PHC管桩挤土效应试验研究

静压PHC管桩在砂土地区挤密效应的研究分析发布时间：2022-01-06T08:14:07.866Z 来源：《建筑实践》2021年9月26期作者：汤怀亮[导读] 地面下存在饱和砂土和粉土时，静压PHC管桩在施工时对桩身周围的土体有挤密作用汤怀亮南通勘察设计有限公司江苏南通 226006摘要：地面下存在饱和砂土和粉土时，静压PHC管桩在施工时对桩身周围的土体有挤密作用，同时会产生超静孔隙水压力，对周边的建（构）筑物有一定的不利影响。

通过对某工程实测监测数据研究分析，说明静压PHC管桩沉桩时需采取合理的沉桩顺序和速率，以减少挤土效应对周边建（构）筑物的不利影响，确保工程安全。

关键词：静压PHC管桩、挤土效应、施工监测1前言随着我国经济的高速发展，沿海区域城镇化进程加快，对于荷载较大的建筑物需采用桩基础，其中静压预应力混凝土管桩由于机械自动化程度高，施工作业现场无噪音和环境污染，能缩短施工工期，节约工程造价等明显优势，在南通地区静压PHC管桩运用甚多。

南通地区属第四纪沉积物丰富，沉积作用较强，整体上部和中下部地层以砂土为主，预制管桩一般采用中密～密实的粉砂土作为桩端持力层。

预制管桩压入砂土或粉土地层时，桩体挤压桩身周边的土体，会产生超静孔隙水压力，由于砂土和粉土地层的渗透性中等，超静孔隙水压力能传播较远，影响范围大，在群桩作用时，沉桩的挤土效应尤为明显，若不对沉桩顺序和速率加以控制，对邻近的建（构）筑物会产生破坏性的危害。

2场地概况2.1工程概况某项目位于南通市海门区，为高层酒店项目，主楼层数为27～29层，裙楼为3～4层，设有2层地下室，总建筑面积约49760.0m2，其中地上建筑面积约为42860.0m2，地下面积约为6900.0m2。

采用桩筏基础，上部为框架剪力墙结构。

东侧和北侧为已建3层别墅住宅和商业，其余两侧为已建市政道路，道路下已铺设雨（污）水管道和电缆。

2.2工程地质条件根据勘探结果，在钻孔深度70.45m内地基土根据土的成因和物理力学性质的差异，将本次勘探深度范围内的土层分成13个工程地质层，自上而下分述如下：（1）素填土（层1）：灰黄、灰色。

1、压桩速度不要太快，控制每天压桩的数量；2、有必要的话，采用跳跃式压桩，离建筑物近的地方不要连续性压桩；3、可以在压桩场地与采用用浅基础的建筑物之间挖一条沟，减少对土的挤压，与深基础的建筑物之间可以打钢板桩。

管桩施工论文该帖被浏览了254次 | 回复了0次PHC管桩沉桩挤土效应及预防措施夏林兵 (冶金工业部华东勘察基础工程总公司)摘要：PHC管桩为挤土沉桩模式，则沉桩过程中的挤土效应研究对设计、施工具有重要意义。

通过研究PHC管桩的挤土机理和效应，分析了PHC管桩的挤土效益对环境和工程的影响，提出了一些预防措施以减小桩的挤土效益带来的危害。

关键词：PHC管桩；挤土效应；预防措施PHC管桩(预应力高强度混凝土管桩)属于挤土沉桩模式，一般采取动力打桩的沉桩工艺，以其耐打、耐压、穿透能力强、单桩竖向承载力高、抗震性能好、耐久性好、造价适宜、施工工期短、施工现场文明整洁等特点，近年来倍受业主、施工单位和设计人员的青睐。

沉桩挤土效应的影响范围和挤土的作用力是相当大的，特别是在饱和的软土地区，对基础埋深浅、结构差的建筑物和对变形敏感的地下管线等危害更大。

现代化城市中大量的市政基础设施如地下铁道、合流污水渠道、煤气、供水电、通讯等管线都埋在地下，如果在这些设施或其他一些建构筑物附近进行沉桩施工时，沉桩挤土效应会对其产生很大影响。

