广东顺德华兴达岩土工程有限公司
建筑工程广泛使用的预应力管桩基础，通常都是采用锤击法或者是静压法进行沉桩的，按照成桩方法对土层的影响进行分类，它属于挤土桩型，由于其在成桩过程对桩周围土体有挤开或压密的作用，土体受到严重扰动后其原始结构会遭到破坏，这个破坏过程必然使施工场地的周围坏境和桩体的受力性状产生变化，当这种变化超出一定限值的时候，就会产生危害，这就是我们通常所说的“挤土问题”的危害，那么挤土问题有什么危害呢？预应力管桩在工程实践中又如何消除这些危害呢？笔者通过大量的工程实践，从几个典型的工程案例中试图分析其挤土问题的危害，并介绍防治危害的一些处理措施，供同行同鉴。
一、挤土效应中土体的变化形式
锤击或压入式预应力管桩在成桩过程中，由于挤土作用，桩周土会发生扰动重塑，侧向压应力增大，其中径向的压力是最大的。
1、对于非饱和土、砂土，土受侧向挤压主要表现为土的孔隙减少而增密，土
越松散、粘性越低，其增密的幅度就越大，土的密度增大，对桩体也会产生挤压作用，对于群桩，桩周土的挤密效应就更为显著。另外，随着土密度的增大，桩侧土阻力也随之增加。
2、对于饱和粘性土，由于瞬间的排水固结效应不显著，压缩变形小，引起的
超孔隙水压力，使得土体受侧向压力下并不是增密，而主要是以横向位移变形和竖向隆起为主。横向位移随离开桩距离的增大而减少，在地面下一定深度处最大，影响范围达到（4～5）D；竖向隆起在距桩轴线（1～2）D处最大，影响范围可达（3～5）D。
二、挤土效应危害的表现
预应力管桩施工过程或桩施工完成后，由于挤土效应，土体对周边建筑物或设施（如房屋、道路、管线）、边坡等进行挤压而造成变形、损坏和失稳，这是挤土效应最常见的一种现象。管桩对周围环境及设施的影响主要是由土体的水平及垂直的位移造成的，其影响范围、影响程度，除了与场地土层的性质、桩的分布、桩间距离、桩的密度、沉桩的速率及施工程序等因素有关外，还与周边建筑和设施的结构、使用年限、使用材料等因素密切相关。
由于挤土效应，后施工的桩对先施工的桩造成影响，或至使桩偏位、上浮等现象，这也是挤土效应常见的一种现象，它也是由土体的水平及垂直的位移造成的。
除了上述两种比较常见的危害现象外，笔者认为还有一种不为人们所熟悉危害现象，就是后施工的桩和先施工的桩相互作用、相互挤压，造成桩身的损伤，这种损伤轻则在桩体薄弱部位（如法兰下）造成变形、开裂、崩块现象，重则造成断桩现象，这种现象见于非饱和土或砂性土地层的密集型桩群，它是由于土受侧向挤压增密作用而造成的。
三、工程案例
（一）顺德北滘某工程
1、工程概况：占地面积约3600m?，楼高20层，设2层地下室，框剪结构，采用锤击ф600mm壁厚130mmAB型管桩，裙楼位置多采用3～5桩多桩承台，主楼位置荷载较大，采用桩筏基础（见图1），单桩竖向承载力特征值2500KN。
2、工程地质条件：根据勘察报告，场地自上而下土层分布情况如下：
①砂性素填土，为中砂，松散，层厚1.3～2.5米；
②冲积土，分为3个亚层；
②-1层，细砂、砂质纯，含粘粒少，稍密，上部局部松散，下部局部中密，层厚11.0～19.5米；
②-2层，淤泥质土，流塑，层厚1.3～6.3米；
②-3层，粉质粘土，可塑，局部软塑，层厚0.8～5.7米；
③残积土，粉质粘土，可塑，局部软塑或硬塑，层厚2.5～6.5米；
④风化岩层，为泥质粉砂岩，顶板埋深26.3～31.1米，自上而下可分为全风化、强风化、中风化三个亚层，其中强风化为本工程桩基持力层。
具体可见工程地质剖面图（见图2）
3、施工：本工程最后选定62锤，在挖土至-5米深度的基坑内进行桩基施工，施工过程严格把控施工质量，包括垂直度、焊口饱满情况、焊口冷却时间、打桩顺序从中心开始、最后收锤贯入度2～3公分等等均按照规范要求严格制定好施工方案实施施工，并监控到位。
