摘要：本文针对管桩施工挤土的原因及特点，从减少桩的排土量、降低超静孔隙水；合理安排沉桩施工顺序及进度；降低地下水位、改善地基土特性；设置防渗防挤壁；设置防挤土槽；设置防挤孔；先开挖基坑后沉桩；加强监测等方面提出对策建议。
一、挤土产生的原因及特点
管桩虽为开口桩，而且多数施工方法是开口打入法，但根据现场打桩观察分析，在入土过程中，很快在桩尖处便会形成一土楔（高度和地面表层杂填土的性质有关，约为桩身长的1/4～1/3），因此无论是锤击沉桩还是静压沉桩，其入土时的挤土情况虽比闭口桩稍好，但还是比较严重。下面，对挤土产生的机理及其对周围环境的影响稍作分析。
在不敏感饱和软粘土地基中沉桩时，由于土不排水抗剪强度很低，具有弱渗透性和不排水时压缩性低的特点。桩沉入地基后桩周土体将受到强烈扰动，受扰动后的土体极易蠕动，主要表现为径向位移，桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压，桩周土体接近于非压缩性，将产生较大剪切变形，此时地基扰动重塑土的体积基本上不会产生大的变化。土体颗粒间孔隙内的自由水被挤压而形成较大的超静孔隙水压力，从而降低了土的不排水抗剪强度，促使桩周邻近土体因不排水剪切而破坏，略小于桩体积的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和隆起。由于孔隙水向四周消散及地基土体低压缩性的影响，以及群桩施工中的迭加影响，进一步扩大位移和隆起的影响范围，这也会使已打入的邻桩产生上浮、侧移或挠曲，还可能导致临近建筑物基础上抬、结构变形、地坪和墙面开裂，损坏地下管线和设施以及边坡失稳等一系列环境事故。
在敏感粘性土中沉桩时，土体受挤动的特征不同于不敏感的饱和软粘土，因为沉桩时对地基土的扰动会使地下水位以上的桩周敏感粘土液化，液化土被挤到桩周地表上，相应地减少了桩周土体的侧向位移，也减少了桩周范围外地表土的隆起，且沉桩将促使敏感粘土产生重新固结，从而减少了地基土体的隆起，其隆起量也往往小于桩的入土体积。
在沉桩完毕后，重塑扰动土体中的超静孔隙水压力将随时间而消散，土体固结，并在新的条件下重新达到应力平衡。地基土体的固结度与超静孔隙水压力的水力梯度和消散速率的变化成反比。在固结期内，土体的垂直应力基本保持不变，而侧向有效应力则有所增大，并逐渐恢复到初始值。靠近桩周处地基土的含水量也趋向于恢复，而且地基土体在重塑固结时的沉降量往往大于沉桩时的隆起量，从而使沉桩后的地面反而产生沉降并使已打入的桩产生回沉，而且还扩大了固结沉降的影响范围。软土地基中，由于超静孔隙水压力的消散作用，地基土体沉降影响范围有时可达隆起范围的1.7倍左右。
在坚硬粘土地基中沉桩时，地表土层的上拱现象较小，以侧向位移为主。因为地基土体抗剪强度较高，受挤压后常易产生裂隙，有利于孔隙水的消散，从而减少了超静孔隙水压力的影响程度和范围，使邻近土体不易受沉桩时的挤土影响而产生排水剪切破坏，所以邻近土体对桩周土体的变位将起着约束作用。尤其是地基土的强度较高时，对深层土体的变位也有较大的约束作用，土体仅在桩周较小范围内受到挤密压实，沉桩时地基土只产生较小范围的侧向位移和很小的隆起量。
在密实砂土地基中，也可看到沉桩时的排土所造成的土体的较大侧向位移及较显着的上拱隆起现象。沉桩时，除了桩周邻近的薄层砂土颗粒被挤压破碎，使这部分土获得进一步挤密而附着在桩身上外（在粘性土和松散砂质土地基中一般均存在），桩周其它土体主要表现为侧向位移和隆起。尤其是在沉桩振动影响的作用下，密实砂土不仅会产生松弛效应，而且将使砂土强度显着降低，从而减小了邻近土体对变位的约束作用，尤其是上层土体的约束作用。这都将进一步增大地基土的侧向位移和隆起，地表土的上拱隆起现象也更为显着。
在松散及中密砂质地基中，沉桩时的排土量使地基被挤密而产生的土体的侧向位移和沉降是常见的，特别是地表土的沉陷现象。因为沉桩时产生的对地基土的挤压力和振动影响可使地下水位以下的桩周砂土产生液化现象，从而使土体强度遭受显着破坏，导致液化部分的土体固结下沉和侧向位移。同时沉桩振动影响的也降低了邻近土体的强度，减小了对土体位移的约束作用，进一步扩大了地基土下沉和侧向位移的范围和影响程度，地面沉陷现象将更为显着。