当将PHC 管桩用作支护桩时，在确定桩间距时就必须考虑沉桩挤土效应，同时在基坑开挖过程中也要考虑挤土效应。

所以研究PHC管桩的挤土效益以及其影响和预防措施是十分必要的。

1 沉桩挤土机理沉桩施工时，往往由于沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动，改变了土体的应力状态，相当于桩体积的土体向四周排挤，成了桩周颗粒的复杂运动，使桩周土体发生变化(桩周土体变化状况如图1所示)，这种变化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”，产生较大的剪切变形，形成具有很高孔隙水压力的扰动重塑区，降低了土的不排水抗剪强度，促使桩周邻近土体会因不排水剪切而破坏，与桩体积等量的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和隆起。

换流站工程PHC静压管桩挤土效应的危害及控制措施摘要：PHC管桩作为一种重要的地基基础处理形式，它具有以下优点：承载力高、质量可靠、运输吊装方便、施工周期短、利于现场安全文明施工等。

但它也具有地耐力要求高、压持力（夹持力）过大易造成桩身破碎、造价相对较高、施工时会引起挤土效应等缺点。

特别是挤土效应，如果没有有效的控制措施，会给工程的施工质量和施工进度造成较大的影响。

结合换流站的工程实际，就PHC管桩挤土效应的危害和控制措施做如下分析。

关键词：PHC管桩、挤土效应、防治措施1.PHC管桩的简介及在换流站工程的应用PHC 管桩即预应力高强度混凝土管桩，是一种比较普遍的桩基处理方式。

它具有单桩承载力高，使用地域广、建筑类型多，成桩质量可靠程度高，施工周期短等优点。

在沉桩过程中，油压值可直观、准确地读出，因而能精确判断桩基承载力。

同里换流站地基土主要包括①1素填土、①2淤泥、②粉质粘土、③淤泥质粉质粘土、④粉质粘土等，地质条件符合管桩的施工条件。

另外换流站工程具有荷载大、沉降变形控制要求高、工期相对较紧等特点，因此在同里换流站大部分建、构筑物的地基处理采用了PHC静压管桩。

2. 挤土效应的危害及原理PHC管桩施工的过程其实是一个挤土过程，桩周土体在成桩过程中，桩周受到径向挤压和竖向挤压作用，应力应变状态发生很大变化，离桩体一定范围内的土体结构、密度及含水量发生相应改变，这种综合的效应成为挤土效应管桩施工挤土效应的原理分析目前最为常见的是圆孔扩张理论，当静压桩在贯入过程中，会引起桩周土体的复杂运动，单桩周围土体位移方式大致是：当桩贯入时，桩尖周围土体被排挤出现水平向和竖直向位移，并产生扰动和重塑，在桩身附近离地面约四倍桩径深度范围内，土体发生一定的地面隆起，当贯入深度较大时，由于上覆土层的压力，土体主要沿径向向外挤出，在邻近桩尖处，土体有向下及径向移动。

根据圆孔扩张理论，桩周土的变形类似一个圆柱形孔扩张而引起的变形，在沉桩后土体主要位移图示及桩轴土体中形成的几个性质不同的区域图示见图1图1桩周土分区Ⅰ区：强烈重塑区，紧贴桩身，在沉桩过程中经历了大位移，且由于桩身拖曳，结构完全破坏；Ⅱ区：塑性区，受沉桩影响严重，土体发生较大位移和塑性变形；Ⅲ区：弹性区，受沉桩影响，但土体保持弹性状态；Ⅳ区：该区不受沉桩影响；Ⅴ区：桩端塑性区。

静压管桩挤土效应的实践与认识作者：匡祥文来源：《装饰装修天地》2020年第12期摘 ;要：本文以某商住楼项目的桩基工程为实例，参照相关技术规范，分析打桩过程中挤土效应产生的机理及危害影响，探讨减少静压管桩挤土效应而采取的相应工程处理措施。

关键词：静压管桩;挤土效应;工程措施1 ;引言20世纪90年代以来，在镇江地区的工民建筑和桥梁等工程中预应力高强混凝土管桩（PHC桩）被广泛应用，而采用静压法施工的预应力高强混凝土管桩可获取较大的承载力，且制作方便，质量可靠，材料强度高，耐久性强，承载力高，施工建设快、交通运输方便，经济效益显著，具有广泛的应用前景，但也有其相对缺点，静力压桩的机械笨重，占地大，对场地尺寸和表层地基承载力有要求，因其属于排土置换桩，桩周土体被挤压、扰动、破坏可能导致浅部地面隆起，土层中的超静孔隙水压力增加，危及相邻已有建（构）筑物和地下设施的安全，也会对已完成的基桩产生破坏性影响。