4、结果：本工程总桩数563根，桩基施工完成后，按规范选取29根桩进行大应变检测，结果29根桩中Ⅰ类桩仅得16根；Ⅱ类桩3根，均为桩身有轻微缺陷；Ⅲ类桩5根，桩身存在明显缺陷，其中4根不能提供承载力；Ⅳ类桩5根，桩身有严重缺陷。经统计，不合格桩为10根，不合格比例达34.5%，桩身存在缺陷的达44.9%。
5、分析：经过比对资料发现，问题桩均存在如下规律：
（1）经过桩身孔内视频检查，全部是桩身受到损伤，轻微的可见裂纹，严重的见桩身局部破碎崩块露筋、法兰盘变形弯曲脱焊，部分有地下水滴入甚至涌砂。
（2）损伤的深度位置，基本上在12～15米，个别在5～6米的深度，基本都在接桩法兰盘位置或上下1米的范围，损伤的位置都在②-1细砂层内，并且以中下部位置为主。
（3）在空间分布位置上，问题桩基本上都分布在密集的桩筏大承台中，个别见于多桩承台的也是靠近密集的桩筏大承台边缘的位置。
（4）问题桩基本都分布于细砂层厚度较大的西南角，而细砂层厚度小的东北角几乎没有。
根据以上的分析，笔者有理由认为桩的损伤与稍密～中密的高纯度②-1细砂层的分布有极大的关系，它的损伤应该主要是由桩锤击施工过程细砂的挤密挤压加上锤击的震动作用叠加造成的，在这个作用过程，桩身必然会在最薄弱的部位产生破坏，而桩身无论是生产工艺上还是在施工上，接口附近是最薄弱的，当然，本工程桩径选择过大、桩距选择偏小（仅3.5d）、锤重选用太轻也有关系，但是，这些选择的不当恰好更造成了挤土挤密效应的叠加。
6、经验教训及应对措施
（1）设计时，认真分析地质勘察报告，碰到这种地层，在单桩承载力差别不是太明显，桩数能够摆放得下的情况下，尽量选择排土量少的桩型。对于本工程，应该首选ф500mm厚壁AB桩，如果选择Φ500mm桩，其单桩承载力特征值可取2000KN，那么，跟ф600mm桩相比，其承载力仅仅是减少了20%，但其排土体积却是减少了30.5%。
（2）设计时，在空间位置许可的情况下，可适当加大桩间距，减少挤土影响半径的重叠区域。
（3）施工时，可在承台内桩间适当布置预钻一些小钻孔（孔径ф89～110mm），使挤密作用时土层内的应力得以释放。
（4）必要时还可以在桩位密集部位采用植桩法施工。
（5）施工时，选择合适的锤重施工，宜用重锤低击法施工，对贯入度要求也应适当放宽，以免过度锤击把桩打伤。
（二）顺德龙江某工程
1、工程概况：该工程为一商住小区，场地呈三角形（见图3），占地面积约16000m?，建17幢9～13层住宅，沿场地边缘闭合式分布，建设场地东、南、北面均为较宽的道路，西面长度约为200米，预留6米通道后即为2～4层旧民房，工程采用静压预应力管桩，桩径ф500mm900多根、ф400mm500多根，单桩承载力特征值分别为1500KN和1000KN，都为多桩承台，并以4～6桩台居多，电梯井处为12桩台，总桩数较多，分布较密。
图3 顺德某项目场地建筑及应力释放井分布图
2、工程地质条件：根据勘察报告，场地自上而下土层分布如下：
①素填土层，为粘性土，松散，层厚1～4.5米；
②冲积土层，分为4个亚层
②-1淤泥质土层，流塑，饱和，层厚4.1～11.3米，仅局部分布；
②-2细砂层，松散，饱和，层厚1.8～14.4米，仅局部分布；
②-3淤泥质土层，流塑，饱和，层厚15～40.6米，全场地分布；
②-4砾砂层，中密，层厚0.8～5.5米，为底砾层，仅局部分布；
③残积土层，本场地缺失；
④风化岩层，为泥质粉砂岩，顶板埋深33.6～43米，本层为本工程桩基的桩端持力层，可划分为强风化岩和中风化岩两个亚层。
3、施工：从上面的土层分布可以看出，场地素填土层下，除了局部有细砂层
分布外直到三十多米深的岩面以上，分布的基本上就是饱和流塑状态的淤泥质土层，而场地主要的建筑物都靠近西面的民居分布，且桩数较多，桩的分布较密，施工时必须要考虑挤土效应对民房的影响。因此，针对场地条件可能会有挤土效应的问题，施工前我们就制定出一套比较全面和周密的施工方案，方案的内容包括：打桩的走向、速率、挖防挤沟、做应力释放的排水井等措施，不过，由于时间、费用等各方面的原因，业主和总包方只接受了我们部分的意见，把最主要的一些措施放弃实施。