另外，在粘性土和密实砂质土地基中，土体的侧向位移和隆起在沉桩区及邻近10～15倍桩径范围内常达到较大值，并将随距离的增大而逐渐减小，影响范围约为一倍桩长。但对软土地基，其影响范围可达50m外。在松散和中密的砂质土中，地基土体的沉降和位移的影响情况也基本相同，较大的沉降影响区为沉桩区及邻近4～5倍左右桩径范围，较显着的位移影响区为沉桩区及邻近2倍桩径左右处。总之，地基土的特性对沉桩区地基土的重塑固结程度，即对地基土的侧向位移和隆起沉陷的数值及影响反影响。受影响的程度不仅与相邻建筑物离沉桩区的距离有关，而且还与建筑物的刚度、面积、自重、基础埋深和型式有关。当相邻建筑物为深基础时，由于其挡土作用，地基浅层和深层土体的侧向变位都会明显减小，而地基土体的隆起却明显增大，有时会使建筑物基础产生上拱现象。当相邻建筑物范围有明显影响。
沉桩施工时，相邻建筑物的存在也会对地基变位产生为浅基础时，由于相邻建筑物的约束作用，也会减小地基浅层土体的侧向位移和相应地增大土体的隆起，但对深层土体的变位将无显著作用，且将使建筑物基础产生较明显的上拱现象。仅当建筑物十分庞大，且地基土压缩层较厚时，才会对深层土体的变位起约束作用，但同时也增大了地基土体的隆起量。在砂质土地基中，也会减小地基土体的侧向变位。
相邻建筑物对沉桩引起的地基土体变位的有效约束作用，与其离沉桩区的距离也有关。在粘性土地基中，一般为1～2倍桩长范围。在砂性土地基中，一般接近于1倍桩长。不论地基特性如何，当距离小于10m时约束作用将是十分明显的。相邻建筑物对地基土体变位的影响还与桩的排土量、密度、数量、长度、沉桩顺序、进度、振动能量、以及地基土层排列状况等因素有关。因此在设计施工中，应预先考虑这一影响特性并采取相应的技术措施。
由于地基土的变位特性受多种因素的影响，目前要正确地预估沉桩造成的地基土的侧向位移、沉降、隆起等变化值及影响范围尚很困难，一般只能参考相应条件下的实测值进行判断。
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二、挤土的防治措施
为了减小沉桩引起的地基变位的影响，必须减少沉桩施工中的挤土量和超静孔隙水压力，或加快超静孔隙水压力的消散，减小地基变位和超静孔隙水压力的影响范围，采取相应的防护措施。常用的施工防护措施有以下几种：
1.减少桩的排土量、降低超静孔隙水
一般常可采用掘削、水冲、预钻孔辅助沉桩法，达到减少桩排土量的目的。这可以大幅度减小沉桩对地基土体的挤土影响程度，并达到降低超静孔隙水压力的目的。
前文已经提过，管桩虽为开口桩，但其入土时的挤土情况却与闭口桩相差不大。在管桩的施工中，如果采用边沉桩边掘削的施工工艺，则可明显增大桩内土芯量、减小桩的排土量，显着减小沉桩挤土对地基变位和超静孔隙水压力的影响程度和范围。若同时采用预钻孔施工工艺则效果更佳。当采用边钻孔边沉桩的预钻孔施工工艺时，一般预钻孔的直径宜为桩径的70％左右，预钻孔的深度宜为1/3～1/2的桩长。通常预钻孔深度范围内地基土体内的超静孔隙水压力值可减小40％～50％，地基变位值可减小30％～50％，其影响深度可达钻孔深度以下2～3m的范围。并可明显减小地基表面的隆起值，减小对已打入桩的挤拔和挤压影响，也有利于防止和减少对邻近建筑物的损伤。
2.合理安排沉桩施工顺序及进度
在软粘土地基中，沉桩施工进度过快，不但显着增加超静孔隙水压力值，并促使邻近土体剪切破坏，显着地增加地基土体的变位值，而且扩大了超静孔隙水压力和地基变位的影响范围。沉桩施工顺序对超静孔隙水压力的形成及其水力梯度的大小和方向也有明显关系，且直接影响沉桩区及其邻近地区地基变位的分布规律。实践表明，地基变位的方向基本上与沉桩施工顺序方向是一致的。在砂性土地基中，由于砂性土的挤密沉降程度不仅与振动强度成正比，而且与振动作用的持续时间成正比。沉桩区中的已打入桩对振动传播的阻尼作用，将会显着减小作用于另一侧地基中的振动强度和振动有效作用的次数，明显减弱了砂性土地基的挤密效应，使地基土体的沉降值减少。