本文以镇江市扬中某商住楼项目的桩基工程为实例，介绍了采用静压法施工过程中挤土效应的产生机理及危害影响，减少挤土效应而采取的相应工程处理措施。

2 ;工程概况该项目位于镇江市扬中三茅街道，建筑面积为156586m2，包括4幢18+1层住宅楼，4幢6+1层住宅楼，1幢2层沿街商铺及一个基底面积为28555m2的地下室车库。

经实地勘查地下室边界东侧紧靠原有住宅小区，南侧紧靠新建联排别墅，西侧为市政道路，这三个方向都不具备基坑放坡开挖条件。

（1）场地工程地质情况：该工程场地地貌类型为长江冲积形成的新三角洲平原，沉积了巨厚的第四系松散层，地基土从上至下分别为第四系全新统（Q4）①杂填土、第四系全新统（Q4）长江冲淤积形成的②粉质黏土夹粉土、③淤泥质粉质黏土夹粉土、④粉砂夹粉土、⑤粉砂、⑥粉砂、⑦粉细砂、⑧粉细砂、⑧’粉土夹粉砂、第四系上更新统（Q3）冲积相⑨粉质黏土夹砂、⑩中细砂。

其中②、③层土为软弱土层，④层土为轻微液化土层。

1引言管桩在沉桩过程中产生的挤土效应，会使周围土体发生一定量的变形，并使土体内的孔隙水压力增加，从而对施工周边环境造成影响，甚至发生重大事故。

为此，笔者结合京沪高速铁路正线路基PHC 管桩沉桩过程的监测结果，研究分析管桩在沉桩过程中土体变形和孔隙水压力的变化规律，以便为施工单位进行管桩施工、控制施工流程与速率提供依据。

2工程概况该工程位于京沪高速铁路上海虹桥站站前，路基结构形式分为正线路基和动车走行线路基两类。

其中正线路基的里程桩号为DK1300+586.04～DK1301+200，其基础采用打入式管桩，管桩直径为500mm ，桩长为25～32m 不等，间距一般为2.4m ，呈正方形布置；走行线路基地基加固采用搅拌桩或搅拌桩加塑排的处理形式，搅拌桩直径为500mm 、桩长7m 、间距1.2m ，塑排板长度为14m 、间距1.2m 。

本区段中正线路基和动车走行线路基紧密相连。

因设计变更，走行线路基的搅拌桩已先期完成，导致PHC 管桩施工在搅拌桩施工之后。

考虑到管桩施工的振动挤土效应会使搅拌桩产生位移和变形，甚至影响成品搅拌桩质量，为了解管桩施工过程的挤土效应，对沉桩过程进行了监测。

3工程地质概况本区段地处长江三角洲平原区，地势平坦宽阔，河渠纵横，水塘密布，均为第四系覆盖层，系江河、湖泊、海相沉积形成，广泛分布淤泥质软土层。

该软土层具有强度低、压缩性高的特点，需进行地基加固处理。

地表广泛分布人工填土，厚度为0.5～5.0m ；其下分布有0.8～4.0m 的粉质粘土；再往下即为淤泥质粘土和砂性土。

地下水位较高，埋深一般不大于0.5m 。

4监测方案根据该工程的沉桩特点、地质资料及周边环境情况，对走行线路基搅拌桩加固区内土体的深层水平位移及孔隙水压力变化进行监测，重点监测土体内成品搅拌桩桩体的变形情况。

施工区域内共设置两个监测【摘要】管桩在沉桩过程中产生的挤土效应，会使周围土体发生一定量的变形，并使土体内的孔隙水压力增加，从而对施工周边环境造成影响，甚至发生重大事故。

PHC管桩挤土效应的理论分析与有限元模拟摘要：本文首先将不同的土体参数带入圆孔扩张理论推导出的解析解中，对圆孔扩张后桩周土体的应力进行分析；其次利用Abaqus有限元软件，土体采用摩尔-库仑模型，对沉桩后桩周土体的应力位移进行分析；最后将圆孔扩张理论计算的结果与有限元模拟的结果进行对比分析，对PHC管桩的挤土效应进行分析。

