论文部分内容阅读
【摘 要】 文章首先阐述了静压预应力管桩施工挤土效应预防的意义，然后分析了预钻孔对挤土效应的影响，最后对静压预应力管桩施工挤土效应的预防措施进行了探讨。
【关键词】 静压预应力，管桩施工，挤土效应
一、前言
挤土效应预防措施是静压预应力管桩施工中重要的一个组成部分，静压预应力管桩施工的挤土效应及预防措施的应用不仅关系着施工需要，而且与工程的质量都是息息相关的。
二、静压预应力管桩施工挤土效应预防的意义
静压桩承载力高，成桩质量有很好的保证，而且施工的时候噪音和振动比较小，没有泥浆污染环境，施工期短，沉桩速度快。由于具备了上述诸多的优点，在江苏、浙江、江西、陕西等软土和湿陷性黄土分布较广地区中常得到广泛应用，取得很好的效果，有着很好的应用前景。
众所周知，静压桩施工过程实际是一个挤土过程。特别是在饱和软土地层打桩，由于土在瞬时挤压力作用下的不可压缩，导致桩周土体产生相产生相当大的挤压应力，引起很高的孔隙水压力，同时沿桩周的土体受剪切破坏，桩周一定范围内的土体受到扰动产生变形。表现比较明显的，一是地面隆起、二是土体水平位移。实践表明，在挤土桩施工中经常对周围环境产生不利的影响，通常称为挤土效应。挤土效应还与土质、沉桩速率、流程和跟沉桩点的距离等有关。
静压桩挤土效应的研究虽然开展较早，但由于沉桩荷载传递机理涉及因素复杂，如土的变异性，桩与土之间的接触、滑移和摩擦效应，桩尖土体的压密和开裂，其中包含几何大变形、材料非线性及接触非线性等一系列复杂的问题，目前尚难以从理论上得到有效的分析和解决。因此，静压桩沉桩机理及挤土效应研究，不但有利于提高理论上的认识，而且对于估计静压桩的施工影响和指导设计具有现实意义。
三、预钻孔对挤土效应的影响
预钻孔的参数是指预钻孔的孔径和孔的深度。孔径和孔深的变化会直接影响这种措施的效果。通常采用的预钻孔直径不大于桩径的2/3，深度亦不大于桩长的2/3，当然这些限制条件可以根据具体的工程情况做一些改变。
1、预钻孔径对挤土效应的影响
预钻孔情况下，水平与竖向位移场沿着水平方向的变化规律和无预钻孔情况相一致，即随着径向距离的增加，其位移量逐渐减少。水平或竖向位移的大小是随着预钻孔径的增大而减少的，但随着径向距离的增加，不同的预钻孔径产生的位移量差值越来越小。但相同预钻孔径在地表面产生的挤土位移量是近似一致的。相同的预钻孔半径下，预钻孔深度越大，减少远场挤土效应的作用就越明显。
2、预钻孔深度对挤土效应的影响
在同样的孔径情况下，在最浅预钻孔深度范围内（0-5m）的位移基本是一致的。但超过此深度时（5-12m），所产生的水平位移场有明显的差别。即预钻孔深度越大，所产生的水平向挤土位移越小，但竖向挤土位移的差别不是很大。这可能是由于在深层土体中沉桩引起的竖向位移量较小，从而造成不同预钻孔深度在竖向位移场方面的差异较小。在预钻孔径较小时，预钻孔深度的大小对挤土位移改变量影响不是很大。但当孔径达一定值时（120mm），预钻孔越深，其影响的深度也就越大，即减少的位移量就越多。但是，这只限于水平向位移，而对竖向位移改变量的大小没有什么影响。
由此可见，预钻孔的孔径和孔深是影响挤土效应的重要参数，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。
四、静压预应力管桩施工挤土效应的预防措施
1、桩基础方案选择
在工程设计时，可以选择沉桩挤土影响小的桩基础方案。因为桩基础的形状会对土体位移分布产生较大影响。比如桩群形状如果不规则不对称，产生的侧向位移会更大；桩基内部如果存在高差，较低区域的隆起位移会增加而较高区域的反而会减少等。
2、采用疏桩设计