但在沉桩前进方向一侧，随着沉桩作业的邻近，不仅作用于地基土的振动强度将愈大，振动的有效作用次数也愈多，这都将加剧砂性土的振密效应，显着增加地基土体的沉降量。在沉桩起始处方向的地基土体的变位和超静孔隙水压力较小，影响范围也较小。而在沉桩终止处方向的地基土体的变位和超静孔隙水压力因受已沉入桩的约束作用而明显增大，影响范围也将最大。当沉桩顺序采用由中间向四周的形式时，对沉桩区邻近的影响程度和范围将会明显减小，且对沉桩区周围影响的差异也较小。但沉桩区中心处的超静孔隙水压力和地基变位值将会显着增大，已打入桩的下陷或上浮值也将会明显增大。在粘性土地基中，地基变位和已打入桩的变位取决于挤土方向和超静孔隙水压力值及其持续作用时间，且超静孔隙水压力的消散方向也会对地基变位产生显着影响。所以实际施工中宜尽可能采用先长桩后短桩、先中心后外围或对称式的施工顺序。
3.降低地下水位、改善地基土特性
降低地基中地下水位或改善地基土的排水特性，可以减小和加快消散沉桩引起的超静孔隙水压力，防止砂土液化或提高邻近地基土体的强度以增大其对地基变位的约束作用，从而减小地基变位及其影响范围。通常在沉桩区及其邻近范围，可沿软土层埋深预先钻孔构筑砂桩、砂井、碎石桩、砂石桩、塑料排水带等一些行之有效的排水措施。在含水量较高的地层，可沿桩长粘接排水带。在地下水位较高的地区，也可采用井点或集水井抽水等降低地下水位的措施。
4.设置防渗防挤壁
设置防渗防挤壁，可适当控制超静孔隙水压力的影响范围，并加强对沉桩邻近地区地基变位的约束作用，有效地防护邻近建筑物免受损害。通常可在沉桩区邻近沿软土层埋深预先设置构筑混凝土地下连续壁、水泥搅拌桩加固壁、旋喷加固壁、抗渗板桩以及桩排式砂桩、石灰桩、碎石桩等防护措施。
5.设置防挤土槽
设置防挤土槽，可以减小地基浅层土体的侧向位移和隆起影响，同样也可以减小邻近浅埋式基础的建筑物和地下管线的差异变位影响。通常在沉桩区邻近防护建筑物和地下管线前3m左右处设置深度大于邻近建筑物基础和地下管线埋深的防挤土槽。当槽深较大时可在土槽内灌水或护壁泥浆以防止发生坍塌。
6.设置防挤孔
设置防挤孔，以减小地基土体的变位值及其影响范围，并减小对邻近建筑物的变位影响。通常在沉桩区及其靠近邻近建筑物的一侧处，沿软土层埋深于沉桩施工前按梅花形设置单排直径为30cm左右的深孔，并向深孔内灌注护壁泥浆，以利于地基土体释放沉桩施工所引起的有效应力和超静孔隙水压力的消散，并减小地基土体中的超静孔隙水压力和地基土体变位的影响范围和程度。
7.先开挖基坑后沉桩
如果条件许可，可采用先开挖基坑然后再沉桩的施工工艺，这样可以减小地基浅层软土的侧向位移和隆起，有利于降低沉桩所引起的超静孔隙水压力，从而减小地基深层土体变位。
另外，在沉桩期间，切忌在沉桩区及其邻近范围随意开挖基坑。即使沉桩完毕后，沉桩区的基坑开挖也应对称分层均匀地进行，这将有利于减小基坑开挖对已打入桩的变位影响程度。
8.加强监测
为了保护沉桩区的邻近建筑物免受沉桩施工影响，宜在沉桩施工期间采取相关的监测措施，密切观测沉桩区及其邻近地区和邻近建筑物的变化状况，通过对地基土体的超静孔隙水压力、深层土体侧向位移、地面的侧向位移和隆起、邻近建筑物的变位和开裂状况的监测，有效地控制沉桩施工顺序和施工进度并加以及时的调整，以减小对邻近建筑物的危害影响。必要时可对邻近建筑物采取托换加固措施，以免发生塌房事故。为此，预先应对邻近建筑物和地下管线进行仔细调查，并确定其允许变位值是十分必要的。
挤土所带来的一系列不良影响是难以避免的，但只要认真考虑并采取合理的防护措施，应该可以把影响控制在较小的范围内。上述防护措施往往具有综合防治的效果，可结合具体工程实际合理进行选用。
参考文献：
[1]张素情.预应力管桩及挤土效应研究，《武汉大学硕士论文》，2005-05-20
[2]廖伟、张彬.桩基施工对邻近既有建筑物影响的分析概述 《建筑监督检测与造价》，2008-11-26
论文作者:陈明华1,陈怀伟2,王国棉3
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/10
标签：地基论文; 孔隙论文; 水压论文; 位移论文; 建筑物论文; 作用论文; 钻孔论文; 《基层建设》2017年第15期论文;