关键词：挤土效应；圆孔扩张理论；应力位移；Abaqus0 引言目前沉桩挤土效应的常用的理论研究方法主要有圆柱孔扩张法、应变路径法及有限元法。

研究金属压痕的圆柱孔扩张理论于1945年首次由Bishop提出[1]。

Gibson于1961利用该理论来解决岩土工程中遇到的问题，可以分析桩的承载力及静力触探等问题，并取得了较好的效果，现已发展成为分析沉桩对周围环境影响的最为广泛的一种方法。

Butterfield等[2]人首次提出将平面应变问题病变下的柱形孔扩张问题来解决桩体贯入问题；Randolph等[3]分析了粘土中沉桩产生的应力及打桩结束后土体的固结等问题；李月健等[4]推导得了沉桩时土体内产生的应力场、孔隙水压力场和打桩前后土体强度变化的解析解；刘裕华等[5]对管桩进行弹塑性分析，得到塑性区半径和土体位移等解析表达式；李月健[6]研究了打桩对砂土地基挤密效应及液化状态的研究，推导出挤土桩打桩结束后土体内产生各点应力的理论计算公式；聂重军等[7]得到了管桩桩周土的应力场、位移场和最终扩张压力的解析解答；1 圆孔扩张理论1.1理论简介研究金属压痕的圆柱孔扩张理论于1945年首次由Bishop提出[8]。

Gibson 于1961利用该理论来解决岩土工程中遇到的问题，可以分析桩的承载力及静力触探等问题，并取得了较好的效果，现已发展成为分析沉桩对周围环境影响的最为广泛的一种方法。

圆柱孔扩张理论包括圆孔扩张理论与柱孔扩张理论。

运用圆孔扩张理论时常假设土体为均匀、各向同性的理想的弹塑性材料，并服从莫尔—库仑屈服准则；土体屈服不受静水压力的影响；土体中存在一个半径为R0的圆孔，受到均一的应力状态。

山东黄河冲积平原PHC管桩桩周土工程特性研究PHC管桩，即预应力高强度混凝土管桩，是采用先张预应力离心成型工艺，并经过10个大气压、1800℃左右的蒸汽养护，制成一种空心圆筒型混疑土预制构件。

PHC管桩具有承载能力高，质量稳定，穿透力强，施工速度快。

施工方便，价格点等诸多优点，因而得到了广泛的应用。

由于山东省还没有针对PHC管桩的规范，广大工程人员对其受力性状和承载性能还不是很清楚，特别是关于PHC管桩桩周土的挤密效果和液化特性，所以在设计中大多借鉴其他类型的桩，但随着生产实践的开展，人们逐渐意识到PHC管桩桩周土的工程特性和其它类型桩存在很大差异。

因此本项目开展山东黄河冲积平原区PHC管桩桩周土工程特性研究。

PHC管桩对桩周土工程特性有很大影响。

为了查明这种工程特性，本项目依托山东电力工程咨询院有限公司现有工程项目，对山东黄河冲积平原区大唐临清和滨州电厂的工程场地进行原位测试和现场试验,研究其沉桩过程中对桩周土挤土效应的变化规律，并评价其沉桩过程对可液化土层液化性的影响。

并应用FLAC.3D数值模拟软件建立了挤土桩作用下厚液化土层在水平振动下的动力应变模型,经过分析,得到了振动情况下液化发展特性。

研究成果不仅为电厂工程的PHC管桩设计提供依据，减少工程设计费用，而且可在山东黄河冲积平原区进行推广，以指导整个地区的工程建设。

开口管桩挤土效应研究及解决方案探讨胡德生（广州市城市建设开发集团有限公司，广州）摘要：研究了开口管桩的挤土效应产生机理，提出了土塞长度的计算方法，提出了减小土塞效应的解决方案-----内润滑管桩，探讨了内润滑管桩的可行性及应用前景。