疏桩设计是指把建筑物按传统桩基设计确定的桩的数量与间距进行精减、疏布，来提高单桩的有效承载力，并发挥桩间土的承载力来补偿桩基，即上部荷载不再全部由桩承担而是由桩与桩间土共同来承担。
3、预钻排水孔
在桩基施工区域周边钻双排孔，孔深根据饱和土层而定，孔径可为250mm，孔距500mm左右。钻排水孔的作用是疏排孔深范围内的地下水，降低孔隙水压力，达到减小土体位移的目的。
4、设置防挤沟
为减小桩群对周围环境的影响，可在桩群与可能受影响建筑物之间开挖防挤沟，其宽度一般采用1.2～2.5m这种方法只能消除对土体浅层挤压作用，对于减少地面表层的位移效果较好，无法隔断深层挤土作用。
（一）控制压桩速率
在实际压桩过程中，应该控制每天的最多沉桩数目；每天进行测斜和水平位移测试。如果发现位移量较大则应立即减少沉桩数目；合理控制沉桩速率，使土体有足够的时间释放内力。
（二）合理安排压桩顺序
在实际压桩过程中，应该背离建筑物沉桩，因先压桩有“遮帘”作用，可削弱后排桩的挤土效应。
（三）钻孔取土
由于浅层挤土效应比较明显，因此采用钻孔取土来减少挤土效应。钻孔的直径略小于桩径，深度可取桩长的三分之一。
（四）设置钢板桩隔障
在压桩流水的垂直方向设置一排钢板桩，能大大减少建筑物所在土体的位移，这就相当于在挤土方向上置设了一个防挤土的隔障。
（五）设置排水砂井
砂井可为超孔隙水压力消散提供排水通道，加速其消散，使塑性区内土体产生体积压缩。目前常用砂井深度一般为10m左右，间距为1.5～2.0m，井径0.4m，在沉桩区四周一般设置2或3排。
（六）设置应力释放孔
应力释放孔分为场地外围钻释放孔和场地内钻释放孔两种。场地外释放孔通常是在围护一侧先钻一些500～800mm的钻孔，并用钢筋笼加上竹片护住孔壁，当沉桩向场地外围挤土扩张到达孔附近时，因孔中应力很低，流变的软泥优先挤入孔内，吸泥设备及时将软泥排出孔外，从而阻止软土向场外扩张，保护了邻近建筑物和管道。
（七）设置压桩的角度
在压入后一根桩时，其受到前面桩产生挤土效应的水平力和力矩共同作用下，的摩擦桩﹑的端承桩以及的嵌岩桩任意深度的桩身水平位移﹑转角如下：
5、施工后的补救措施
为保证桩的正常使用，完工后拟采用压密砂桩进行桩位的纠偏和采用桩机复压对桩顶标高的控制并对场地进行加固处理。先在场区进行实验，初步选定砂桩直径377mm，长度7.5mm。单根砂桩塑性区范围R=1.2m，塑性区边界位移u=10.46mm，预制桩中心位移17.6mm.若按桩距700mm，排距700mm，布置三排桩。可见，第一排可产生84mm的反向位移，第二排可产生56.5mm的反向位移。
6、静压桩的挤土效应
通过理论分析、數值模拟、工程经验三个方面分析沉桩，从而对静压桩的设计和施工两个方面提出相应处理预案，主要结论如下：a）施工前，可以选择沉桩挤土影响小的桩基础方案，如规则对称的庄群形状、桩基内部设置合理高差等。尽量采用疏桩设计，预钻排水孔和开挖防挤沟都可有效降低挤土效应。b）施工过程中，控制压桩速率、合理安排压桩顺序、采用钻孔取土、设置钢板桩隔障、设置排水砂井、设置应力释放孔均可降低压力，减少挤土效应。其中设置压桩的角度，由理论分析猜测得出，目前尚无实用于工程实践中。c）施工后，采用压密砂桩进行桩位的纠偏和采用桩机复压对桩顶标高的控制并对场地进行加固处理。
五、结束语
随着静压预应力管桩施工的不断完善，挤土效应及预防措施的应用将会得到更多管理者的重视，在施工技术不断完善的背景下，静压预应力管桩施工的挤土效应及预防措施将会发挥着越来越重要的作用。
参考文献：
[1]罗战友.静压桩挤土效应及施工措施研究.浙江大学博士学位论文，2011
[2]柏炯，张庆贺.打桩引起的振动和挤土效应的预测及防治.振动与冲击，2010
