樁基施工引起的擠土效應(yīng)分析及預(yù)防措施

1、樁基施工引起的擠土效應(yīng)分析及預(yù)防措施摘要：敘述了打樁施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境的影響，以及產(chǎn)生這種影響 的關(guān)鍵因素，并就如何消除這些影響提出了一些防治措施。關(guān)鍵詞：樁基施工；擠土效應(yīng)；防治措施在現(xiàn)代城市建設(shè)中，由于高層建筑物的不斷增多，樁基礎(chǔ)成為常用的基礎(chǔ)形式。它有許 多優(yōu)點(diǎn)，如實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)、施工簡(jiǎn)便等。但在城市建筑物密集區(qū)因打樁作業(yè)引起的環(huán)境 病害明顯增多。樁基施工對(duì)周圍環(huán)境的影響已經(jīng)直接影響到工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度、造價(jià)甚 至企業(yè)經(jīng)營(yíng)和社會(huì)形象，特別是樁基施工引起的擠土效應(yīng)，有時(shí)會(huì)造成無(wú)法挽回的損失。社會(huì) 要向前發(fā)展,舊城區(qū)要改造，在建造新建筑物的同時(shí)，又不致影響原有建筑的正常使用，因

2、此，對(duì)樁 基施工產(chǎn)生危害的現(xiàn)象進(jìn)行分析并采取經(jīng)濟(jì)合理的預(yù)防措施是十分必要的并且是一個(gè)具有社 會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的重要課題。1擠土效應(yīng)概述1.1什么是擠土效應(yīng)當(dāng)大量的預(yù)制樁打入地基地中，相當(dāng)于樁體體積的土體就向四周排擠，使樁周圍的土受 到嚴(yán)重的擾動(dòng)。在打樁時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和擠壓的影響下，無(wú)論是地表或深層的土體都會(huì)發(fā)生變 形。在地表附近的土體是向上隆起，而在地表以下較深層地土體，由于覆土層的壓力作用， 不能向上隆起，就向水平方向排擠，這就是打樁的擠土效應(yīng)。它使周圍土體結(jié)構(gòu)破壞，從而 使土體向上隆起和向四周產(chǎn)生側(cè)各位移。1.2樁施工擠土機(jī)理及其規(guī)律在軟弱土層中打樁時(shí)，地面下土體受到來(lái)自不同方向的

3、擠壓擾動(dòng)，樁周土體最先達(dá)到塑性流 動(dòng)和結(jié)構(gòu)性破壞，較遠(yuǎn)距離的土體仍處于彈性階段。擠土影響主要是樁入士時(shí)將擠開相應(yīng)體積 的土體，在樁周飽和軟粘土中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，樁周土體孔隙水壓力迅速提高，土體抗剪強(qiáng) 度大為降低。經(jīng)擾動(dòng)的土體極易蠕變表現(xiàn)為地表、淺層和深層土體發(fā)生豎向和水平的位移 其數(shù)值和范圍（半徑約為樁入士深度）相當(dāng)可觀，直到超靜孔隙水壓力消散，并恢復(fù)到常值,擠土對(duì) 相鄰建筑的地下設(shè)施的危害才會(huì)停止。此外擠土可造成已打入的樁上浮、側(cè)移或撓曲；在粘性 土中打樁常發(fā)生地表隆起。大量的土體位移常導(dǎo)致鄰近建筑物基礎(chǔ)上抬、結(jié)構(gòu)變形、地坪和 墻面開裂;損壞地下管線和設(shè)施以及邊坡失穩(wěn)等一系列環(huán)境事故。2

4、擠土效應(yīng)的表現(xiàn)1孔隙水壓力急劇上升，產(chǎn)生很高的超級(jí)孔隙水壓力樁群越大越密，則孔隙水壓力越高，涉及面越廣，消散越慢。實(shí)孔隙水壓力上升是使樁、 土產(chǎn)生位移的重要原因之一。壓樁過(guò)程中孔隙水壓力升高，造成土體破壞，未破壞的土體也 會(huì)因孔隙水壓力的不斷傳播和消散而蠕變，也會(huì)導(dǎo)致土體的垂直隆起。2地基土發(fā)生豎向水平位移樁群越密越大，土的移位也越大，地面隆起量可達(dá)50cm60cm,有時(shí)甚至達(dá)70cm 80cm?？赡茉斐山徱褖喝氲臉懂a(chǎn)生上浮，樁端被懸空”，使樁的承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求； 也會(huì)造成樁位偏移和樁身翹曲折斷等質(zhì)量事故；并可使相鄰建筑物和市政設(shè)施的發(fā)生不均勻 變形以致?lián)p壞。3已打入樁被上抬和產(chǎn)生側(cè)向位

