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挤土桩施工的环境问题及其防治措施汪少华(浙江省奉化市建筑设计院，浙江奉化315500)工程技术脯耍]在软土地基中进行挤土桩施：己时存在明显的挤土效应，这会对周围环境产生相当严重的影响。
文章首先介绍了挤土桩的作用机理。
在此基础E探讨了可能发生的危害。
最后从设计和施L两方面分析了减少挤土效应危害的对策。
鹾蠲阔】挤±桩施工；环境问题；防治措施静力压桩由于具有无振动、无泥浆、噪音小等特点，广泛应用于城市建设的软x_-b地基中。
t垦是土在瞬间挤压力的作用下不可压缩，会在桩体的周围产生强大的挤压应力，给周围的环境造成不利的影响，这就是通常所说的挤土效应。
其主要表现为：压桩时，发生桩的上浮、桩位的偏移甚至桩的折断：桩入土过程中产生较高的超孔隙水压力，大大降低了土体的有效应力：压桩过程中土体原始结构遭到破坏、周围土体被重塑扰动；压桩后桩侧可能受到负摩阻力的作用，导致周围建筑物的不均匀沉降。
1挤±桩的作用机理挤土桩的施工过程其实就是一个挤土过程，挤土桩在贯八的过程中使桩四周的土体发生了复杂的变化。
桩尖下面的土体发生压缩变形。
随着挤土桩贯入压力的逐渐增大，桩尖土体的压力最终会超过其抗剪强度。
此后土体就会因为发生剧烈的变形而遭受破坏，挤土桩周围的土体产生劐』二，具体来说，粘性土会产生塑性流动或侧移，而配}陛±贝q会下沉，这样桩尖下面的土体就会被向下和侧向压缩挤开。
地表处的粘性土体将会向上隆起，而在地表的深处的土体由于上层土体的压力向灌注桩的四周挤开，这样就完全破坏了挤土桩周围的土体结构，对周围的士体也将产生很大的扰动作用，同时桩身受到桩周摩擦力和桩尖的阻力的影响。
对于饱和的粘性土来说，贯入瞬间的排水固结姑噪并不十分明显。
桩体的贯入会产生超孔隙的水压力，此后孔压力消散、再固结、触变眵涅，从而在桩的周围形成硬壳层。
2挤土桩施工产生挤士效应的危害1)挤土桩攒Ⅱ对周围环境的影响。
挤土桩挤土效应的影响范围以及挤土力是相当大的，这对周围环境的影响是不可忽视的，尤其是在饱和软土地区基础比较浅、结构比较差的建筑物以及变形敏感的地下管线。
深厚淤泥质软土中预应力管桩施工技术浅析摘要：本文介绍了平阳县文化中心项目深厚淤泥质软土中预应力管桩施工技术。
除对在深厚软土地区预应力管桩施工工艺流程进行了详细阐述之外，对施工过程中可能出现的问题及相应的对策也进行了认真总结，所取得的一些成功经验值得类似工程借鉴。
关键词：深厚淤泥、软土、预应力管桩、偏位、控制措施前言：预应力管桩已广泛应用于工业与民用建筑、路桥、港口与码头等工程中，具有施工工艺简单、可靠性高、工期短等优点，因而在我国沿海软土地区广泛使用。
尽管预应力管桩被认为是一种质量较稳定的桩型，但是温州地区地质复杂，深厚淤泥质粘土地质分布较广，施工中易引起不良地质反应，研究深厚淤泥质软土中预应力管桩施工技术具有十分重大的意义。
本文根据工程实例，主要从施工角度探讨在深厚淤泥质软土中预应力管桩施工存在的主要问题，并针对性地提出相应采取的控制措施，以促进其今后的推广应用。
1 工程概况温州市平阳县文化中心项目一期建设工程采用预应力管桩基础，型号为PC500-AB-100，桩长45m。
根据温州市勘察测绘研究院提供的勘察资料显示:场地在勘探深度范围内主要由素填土、粘土、淤泥、淤积软土、深部粘性土等5个工程地质层组成。
预应力管桩具有砼强度高，自重轻、成本低、便于拼接、工厂化生产产品质量可靠，且可贯入性好，施工速度快等优点。
但是，预应力混凝土薄壁管桩由于是中空薄壁，使其抗剪能力较差，抗弯强度低，不能承受较大水平力，而在其施工时挤土量大，很容易产生水平推挤而产生裂缝、桩位偏差甚至断桩等现象。
2 施工中常见问题分析2.1 场地地表土因地耐力较差，桩机在沉桩过程中下陷，造成沉桩过程不能有效控制桩身垂直度。
2.2 因桩机在移动过程中，自重产生的土体挤压导致已沉桩产生偏位和断桩。
