。
　　针对以上情况，可以从几个大方面进行施工措施的综合防治：在进行施工前，应规划好施工方向，使挤土方向不影响已施工管桩，从而保证已施工管桩不偏移及倾斜；同时，应想办法利用管桩空心的特点，增大施工时候的本身空心返土量，从而尽量减少挤土量；此外，在周边做一些泄压措施，保证对周边环境的影响降低到可接受范围。
　　3.具体施工措施
　　针对沿海地区施工场地软弱土层厚，且承载力要求高的建筑基础桩密集的特点，着重合理进行施工部署、改进施工工艺、采取辅助措施等各个方面的进行综合防治。限于篇幅，以普通矩形场地内，液压抱桩静压施工为例对各项措施进行简单陈述。
　　3.1桩机数量确定及每天施压数量
　　桩机的数量由所需施工的管桩的数量及工期（为利于应力消散，一般安排为12~18条桩/机•天）决定。若同时施工的桩机过多，不利于桩施工挤土效应的消散，大面积开阔区域的管桩施工，采用的桩机在工期允许范围内一般可安排4-6台桩机，并应保证所布置桩机在短向同时布置时，应保证有30-50m的间距。
　　3.2施工方向安排
　　施工方向是指整个场地的桩完成的推进方向，施工方向基本上应与所规划的挤土的方向一致。对于大多在沿海软弱地基上的大型建筑管桩施工，可综合描述为：桩满布的区域长宽比小于2时，宜从中间向四周对称施打，否则，宜从中间向两端对称施打；但当一段有建筑物或一端沿江（海）时，宜从已建建筑物端开始，且应往沿江（海）端行进。此外，若已建建筑物在沿江（海）一侧时，应先保证已建建筑的质量，应从已建建筑往另一侧施工。
　　3.3桩机路线及桩机平面布置安排
　　施工路线是指桩机的行走大致方向，基本为“之”字或“弓”字形（只有在桩机施工区域为一条直线时，桩机路线与施工方向始终相同，例如某些需高承载力的管道沟槽、滑道等）。
　　根据桩机行走路线的安排，在桩机平面布置上，桩机阵列应予桩机路线垂直设置，且在路线行走上设置时间差（即各平行路线开动时相隔2-5天）。
　　
　　图1施工部署示意
　　3.4跳打
　　隔桩跳打是工程中所普遍采用的一种质量控制措施。对于密集管桩的施工，宜相隔1-2条桩为。
　　
　　图2跳打平面示意
　　3.5综合防挤沟（孔）设置
　　正式施工前，在场地平整完成后，一般要求在场地周边设置排水沟时，这些沟可用来加深、加宽来综合考虑桩施工时候的泄压（泥）的需要。如果工程尚有其他类型灌注桩，在管桩施工数量完成1/3~1/2时，按管桩施工方向进行成孔，作为“泄压孔”来综合考虑使用。
　　防挤沟设置通常环场及平行场地短向设置，沟底标高通常与淤泥层顶标高持平或略低（小于5m，且通常不宜大于3m，需做好围栏、警示牌等安全措施），沟壁及沟底无需夯实，沟壁以1∶0.6~1∶1放坡，沟内可填砂、碎石或其他松散材料。
　　需要说明的是，一般认为，防挤沟只能消除对土体浅层挤压作用，对于减少地面表层的位移效果较好，无法隔断深层挤土作用，对于浅埋管线能起到一定的保护作用，防挤沟底标高低于保护对象基础底面则效果更好[2]。
　　3.6预钻孔
　　就是在设计的孔位上，也可以在桩位之间或桩的四周取土，采用这种措施相当于增加了塑性区内土的体积压缩变形，减少了桩人土置换土的体积[3]。可采用钻孔引孔、引孔铁桩引孔、PHC管桩自引孔，人工引孔等各种方式来进行。与一般的要求不同，可以考虑引孔孔径比桩径略大（但深度不宜过深）。
　　3.7桩尖形式改良
　　同上一措施考虑相同，对于桩尖形式做一定的改良，可以增加管桩中空部分的返土量，从而减少对外挤土。
　　目前，对于桩尖形式的研究，一般只停留在对于桩尖承载力及破土（岩）能力的研究上。从电测资料中可以看出，桩侧摩阻力和桩尖阻力是共同作用的，当桩尖土层是密实粗砂或风化岩时（良好持力层），极限承载力中的桩侧摩阻力基本处于极限状态，而桩尖阻力尚未达到极限[4]。在软土中压桩，其破桩力要求相对较小，所以在桩尖允许的承载力范围内，可以对桩尖形式作一些改良来达到增大管内返土的目的。
　　对桩做返土实验可以发现，一般筒形（上下一致或下部略大）的桩尖相对于锥（台）型（即上大下小），可以更有利于桩内的返土。
　　
　　图3筒形及锥形桩尖挤土示意
　　4.应用及展望
　　以上施工措施已经在笔者所处公司一些工程（主要为广州市南沙区沿海软土区域一些群桩施工）中得以运用，效果良好。这些综合措施可广泛适用于珠三角、长三角、环渤海等沿海地区或湿地地区的软土层地区，需要地面承载力高的建（构）筑物的大面积密集基础管桩施工；也可对一般地区中，需要减少群桩挤土效应施工（例如，中心城区建筑密集地区）的工程的施工提供参考。
　　随着沿海地区的经济飞速发展，沿海地区对承载力要求较高的大型厂房的兴建也将逐渐增多。在理论研究尚未完善的今天，施工中采取一些综合性的措施，对于群桩挤土效应的控制会达到一个比较好的水平。同时，由于工程施工工艺是个不断完善的过程，新技术、新工艺、新材料、新设备的采用，综合措施的不断完善将是在今后一段时期的一个持续过程。
　　
　　参考文献
　　[1]任达,鹿群,贺爱强．静压桩挤土效应近期研究述评．山西建筑,2008,34[1]：90-91.
　　[2]杨威,邢保国．静压桩挤土效应及防治措施研究．工程地球物理学报,2007,4[6]:606-610.
　　[3]罗战友．静压桩挤土效应及施工措施研究[D]．浙江大学,2004
　　[4]贾德庆．广东沿海主要土层桩侧摩阻力和桩尖阻力的分析．水运工程,2004,[2]：22-25.