4、结果：正式压桩几天后，我们就收到紧挨着场地的民房居民的投诉，说他们的房子出现开裂现象，对此，发展商马上组织总包、勘察、监理等有关单位人员进行现场查看并商讨措施，决定在靠近民房一侧挖一条深1米的防挤沟后再施工（还是没有同意我们施工方案提出的做应力释放的排水井的措施）；防挤沟挖好后继续施工，几天后，我们又收到了二排民房居民房子开裂的投诉，这一次，发展商重视了，马上又组织再次查看商讨，同意了我们原来提出的全部措施，并要求马上实施，结果，这些措施实施后，再也没收到民房居民的投诉，顺利地全部完成了压桩工程，并检验合格。
5、分析：这是一个典型的挤土桩挤土效应对周边环境影响的案例，这是因为场地有一层厚达几十米而渗透系数很小的饱和软黏土分布，大量的挤土桩在短期内压入土层中，由于超孔隙水压力的作用，使得土层并不能挤密，而只能是产生侧向位移作用，当这些位移叠加起来就会对周围民房产生影响，而这些民房都是八九十年代的旧房，大部分采用天然地基基础，最多也就是短桩（8～13米）基础，因此，土体的位移必然使这些民房产生变形甚至开裂，至于挖一条深1米的防挤沟后一排民房不开裂而是二排民房开裂的问题，说明挤土作用对周围地面的影响不是浅表三五米的，而且跟桩长有很大的关系。
图4 应力释放井（降水井）大样图
6、应对措施：
（1）场地地表必须做好硬化处理，以能够满足压桩机行走而不陷机为最低要求。
（2）制定合理的压桩行走路线，就本工程而言，应该先压靠近民房一排的桩，然后背对民房往场地内行走。
（3）挖置防挤沟，深1米左右，不影响压桩的情况下尽可能深一些更好，沟内回填松散细砂。
（4）沟外靠近民房一侧，布设一排孔径Φ400mm深15～20米的应力释放井，释放井的间距取5米左右，井壁回填透水的级配砂石，具体做法见图4示，。释放井的作用主要是通过挤出淤泥质土中的水来帮助超孔隙水压力的消散，释放挤土的应力，减少土体的变形和位移。
（5）靠近民房的2～3条轴线减慢打桩速度，每天不超过10根桩，并且实行跳打，从而减少超孔隙水压力的积累水平。
（三）中山某工程
1、工程概况：该工程为一商住小区，占地面积约60000m?，由几十栋多层商住楼组成，设计采用静压预应力管桩，桩径Φ400mm为主，部分为Φ300mm。在整个小区桩基施工过程中，出现了两处工程质量事故：
（1）事故一：在靠近场地边缘的其中一栋楼桩基施工后检查，发现有几条轴线的桩位整体位移，最边一排桩位移最大，个别达400mm；
（2）事故二：在另外一栋楼位置承台开挖后，发现靠近临时施工道路旁的一条轴线上的桩桩顶位移较大，有整体背向临时道路一侧倾斜的倾向。
那么，以上的质量事故是怎么造成的呢？
2、工程地质条件：典型的地质剖面见图5
从剖面图我们可以看出，场地表1.8米厚素填土，回填时间较短，松散，素填土下即为淤泥，淤泥的厚度厚达18米，淤泥下有一层粉砂或中砂，厚度2～3米，稍～中密，往下即为风化岩层，风化岩层为本工程桩的桩端持力层。
3、事故一分析：场地原为农田，表面的素填土层回填的时间不长，欠压密、欠固结，而素填土层下即为极软的淤泥层，淤泥的含水率极高，达60～84.5%，具流塑甚至流动状态。在压桩过程，由于安排的压桩行走路线是由内向外方向一条一条轴线行走，由于淤泥层的透水性很弱，在超孔隙水的作用下，土层并不能挤密，而只能是产生侧向位移作用，同时，由于填土层也欠固结欠压密，在桩机向外行走过程，土体也会产生向外的侧向位移，这样就使放好的桩位也一并外移，因此，在土体位移叠加的情况下，越外围的桩位位移量就越大。这种情况下，只要我们合理地安排好压桩的行走路线，并且要在压每一排桩前复核修正准确桩的具体位置，就可消除挤土桩位位移的影响，当然，在压桩过程还要注意桩机行走对已压好桩的影响。