2.3 预应力管桩施工中对地基产生挤压，就是产生挤土效应，影响桩身垂直度、桩位的准确性，甚至发生断桩现象。
2.4 淤泥质土壤的腐蚀性较强，因此本工程施工中采用在焊接接头位置涂刷两道环氧树酯的方式增强管桩的使用寿命。
浅谈打桩挤土效应及注意事项摘要：随着我国经济的快速发展，建筑业也迎来了发展的高峰期，各方各业都在大兴土木，预应力管桩作为一种新型的基础形式被广泛运用。
预应力管桩具有单桩承载力高、适用范围广、造价低、接桩速度快、施工工期短等优点而被业界广泛使用。
钢筋混凝土预应力管桩由于其承载力高、施工速度快等优点而被广泛运用各个领域，然而由于打桩过程中，会产生打桩挤土效应，对周围环境造成一定的影响，而广泛受到岩土工程界的关心。
本文从打桩挤土效应的相关机理谈起，提出几种比较典型土层中挤土桩施工中的常见问题，包括老黏土中打桩、饱和黏土中打桩、饱和松散砂性土中打桩等，并给出相应的解决措施。
并给出了相应的防治措施，为各个预应力管桩施工工地提供借鉴。
关键词：预应力管桩；打桩挤土效应；防治措施1打桩挤土效应的机理1.1动荷载作用下土的性能桩打入黏土中，地基土的状态将主要从三个方面被改变；一是地基土的天然结构将被破坏，使预应力管桩周围的土体重塑部分结构改变；二是土的应力历史因为打桩而被改变，桩邻近土的应力状态也随之改变；三是土体随着打桩的进行受到急速的挤压，造成桩周土体中的孔隙水压力急剧上升，有效应力随之而减少。
沉桩过后，由于上述三种作用的存在，使得桩周土（包括桩端土）的强度大为降低，但随着打桩后时间的不断增长，土的强度会随着粘性土不排水强度的触变回复和孔隙水压力的消散而增长。
在黏性土中打桩易造成地面隆起。
管桩打入松砂中，由于打桩挤密了周围的砂土，而使得桩周土体强度提高，相反，对密实砂反而会降低桩周土体的强度，但两者都会使桩周土体中的孔隙水压力急剧上升，在重复大量的振动作用下，最坏的情况会造成桩周土体局部液化。
土的摩擦力、黏聚力、黏滞系数、孔隙比、相对密实度、强度等参数会随着打桩振动而出现不同的变化。
1.2饱和黏性土打桩机挤土效应的影响范围打桩对周围环境是要产生影响的，但不同土有不同影响。
1）一般来说对饱和淤泥质土的影响最远范围约为1.5倍桩长。
软土地基中打桩挤土效应影响分析【摘要】：饱和软粘土地区进行预制桩沉桩施工时，因挤土效应在桩周土体内部产生了较大的超静孔压，超静孔压的消散引起桩周土体大面积沉降，同时桩土之间存在较大的沉降差，沉降差将导致基桩承受负摩阻力的作用。
上述因素都会直接影响到建构筑物的正常使用。
通过研究群桩沉桩施工对桩周土体的扰动以及超静孔压的变化，分析了桩土沉降规律及其对单桩承载力的影响，同时对建构筑物正常使用阶段的变形情况进行了预测分析。
【关键词】：球形空穴扩张；挤土效应；负摩阻力；承载力；沉降1. 前言软土地区饱和软粘土具有含水量高、渗透性弱、抗剪强度低以及结构性强的特点。
在该地区进行预制桩沉桩施工时，因挤土效应在桩周土体内部产生了较大的超静孔压，导致桩周围土体产生较大的侧向位移和竖向隆起，同时桩周围土体受施工影响受到一定程度的扰动，导致基桩承载力降低。
随着超静孔压的逐步消散，场地地基将出现大面积沉陷情况，同时对工程桩施加负摩阻力的作用，导致桩基承载力下降，影响整个工程的正常使用。
打入桩引起的环境问题已经得到广泛关注，大约从七十年代开始，人们开始采用数值分析和理论研究的方法来研究压桩问题，主要的分析方法有圆孔扩张法、应力路径法、有限单元法等。
阳军生、刘宝琛（1999）[1]视沉桩挤土引起的地表位移符合随机过程，应用随机介质理论，提出了预计打桩引起的地表位移与变形的计算公式和计算程序。
姜朋明、尹蓉蓉、胡中雄（2000）[2]以小孔扩张挤土理论为出发点，将打桩问题简化为半无限体中的孔洞问题，利用边界单元法，对群桩施工过程中引起土体位移进行计算。
罗嗣海、侯龙清、胡中雄（2002）[3]推导了具有一定初始半径的圆柱形孔扩张的弹塑性解，研究了预钻孔取土打桩时预钻孔孔径大小对挤土效应的影响。