[3]龚晓南，李向红.静力压桩挤土效应中的若干力学问题.工程力学，2010
【关键词】 静压预应力，管桩施工，挤土效应
一、前言
挤土效应预防措施是静压预应力管桩施工中重要的一个组成部分，静压预应力管桩施工的挤土效应及预防措施的应用不仅关系着施工需要，而且与工程的质量都是息息相关的。
二、静压预应力管桩施工挤土效应预防的意义
静压桩承载力高，成桩质量有很好的保证，而且施工的时候噪音和振动比较小，没有泥浆污染环境，施工期短，沉桩速度快。由于具备了上述诸多的优点，在江苏、浙江、江西、陕西等软土和湿陷性黄土分布较广地区中常得到广泛应用，取得很好的效果，有着很好的应用前景。
众所周知，静压桩施工过程实际是一个挤土过程。特别是在饱和软土地层打桩，由于土在瞬时挤压力作用下的不可压缩，导致桩周土体产生相产生相当大的挤压应力，引起很高的孔隙水压力，同时沿桩周的土体受剪切破坏，桩周一定范围内的土体受到扰动产生变形。表现比较明显的，一是地面隆起、二是土体水平位移。实践表明，在挤土桩施工中经常对周围环境产生不利的影响，通常称为挤土效应。挤土效应还与土质、沉桩速率、流程和跟沉桩点的距离等有关。
静压桩挤土效应的研究虽然开展较早，但由于沉桩荷载传递机理涉及因素复杂，如土的变异性，桩与土之间的接触、滑移和摩擦效应，桩尖土体的压密和开裂，其中包含几何大变形、材料非线性及接触非线性等一系列复杂的问题，目前尚难以从理论上得到有效的分析和解决。因此，静压桩沉桩机理及挤土效应研究，不但有利于提高理论上的认识，而且对于估计静压桩的施工影响和指导设计具有现实意义。
三、预钻孔对挤土效应的影响
预钻孔的参数是指预钻孔的孔径和孔的深度。孔径和孔深的变化会直接影响这种措施的效果。通常采用的预钻孔直径不大于桩径的2/3，深度亦不大于桩长的2/3，当然这些限制条件可以根据具体的工程情况做一些改变。
1、预钻孔径对挤土效应的影响
预钻孔情况下，水平与竖向位移场沿着水平方向的变化规律和无预钻孔情况相一致，即随着径向距离的增加，其位移量逐渐减少。水平或竖向位移的大小是随着预钻孔径的增大而减少的，但随着径向距离的增加，不同的预钻孔径产生的位移量差值越来越小。但相同预钻孔径在地表面产生的挤土位移量是近似一致的。相同的预钻孔半径下，预钻孔深度越大，减少远场挤土效应的作用就越明显。
2、预钻孔深度对挤土效应的影响
在同样的孔径情况下，在最浅预钻孔深度范围内（0-5m）的位移基本是一致的。但超过此深度时（5-12m），所产生的水平位移场有明显的差别。即预钻孔深度越大，所产生的水平向挤土位移越小，但竖向挤土位移的差别不是很大。这可能是由于在深层土体中沉桩引起的竖向位移量较小，从而造成不同预钻孔深度在竖向位移场方面的差异较小。在预钻孔径较小时，预钻孔深度的大小对挤土位移改变量影响不是很大。但当孔径达一定值时（120mm），预钻孔越深，其影响的深度也就越大，即减少的位移量就越多。但是，这只限于水平向位移，而对竖向位移改变量的大小没有什么影响。
由此可见，预钻孔的孔径和孔深是影响挤土效应的重要参数，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。
四、静压预应力管桩施工挤土效应的预防措施
1、桩基础方案选择
在工程设计时，可以选择沉桩挤土影响小的桩基础方案。因为桩基础的形状会对土体位移分布产生较大影响。比如桩群形状如果不规则不对称，产生的侧向位移会更大；桩基内部如果存在高差，较低区域的隆起位移会增加而较高区域的反而会减少等。
2、采用疏桩设计
疏桩设计是指把建筑物按传统桩基设计确定的桩的数量与间距进行精减、疏布，来提高单桩的有效承载力，并发挥桩间土的承载力来补偿桩基，即上部荷载不再全部由桩承担而是由桩与桩间土共同来承担。