5、移打樁雖然會(huì)使土體產(chǎn)生很大的水平位移，但如果是打樁順序合理，從中心逐漸向外側(cè)對(duì) 稱施工，使樁所產(chǎn)生的水平位移卻并不大。所以必須重視打樁使土體產(chǎn)生很大水平位移的影 響，它的影響范圍廣，對(duì)鄰近建筑的威脅大。3擠土效應(yīng)的影響因素1樁長(zhǎng)的影響容易理解，土體位移與樁長(zhǎng)必定呈正相關(guān)關(guān)系。而兩者又非呈簡(jiǎn)單的直線關(guān)系。從經(jīng)驗(yàn) 公式知，土體的位移與樁的截面積呈正比，而與測(cè)點(diǎn)到群樁形心的距離成反比?？梢园l(fā)現(xiàn)， 增加樁長(zhǎng)對(duì)水平位移的影響比對(duì)垂直位移的影響要大。也就是說(shuō)，深部樁的擠土作用將更多 地引起土體的水平位移。2樁型的影響高層建筑的基礎(chǔ)樁除了使用鋼筋砼樁外，尚有部分工程使用鋼管樁。從表面上看，鋼管 樁的壁厚僅1

6、1mm，樁的排土量應(yīng)不會(huì)太大，打入時(shí)所造成的土體位移也不應(yīng)該太大。但事 實(shí)上，鋼管樁的擠土作用仍然是相當(dāng)大的，這主要是由樁的土塞效應(yīng)所決定的。即開口鋼管 樁在打入時(shí)，土不斷被擠入管內(nèi)，但并不是所有的樁端處的土均被擠入管內(nèi)，也有部分土被 擠向側(cè)面。樁視作實(shí)心混凝土樁計(jì)算。3打樁速率的影響打樁速率對(duì)土體變形的影響主要是由超孔隙水壓力引起的。打樁時(shí)，超孔隙水壓力的增 長(zhǎng)速度比其消散速度要快得多，但在打樁間隙，超孔隙水壓力卻會(huì)明顯回落。根據(jù)相關(guān)監(jiān)測(cè) 資料，土體位移在經(jīng)過(guò)了一夜的施工間隙后，其回彈值是相當(dāng)可觀的，土體的變形，實(shí)際上 是呈鋸齒狀變化上升的。但如果不控制打樁速率而晝夜不停地打樁，那么就不存在

7、這種鋸齒 狀的變化，而是呈直線上升。4打樁順序的影響由于先打入的樁對(duì)后來(lái)打樁產(chǎn)生的土體位移，能產(chǎn)生阻擋作用，故打樁順序?qū)Σ煌课?土體的位移量也能起到控制作用。據(jù)此，也能通過(guò)安排不同的打樁順序來(lái)不同程度地控制土 體在不同部位的位移量。4擠土效應(yīng)的防治措施樁基施工中，由于擠土效應(yīng)的影響，造成地基變形，出現(xiàn)地面隆起，土體向四周側(cè)向位 移的現(xiàn)象是不可避免的。只要能根據(jù)具體情況，制定出合理的打樁施工方案和采取相應(yīng)的合 理措施，是可以把打樁施工中所造成的危害降低限度的。具體措施如下：4.1樁基施工前的工程措施1設(shè)置應(yīng)力釋放孔研究表明，在樁位之間預(yù)鉆孔，可有效釋放擠土樁壓樁過(guò)程產(chǎn)生的壓力，減小擠土效應(yīng)。

8、在需要保護(hù)的地下管線或建筑物一側(cè)設(shè)置一排應(yīng)力孔，可有效減小擠土效應(yīng)的影響。預(yù)鉆孔 數(shù)量根據(jù)布樁量和平面布樁系數(shù)確定，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況調(diào)整。2設(shè)置防擠槽在壓樁區(qū)和要保護(hù)的建筑物之間開挖防擠槽，可在槽內(nèi)回填砂或者其它松散材料，這種 防擠槽對(duì)于減少地基淺層的位移效果較好，用于淺埋管線的保護(hù)很好。防擠槽應(yīng)挖通，否則 會(huì)引起應(yīng)力集中，影響路面和地下管線的安全。防擠槽和應(yīng)力釋放孔可同時(shí)使用。3設(shè)置排水砂井或塑料排水帶在打樁區(qū)的四周或者群樁之間，設(shè)置排水砂井或塑料排水帶。在擠土樁施工過(guò)程中，地 基土中產(chǎn)生超孔隙水壓力，此時(shí)，土中水可通過(guò)砂井或排水帶板排出地面，土體排水固結(jié)， 體積減小，可有效減小擠土樁形