杨生彬, 李友东（2006）[4]通过对PHC 管桩打桩前后原位地基土变化情况的测试、打桩的监测以及孔隙水压力增长与消散的监测等试验研究，分析了PHC管桩沉桩挤土效应。
在粘性土中，沉桩后由于土体的再固结，当桩尖土的压缩量大于桩尖的下沉量时，桩侧就要受到负摩阻力的作用，G. G. Meyerhof认为负摩阻力对于摩擦桩一般是无关紧要的，但对端承桩，可能会有很大影响。
文章结合某大型堆煤场工程实例，研究群桩沉桩施工对桩周土体的扰动以及超静孔压的变化情况，分析桩土沉降规律及其对单桩承载力的影响，同时对建构筑物正常使用阶段进行预测分析。
2. 工程概况某堆煤场场地为深厚软粘土地基，具有孔隙比大、渗透性低、压缩性高、地基承载力低的特性（场地土层物理力学参数如表1所示）。
渗透系数为10-6~10-7 cm/s。
煤场为长条形建筑物，长114m、宽33m，基础形式为筏板基础，筏板厚1.0m，设计堆煤高度10m（即100kPa）。
采用Φ550预应力混凝土管桩进行地基处理，桩长40m~43m，桩间距2.0*2.6m，置换率为5.9%，单桩承载力设计值为1200kN。
由于工期紧，20天內将779根桩静压施工完毕。
在打桩完成后3年时间内（尚未使用），地基出现大面积沉降，同时基础底板与地基土存在脱离现象，实测底板最大沉降为208mm，土层表面最大沉降约为300mm，吊车梁的水平位移最大值为118mm。
3. 原因分析沉桩完成后43天对基桩进行了桩身质量低应变检测，检测结果表明，绝大部分基桩桩身质量完好，未发现断桩情况（仅有少量基桩为Ⅲ类桩，所占比例为2.59%），说明沉桩挤土未对桩身质量产生明显影响。
在发生大面积沉降后，又凿开基础底板对307#、364#、340#三根桩进行了低应变检测，检测结果表明这三根桩桩身质量完好，对应桩顶沉降分别为98mm、154mm、180mm。
目前尚未堆煤，基础只承受底板自重的作用（单桩荷载为仅为130kN<<设计值1200kN），若无其它外力作用，桩顶沉降不至于如此之大。
从凿开底板实测的桩土沉降情况看，桩土沉降差在100mm左右，因此比较可能的原因是由于土体沉降带动基桩与底板一起下沉。
4. 打桩引起的超静孔压分析打桩引起的桩身周围土体内各点的应力增量按文献[5]的球形空穴扩张方法求解，由这些应力增量可以求得三个主应力增量Δσ1(r，z)、Δσ2(r，z)和Δσ3(r，z)。
根据司开普顿原理，对饱和土，打桩结束后，土体内各点产生的超静孔隙水压力为[6]：式中：A为孔隙水压力系数。
软粘土孔隙水压力系数A取1.2，将图2、图3中的竖向与水平应力的增量代入算得超静孔隙水压力如图4所示。
根据太沙基固结理论，土体内任一时刻、任一点的超静孔隙水压力值，由下式确定：式中：，Cv为固结系数，k、e、av、γw分别为土体的渗透系数，孔隙比，压缩系数和水容重。
从图4中可以看出，打桩施工导致桩周土体产生很大的超静孔压，超静孔压随着离开桩边的距离增大而逐渐减小，当距桩边2m远时，打桩引起的超静孔压影响已经很小。
将单桩施工引起的超静孔压在整个场地内进行叠加以后即得到图5所示的群桩施工引起的超静孔压。
打桩施工完毕后，整个场地闲置3年（不堆载），场地土体内部超静孔压消散后的分析结果如图6所示。
考虑到打桩施工对土体的扰动，渗透系数取高值10-6 cm/s，3年后土体平均固结度为42.5%。
5. 沉降问题分析打桩施工完毕后，整个场地闲置3年（不堆载），由场地土体内部超静孔压消散固结引起的土体地表沉降以及基础底板沉降如图7所示。
从图7中可以看出，计算分析得到的土体最大沉降为350mm左右（平均沉降约为300mm），基础底板沉降约为190mm，最大沉降差为160mm，与实测结果较为接近，这说明超静孔压的分析较为准确。
6. 负摩阻力对单桩承载力的影响打桩会导致桩侧土体产生较大的超静孔压，当超静孔压消散后，土体沉降，桩土之间产生沉降差（现场实际情况也反映了这一点）。
桩土之间的沉降差会导致桩侧产生一定大小的负摩擦力，因此，在分析单桩承载力的时候需要考虑负摩擦力对桩基承载力的影响。