4、事故二分析：从地质剖面图可以看出，无论是静压还是锤击沉桩，桩端持力层都为风化岩层，而且桩进入持力层的深度都不大，也就是说，桩身大部分是处在极软的淤泥层内，由于淤泥层对桩身的裹握力很小，而桩端进入裹握力大的土层深度也不大，桩顶附近只要受到很小的横向推力，就会使桩身倾斜、桩顶产生位移。经过调查，我们发现：桩顶产生位移的这排桩，位置靠近施工临时道路旁，在这排桩压完后，还有大量的重型运输车辆行走（主要为运桩车辆），因此，我们认为，重型车辆行走在素填土层和巨厚的极软淤泥层时，淤泥受挤压过程产生了侧向的挤压力，对已经施工完的桩在桩顶产生了一个横向的推力，把桩挤倾斜了。为了验证这个推论，我们用反压的方法在桩倾斜的一侧堆土，在另一侧慢慢挖土，把桩顶倾斜的桩慢慢矫正过来了。这个质量事故告诉我们，在深厚的软土地层条件下施工时，除了注意施工时的挤土问题外，还要注意施工后甚至桩承台开挖过程的挤土问题，一不留神，就有可能造成不可挽回的损失。
图5 中山某项目工程地质剖面图
（四）顺德某工程
1、工程概况：工程为一商住小区，占地约50000m?，由多栋塔楼和裙楼组成，塔楼高25层，采用静压预应力管桩基础，塔楼用Φ500mm厚壁AB桩，裙楼用Φ400mm桩，场地一侧靠近民居，最小距离约30米。
2、工程地质条件：典型地质剖面见图，从剖面图可以看出，场地表面为素填土，素填土下为淤泥质土，地面下13米开始即为稍～中密的中砂层，37米以下达到中密～密实，44米以下为风化岩，中砂层厚度有近30米，Φ500mm桩桩端持力层取中密～密实的中砂层，单桩承载力特征值取2000KN。
图6 顺德某项目工程地质剖面图
3、施工：采用十字型规范桩尖，桩尖直径468mm，压桩时进入中砂层后压桩力达3000～3500KN，压力维持较高，并且出现像冲击钻一样的高频率震动，在靠近民房一侧施工时这种震动引起了了周边民房居民的注意，纷纷走出来阻止施工，工程被迫中断。
4、分析：工程中断后，监理组织设计、施工等单位进行研究，大家一致认为这种震动是由于中砂层的密度较大造成的，压桩过程中，砂土层不像粘性土那样在桩身周围能够形成短暂的“水膜”滑移面并降低沉桩阻力，它既要克服桩端阻力，又要克服砂层对桩身裹握的摩擦力，那这样沉桩的阻力必然会较大，只要能把砂土再挤开一点，给桩身与砂土之间留出一点短暂的空间，沉桩的阻力就会大幅减少，根据这种分析，我们在收集了一些同行的做法，决定改用ф520mm直径的大桩尖（桩尖直径比桩身直径大约20mm）再试验。
5、结果：改用大直径桩尖后，施工时沉桩阻力大幅降低，冲击钻型震动完全消失，桩端顺利地到达预定的持力层，全部施工完成后，桩检验合格，没有出现桩身损伤现象。
六、结语
桩基挤土危害一直是工程界比较注意但还是经常重复出现的问题，尽管大家都知道非排土桩有挤土效应的危害，然而，在工程实践中，挤土问题的影响有很多方面（有桩体上浮、损伤、倾斜，有周边环境破坏等等），除了一些现象人们比较熟悉（如周边管线或建筑物的损坏容易看得见）的外，有些现象和危害并不被人们所熟识和重视，更不用说判断其影响的程度和该采取哪些具体措施去防范。不过，笔者认为，万变不离其中，解决挤土问题影响的措施总离不开这几点核心内容：
1、合理的打桩行走路线；原则是：从桩径先大后小；从深度先深后浅、先长后短；从桩群先里后外、从中间向两端或从中间向四周；从保护对象则背向保护对象推进；从区域则采用分区施工（即大跳打），减少变形累积等等。
2、恰当的打桩速率；以最小变形量的监测结果来确定合适的打桩速率，避免多台设备集中在小范围施工。
3、经济的应力释放或阻止措施；这一点要针对不同地质条件（不同土体）、不同周边环境、不同桩型等等具体制定，包括设置预钻孔、排水井、防挤沟等释放措施和设置挡土桩墙等阻止措施；以引导释放措施为主，阻止措施为辅。
论文作者:陆卫平
论文发表刊物:《基层建设》2015年22期供稿
论文发表时间:2016/3/14
标签：土层论文; 工程论文; 民房论文; 位移论文; 淤泥论文; 场地论文; 细砂论文; 《基层建设》2015年22期供稿论文;