关键词：管桩挤土效应解决方案1.开口管桩施工的挤土效应管桩包括钢管桩和预应力混凝土管桩。

它们使用非常广泛，其优点有：节省材料，承载力高，穿透性好，挤土效应低。

但开口管桩作为一种半挤土桩，其挤土效应仍限制了其应用范围。

因在沉桩过程中会形成土塞，其长度通常为1/3～2/3桩长，排土体积仍然很大。

目前解决开口管桩挤土效应的方法有如下几种：1）预钻孔施工。

预先在桩位处钻孔，通常直径为2/3桩径，深度为2/3桩长。

该法非常有效，但施工成本高。

2）射水施工。

在桩管内设置高压水枪，在沉桩过程中，高压射水，打碎土体结构，有效降低桩土摩擦。

且射水同时，还可以伴随振动沉桩，更有利于桩管内土体和泥浆排出。

但该法施工成本亦较高，排出泥浆污染施工场地，对桩承载力有一定影响，现常用于桥梁工程中大型预应力混凝土管桩施工。

3）挖沟保护。

在施工场地周围挖沟，或填入松散材料，减少表层土的挤压效应，有效保护浅埋管线。

该法作用有限，且并未降低管桩挤土效应，只降低其危害。

2.内润滑管桩挤土效应产生的机理管桩内土塞的受力状况见图1。

沉桩过程中，桩底反力P≥F+G。

当桩底反力不能克服强大的阻力（F+G），土塞就形成了。

土体移动方向桩底反力桩管与土体间的水平压力图1 管桩内土塞的受力状况gh h G ρ=)(；))()(()(2rh F h G uk h f π+=； dh h rf h F h ⎰=0)(2)(π；ukh f r h F h G h P )(/)()()(2=+=π； 其中：)(h G 为深h 处的重应力；)(h f 深h 处的摩擦应力；)(h F 为从深0处(土塞顶)至深h 处(土塞底)的摩擦力总和；)(h P 为深h 处的桩底反力应力；ρ为土体密度；g 为重力加速度；h 为土塞计算高度；r 为桩管内土塞半径；k 为垂直土应力与水平土应力的比例系数；u 为土塞与桩壁的摩擦系数。

PHC静压管桩土塞效应的传递机理摘要：本文简要的介绍了土塞受力分析及其相应的数学解析解，阐述了土塞效应和挤土效应两者相互制约，相互影响。

砂土的拱效应是越密实的砂性土越易形成更高的土塞的原因，挤土效应对桩侧摩阻力的影响需要对不同土塞率的开口桩和闭口桩进行平行对比试验得出结论，最后基于挤土效应和土塞效应对桩的极限承载力进行修正。

关键词：土塞效应土塞填充率挤土效应1.前言PHC管桩沉桩过程中，桩端土一部分被排向桩周，另一部分涌入管桩内形成土塞，由于土塞与管桩内壁之间存在复杂的相互作用，导致了PHC静压管桩土塞效应的机理比较复杂，而且土塞与管壁的内摩阻力难以用理论计算公式精确地计算出来。

现行的《建筑桩基技术规范》中基于土塞效应的单桩极限承载力计算公式计算出的极限承载力计算值往往比静载实测的试验值偏小，由于土塞的存在，使得桩侧阻力与桩端阻力和闭口桩相应值存在区别。

直接利用规范或勘察报告给出的值不完全合理，所以对PHC管桩的土塞效应研究是非常必要的。

2.土塞的受力不排水条件情况下，土塞的端阻力（1）；β为水平有效应力与竖向有效应力之比，d为内径，为土塞的有效高度，h土塞的有效高度，文献【1】根据打桩前土层与打桩后土塞的静力触探阻力的比较，认为有效高度h取10径为宜，由于钢管桩和混凝土管桩内壁的光滑程度是不同的，结合土塞实测值有效高度h=0.25H，带入公式（1）化简得，（2）H为土塞的高度；完全排水条件情况下，土塞的端阻力（3）；文【2】介绍了β的计算公式，。

文【3】做出了β与PLR的经验公式，（4）在排水条件下,在桩端部分的土塞将产生拱效应，拱效应的将产生很大的内摩阻力，这也就解释了砂土越密实，土塞率越大的现象，拱效应的机理是在沉桩过程中当土塞受到向上的挤压力，进而土体被压缩，当土塞受到的挤压力超过了其本身土体的抗剪强度时，土塞内拱发生剪切和膨胀破坏，桩端土继续涌入管桩内形成新拱。

涌入管桩内的砂土经历一个拱的形成与破坏交替循环过程。