9、成的擠土效應(yīng)。4.2樁基施工期間的工程措施1控制打樁速率在地基中，壓樁施工進(jìn)度快，地基土體中孔隙水壓力值增加快，土體抗剪強(qiáng)度降低明顯， 地基土體的變形值大，而且擴(kuò)大了超孔隙水壓力和地基變位的影響范圍，所以樁基施工應(yīng)嚴(yán) 格控制每天壓樁的數(shù)量?？刂拼驑端俾剩瑴p慢壓樁速度的目的是使壓樁擠土引起的超孔隙水 壓力有時(shí)間消散。超孔隙水壓力消散可有效減小擠土效應(yīng)。實(shí)際打樁過(guò)程中，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，控制每天的沉樁根數(shù)。如發(fā)現(xiàn)位移量較大，則減少 沉樁根數(shù)或停止沉樁12天。合理控制打樁速率，控制土體位移。2合理安排打樁順序在各種防治措施中，合理的打樁順序是最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的。在小范圍內(nèi)連續(xù)快速打樁的擠土 效應(yīng)最強(qiáng)。應(yīng)盡量

10、間隔距離打樁，盡量減小擠土效應(yīng)的疊加。另外，由于先期壓入樁的遮簾 作用，打樁的流水施工方向?qū)p小擠土效應(yīng)有較好的效果。背著保護(hù)對(duì)象打樁比對(duì)著保護(hù)對(duì) 象打樁的的擠土效應(yīng)要小得多。為避免某一側(cè)的地下管線，市政道路或建筑物受影響而產(chǎn)生 移動(dòng)，可以按從這一側(cè)向另一側(cè)的順序壓樁。如果有些工程四周都有被保護(hù)對(duì)象，或四周都沒有被保護(hù)對(duì)象，則打樁順序原則上從中 心向外圍進(jìn)行，即先打中部樁，最后打最外側(cè)樁。這樣安排的好處是中部樁施工后有較長(zhǎng)的 時(shí)間釋放擠土應(yīng)力和向外排水，可減少已沉入樁的上浮、偏位的可能性。3鉆孔取土和取土植樁由于淺層擠土效應(yīng)比較明顯，因此可采用鉆孔取土來(lái)減小擠土效應(yīng)。鉆孔的直徑宜略小 于樁徑，

11、深度不超過(guò)第一節(jié)樁長(zhǎng)的2/3.此方法可以有效減小打樁過(guò)程中地基土的擠壓應(yīng)力。 當(dāng)樁長(zhǎng)在30m以內(nèi)時(shí)，鉆孔取土對(duì)減小擠土效應(yīng)的作用非常明顯，對(duì)保護(hù)地基淺層的管線相 當(dāng)有利。除鉆孔取土外還可以采用取土植樁。取土植樁是將預(yù)制鋼筋混凝土樁或鋼管樁，用預(yù)鉆 孔等方法進(jìn)行沉樁后，再采取靜壓，對(duì)樁端進(jìn)行固根，以增強(qiáng)承載力。本法與鉆孔取土法的 主要區(qū)別在于鉆孔深度較深。4加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，實(shí)行信息化施工監(jiān)測(cè)主要包括地面沉降或隆起的測(cè)量，地基土體深層水平位移，已放置樁的豎向和水平 位移等。通過(guò)在擠土樁施工過(guò)程中對(duì)土體位移的監(jiān)測(cè)，控制打樁速率，判斷是否需要增加應(yīng) 力釋放孔，以及采取其它減小擠土效應(yīng)的措施。5結(jié)語(yǔ)擠土效應(yīng)容易對(duì)周邊環(huán)境造成不利的影響，嚴(yán)重者可能引起鄰近的建筑物開裂，道路隆 起以及地下管線斷裂等工程事故。因此，有效預(yù)估樁基施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)以及采取減少擠 土效應(yīng)的各種措施具有非常重要的工程意義。當(dāng)然，擠土效應(yīng)對(duì)周邊環(huán)境的影響也有好的一 面，在不同的施工環(huán)境和要求下應(yīng)該進(jìn)行區(qū)分，以便對(duì)其積極的一面加以利用，對(duì)其危害加