3、预钻排水孔
在桩基施工区域周边钻双排孔，孔深根据饱和土层而定，孔径可为250mm，孔距500mm左右。钻排水孔的作用是疏排孔深范围内的地下水，降低孔隙水压力，达到减小土体位移的目的。
4、设置防挤沟
为减小桩群对周围环境的影响，可在桩群与可能受影响建筑物之间开挖防挤沟，其宽度一般采用1.2～2.5m这种方法只能消除对土体浅层挤压作用，对于减少地面表层的位移效果较好，无法隔断深层挤土作用。
（一）控制压桩速率
在实际压桩过程中，应该控制每天的最多沉桩数目；每天进行测斜和水平位移测试。如果发现位移量较大则应立即减少沉桩数目；合理控制沉桩速率，使土体有足够的时间释放内力。
（二）合理安排压桩顺序
在实际压桩过程中，应该背离建筑物沉桩，因先压桩有“遮帘”作用，可削弱后排桩的挤土效应。
（三）钻孔取土
由于浅层挤土效应比较明显，因此采用钻孔取土来减少挤土效应。钻孔的直径略小于桩径，深度可取桩长的三分之一。
（四）设置钢板桩隔障
在压桩流水的垂直方向设置一排钢板桩，能大大减少建筑物所在土体的位移，这就相当于在挤土方向上置设了一个防挤土的隔障。
（五）设置排水砂井
砂井可为超孔隙水压力消散提供排水通道，加速其消散，使塑性区内土体产生体积压缩。目前常用砂井深度一般为10m左右，间距为1.5～2.0m，井径0.4m，在沉桩区四周一般设置2或3排。
（六）设置应力释放孔
应力释放孔分为场地外围钻释放孔和场地内钻释放孔两种。场地外释放孔通常是在围护一侧先钻一些500～800mm的钻孔，并用钢筋笼加上竹片护住孔壁，当沉桩向场地外围挤土扩张到达孔附近时，因孔中应力很低，流变的软泥优先挤入孔内，吸泥设备及时将软泥排出孔外，从而阻止软土向场外扩张，保护了邻近建筑物和管道。
（七）设置压桩的角度
在压入后一根桩时，其受到前面桩产生挤土效应的水平力和力矩共同作用下，的摩擦桩﹑的端承桩以及的嵌岩桩任意深度的桩身水平位移﹑转角如下：
5、施工后的补救措施
为保证桩的正常使用，完工后拟采用压密砂桩进行桩位的纠偏和采用桩机复压对桩顶标高的控制并对场地进行加固处理。先在场区进行实验，初步选定砂桩直径377mm，长度7.5mm。单根砂桩塑性区范围R=1.2m，塑性区边界位移u=10.46mm，预制桩中心位移17.6mm.若按桩距700mm，排距700mm，布置三排桩。可见，第一排可产生84mm的反向位移，第二排可产生56.5mm的反向位移。
6、静压桩的挤土效应
通过理论分析、數值模拟、工程经验三个方面分析沉桩，从而对静压桩的设计和施工两个方面提出相应处理预案，主要结论如下：a）施工前，可以选择沉桩挤土影响小的桩基础方案，如规则对称的庄群形状、桩基内部设置合理高差等。尽量采用疏桩设计，预钻排水孔和开挖防挤沟都可有效降低挤土效应。b）施工过程中，控制压桩速率、合理安排压桩顺序、采用钻孔取土、设置钢板桩隔障、设置排水砂井、设置应力释放孔均可降低压力，减少挤土效应。其中设置压桩的角度，由理论分析猜测得出，目前尚无实用于工程实践中。c）施工后，采用压密砂桩进行桩位的纠偏和采用桩机复压对桩顶标高的控制并对场地进行加固处理。
五、结束语
随着静压预应力管桩施工的不断完善，挤土效应及预防措施的应用将会得到更多管理者的重视，在施工技术不断完善的背景下，静压预应力管桩施工的挤土效应及预防措施将会发挥着越来越重要的作用。
参考文献：
[1]罗战友.静压桩挤土效应及施工措施研究.浙江大学博士学位论文，2011
[2]柏炯，张庆贺.打桩引起的振动和挤土效应的预测及防治.振动与冲击，2010
[3]龚晓南，李向红.静力压桩挤土效应中的若干力学问题.工程力学，2010