史 建 锋

(广东中天市政工程设计有限公司，广东 佛山 528000)

静压桩挤土效应及防治措施

史 建 锋

(广东中天市政工程设计有限公司，广东 佛山 528000)

介绍了静压桩的沉桩机理，分析了静压桩的挤土效应及其对周围环境产生的影响，并针对静压桩施工中的挤土问题探讨了其防治措施，以减少或消除静压桩对周围环境的不利影响。

静压桩，挤土效应，防治措施

0 引言

静压桩因具有施工简单快捷、低噪声、单桩承载力高、质量可靠、穿越土层能力强、单位造价低等诸多优点而得到了较为广泛应用，取得了良好的社会经济效益。但是，静压桩对周边环境造成的影响和破坏，应引起重视，施工时采取相应合理措施减缓或消除其不利影响，具有非常重要的意义。

1 静压桩沉桩机理

沉桩实际是桩顶压力不断克服桩下沉中产生的桩阻力(桩端阻力与桩周摩阻力总和)施工过程，当桩顶静压力(由于桩身自重作用所占比例较小，可忽略)大于桩阻力，桩下沉，否则，桩停止下沉。桩端阻力大小与桩尖处土体软硬程度等因素有关，当桩尖处土体越硬、抗压强度越高时，其抗冲剪阻力也越大，桩端阻力越大，在软土地基中，压桩的阻力主要来自桩端阻力。桩周摩阻力与桩周土类别有关，如粘性土、砂性土等，且根据桩周土与桩的相互作用关系，一般将桩周摩阻力从上到下分成三个区：上部柱穴区、中部滑移区、下部挤压区。对于中长、长桩而言，桩下部摩阻值可占沉桩阻力的50%～80%，桩周土强度高，桩入土深度小，所占比值越大。

2 静压桩挤土效应及对周围环境产生的影响

管桩施工沉入地下时，桩身将置换等体积的土体，管桩施工过程实际是一个挤土过程，并对土体的天然结构、孔隙比进行破坏，在桩周产生相当大的挤压应力，引起很高的超孔隙水压力，引起沉桩周围一定范围内的地面发生竖向(隆起或下沉)和水平方向的位移，严重者可能造成先沉入桩，桩上浮、桩尖脱空(特别对于短桩)、桩接头拉断、桩位的偏移、桩身的翘曲、桩的折断等工程事故，极大地影响了单桩承载力。甚至导致邻近建筑物和构筑物产生裂缝、道路路面损坏、挡土结构及地下设施和管线的一定程度破损、边坡失稳等一系列事故。近十年来，国内外学者对沉桩引起的超孔隙水压力和位移进行了大量试验研究及测量，发现单桩压入时，土体中的超孔隙水压力随离桩中心的距离增大而快速减少，在粘性土中这一现象更明显，距离桩中心15倍桩径处的超孔隙水压力及距离桩中心12倍桩径处的水平位移均可忽略不计。

3 施工过程中防治挤土措施

1)引孔沉桩法：引孔沉桩主要目的是减少挤土效应、穿过坚硬夹层和增加桩的入土深度。地下水位以下引孔应采用泥浆护壁回转钻进工艺，地下水位以上可采用长螺旋钻干作业法。引孔直径一般宜比工程桩外径小一些，具体引孔直径、孔深、数量应根据场地土情况及布桩密度，由现场设计、监理、施工等单位综合商议确定，垂直度偏差不宜大于0.5%。引孔和压桩作业应连续进行，间隔时间不宜大于12 h(在软土地基中不宜大于3 h)，以免孔内积水，软化桩端土，削弱桩周土摩阻力，桩基承载力达不到设计要求。引孔中有积水时，宜采用开口型桩尖。孔隙拉压测试资料表明，采用引孔沉桩措施能有效减缓管桩施工挤土效应影响，桩周土体水平位移可减小30%,超孔隙水压力可减小40%，是一种行之有效的方法。

2)设置袋装砂井或塑料板排水：当桩较密集，或地基为饱和淤泥、淤泥质土及粘性土时，应在沉桩区域四周或者群桩内部设置塑料排水板或袋装砂井及时消减沉桩过程中引起的超孔隙水压力。设置直径宜为70 mm～80 mm，间距宜为1.0 m～1.5 m，深度宜为10 m～12 m袋装砂井或相同深度、间距的塑料板，具体深度及间距应根据实际情况而定。