张金水（2005）[7]对海边淤泥质土中，桩长20m、边长400mm、间距1.5m的预制方桩进行了负摩阻力影响试验，实测得到的试桩（无负摩擦）单桩极限承载力为700kN，工程桩（有负摩擦）单桩极限承载力为558kN，负摩擦的影响使得桩承载力下降了142kN（下降20%）。
负摩阻力对基桩的影响机理较为复杂，需要采用有限元数值模拟的方法来分析。
单桩极限承载力及沉降分析模型（轴对称问题）如图8所示，土层参数按表1取。
土层3（淤泥质粘土）土层4（粘土）土层5（粘土）土层6（粘土）根据现场情况，桩土顶部沉降差约在100mm左右。
当桩土相对位移为100mm 左右时，桩侧负摩阻力分析结果如图9所示。
从图9中可以看出，受桩土沉降差的影响，桩身上部（27m以上）承受负摩擦的作用，且15m深度范围内的桩侧负摩阻力已经达到极限值。
桩侧负摩阻力对单桩承载力的影响分析结果如图10所示，每级荷载为240kN。
从图10中可以看出，不考虑负摩擦影响时单桩Q~S计算曲线的拐点在第十一级，单桩极限承载力约为2640kN，对应桩顶沉降60.55mm。
考虑负摩擦影响时单桩Q~S计算曲线的拐点在第八级，对应桩顶沉降47.38mm，单桩极限承载力约为1920kN，负摩擦的影响使得桩承载力下降了720kN（下降27%）。
7. 后期正常使用阶段沉降预测分析后期堆煤计算高度10m，堆煤后基础最终沉降分析结果如图11所示。
从图11中可以看出，堆煤10m高（对应均布荷载100kPa），底板最大沉降约为384mm，在现有的基础上增长了190mm左右。
不均匀沉降差为12mm/m，换算成倾角为0.7o。
吊车梁高按15m计算，则吊车梁的水平位移最大计算值为180mm，即吊车梁的最大水平位移还会增长80mm左右。
如果单桩荷载达到1200kN（对应均布荷载为(1200-130)/(2*2.6)=200kPa），底板总的最终沉降约为535mm，在现有的基础上增长了340mm左右。
不均匀沉降差为16.7mm/m，换算成倾角为0.95o。
吊车梁高按15m计算，则吊车梁的水平位移最大计算值为250mm，即吊车梁的最大水平位移还会增长150mm左右。
8. 结论（1）打桩施工导致桩周土体产生很大的超静孔压，超静孔压的消散将导致基础底部土体出现大面积沉降，带动基桩与基础底板一起下沉，同时出现桩土分离情况。
（2）根据现场情况，桩土顶部沉降差约在100mm左右，桩土之间的沉降差会导致桩身上部承受较大的负摩阻力作用。
根据有限元数值模拟分析结果，不考虑负摩擦影响时单桩极限承载力约为2640kN，考虑负摩擦影响时单桩极限承载力约为1920kN，负摩擦的影响使得桩承载力下降了720kN（下降27%）。
（3）当煤场堆煤使用时，一方面受原有超静孔压消散的影响，另一方面受荷载的作用，基础底板沉降继续增大，底板沉降差与立柱的倾斜情况也显著增加，将严重威胁建筑物的正常使用。
为了消除土体沉降对建筑物尤其是立柱和吊车梁的影响，最终采用了将立柱基础与堆煤区底板割开的处理方法，以减少立柱的倾斜，保证吊车梁的安全使用。
参考文献[1] 阳军生, 刘宝琛. 沉桩引起的邻近地表移动及变形[J]. 工程勘查. 1999, 3: 1~3.[2] 姜朋明, 尹蓉蓉, 胡中雄. 打桩引起土体位移的计算分析[J]. 华东船舶工业学院学报. 2000, 14(2): 19~22.[3] 罗嗣海, 侯龙清, 胡中雄. 预钻孔孔径对部分挤土桩挤土效应的影响研究[J]. 岩土力学. 2002, 23(2): 222~224.[4] 杨生彬, 李友东. PHC管桩挤土效应试验研究[J]. 岩土工程技术. 2006, 20(3): 117~120.[5] 李月健. 土体内球形空穴扩张及挤土桩沉桩机理研究[D]. 浙江大学博士学位论文. 2001.[6] 华南理工大学, 东南大学, 浙江大学, 湖南大学. 地基及基础[M]. 中国建筑工业出版社. 1991.[7] 张金水. 淤泥质土中打入桩负摩阻力影响分析[J]. 水利工程建设. 2005, 2: 51~53.。