3)设置缓冲沟或应力释放孔：当沉桩影响范围内地下埋设有通讯电缆、供水管等浅层地下管线，或邻近有要保护建筑物时，应在场地外边界开挖缓冲沟(隔离沟)，缓冲沟能有效减少沉桩引起的地基浅层土体侧向位移和隆起，无法隔断深层土体中应力波的传递，如想保护埋深较大管线或其他建(构)筑物，可设置应力释放孔，一般按梅花形布置几排，孔径400 mm或500 mm,孔深12 m～15 m，孔内可填充松散材料或钢筋竹笼。应力释放孔可设置在沉桩区域内、外或在被保护建筑物附近，能缓解和隔断挤土效应传递通道，有效消减孔深内超孔隙水压力作用，有试验表明应力释放孔对孔隙水压力的屏蔽最大可达74%。采取这一措施时，注意要防止沉桩引起沟壁坍塌造成损害，同时应在保护建(构)筑物上设置适当监测点，实行动态信息化施工。

4)控制沉桩速率和日沉桩量：此措施规定24 h内休止时间不应少于8 h。连续沉桩过程中，土体中的超孔隙水压力不断聚集，特别在压桩后期，由于地基土体侧向及竖向已经接近于变形极限状态(孔隙水压力稍有增加就产生变形)或土体变形已接近建(构)筑物容许值，土体变形对沉桩速率和日沉桩量非常敏感，更应严格控制沉桩速率或停止沉桩施工，使挤土引起的超孔隙水压力有时间消散，有效地减小孔隙水压力值,如不加控制，危害很大。对于淤泥、淤泥质土等含水量较大或饱和土地基，更应严格控制沉桩速率和日沉桩量。

5)合理安排沉桩顺序：为减少沉桩对周围环境影响，合理安排沉桩顺序十分重要。沉桩施工时，由于侧向挤土将产生土侧向压力、变形及超孔隙水压力。群桩施工时，如选择沿某一单方向依次沉桩，先压入部分桩有效影响计算宽度范围内，桩基抵抗土侧向压力和超孔隙水压力及土体侧向变形能力远大于地基土体本身，对后压入桩引起的土侧压力和孔隙水压力及变形起有效遮帘或隔障作用，导致土体变形(或变形趋势)及土侧压力和孔隙水压力沿沉桩方向进行累积，地基土体侧向变位方向基本上与压桩顺序一致，后沉桩往往比较难沉入，也说明了先沉桩对后沉桩位处土体进行了有效挤压密实积聚，增大了后沉桩位处的土侧压力和孔隙水压力。

沉桩顺序还与多种因素有关。如根据桩入土深浅、桩径大小、桩距疏密等情况，宜先长后短、先大直径后小直径、先密后疏距桩顺序进行施工。应根据场地工程地质条件及周围环境实际情况等因素，选择对环境影响较小、压桩速率高的合理顺序。

6)设置隔离板桩或地下连续墙;降低布桩密度或改用非挤土桩(如钻孔灌注桩)及低挤土桩(如开口钢管桩、H型或I型桩)等;沉桩过程中应加强邻近建筑物、地下管线等的观测、监护。

4 结语

静压桩本身是一种容易保证质量和承载能力的桩体，目前已广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、机场、港口码头、水利及市政工程等，但其引起的挤土效应及其对周围环境的影响不可忽视。希望工程人员在设计和施工过程中能够意识到静压沉桩挤土效应的严重性，可以根据具体情况，综合考虑，采取相应合理的措施，从而保证工程质量安全，减少或消除对周围环境的不利影响。

[1] 陈明辉.静压预应力管桩施工中常见的问题及预防措施[J].山西建筑,2006，32(5)：35-37.

[2] JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[3] 罗战友.静压桩挤土效应及施工措施研究[D].杭州：浙江大学博士论文，2004.

[4] 张 利.PHC管桩沉桩挤土效应及预防措施[A].吉林省土木建筑学会2011年学术年会论文集[C].2011.

The soil compaction effect and prevention measure of static pressure pile

SHI Jian-feng

(GuangdongZhongtianMunicipalEngineeringDesignCo.,Ltd,Foshan528000,China)

This paper introduced the pile-sinking mechanism of static compression pile, analyzed the soil compaction effect of static pressure pile and its influence on surrounding environment, and discusses its prevention measures for soil compaction problems in static pressure pile construction, in order to reduce or eliminate the adverse effects of static pressure pile on surrounding environment.

static pressure pile, soil compaction effect, prevention measure

1009-6825(2014)28-0046-02

2014-07-21

史建锋(1976- )，男，高级工程师

TU753

A