从工程案例谈管桩挤土问题的危害及防治措施

1、从工程案例谈管桩挤土问题的危害及防治措施陆卫平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乂如何消 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

2、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，

3、在地面下一定深度处 最大，影响范围达到（45） d;竖向隆起在.距桩轴线（12） d处最大，影响 范围可达（35） 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，苏影响范围、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

4、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上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4）600mm壁厚130mmab型管桩，裙楼位置多采用35桩多桩承台, 主楼位置荷载

5、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： 砂性素填土，为中砂，松散，层厚1.32.5米； 冲积土，分为3个亚层； -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11.019.5米；-2层，游泥质土，流塑，层厚1.36.3米； -3层，粉质粘土，可塑，局部软塑，层厚0.85.7米； 残积土，粉质粘土，可塑，局部软塑或硬塑，层厚2.56.5米； 风化岩层，为泥质粉砂岩，顶板埋深26.331.1米，自上而下可分为全风 化、强风化、中风化三个亚层，苏中强风化为本工程桩基持力层。具体可见工程地质

6、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ui冷却时间、打桩 顺序从中心开始、最后收锤贯入度23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

7、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，部分奋地下水滴入甚至涌 砂。(2) 损伤的深度位置，基本上在1215米，个别在56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-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人的西南角，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

8、-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）设汁吋，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4）500mm厚壁ab桩，如果选择φ500mm桩，k单桩承载

9、力特 征值可取2000kn,那么，跟d）600mm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）施工吋，可在承台内桩间适当布置预钻一些小钻孔（孔径4）89110mm）， 使挤密作用吋土层内的应力得以释放。（4）必要吋还可以在桩位密集部位采用植桩法施工。（5）施工吋，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913层

10、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24层旧民 房，工程采用静压预应力管桩，桩径d）500mm900多根、（!）400mm500多根，单 桩承载力特征值分别为1500kn和1000kn，都为多桩承台，并以46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s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： 素填土层，为粘性土，松散，层厚14.5米； 冲积土层，分为4个亚层-1游泥质土层，流塑，饱和，层厚4.111.3米，仅局部分布；-2细砂层，松散，饱和，层厚1.814.4

11、米，仅局部分布；-3、淤泥质土层，流塑，饱和，层厚1540.6米，全场地分布； -4砾砂层，中密，层厚0.85.5米，为底砾层，仅局部分布； 残积土层，本场地缺失； 风化岩层，为泥质粉砂岩，顶板埋深33.643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

12、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 于吋间、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、监理等奋关单位 人员进行现场査看并商讨措施，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，m

13、l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滲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(813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

14、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il跟桩长有很大的关系。图4 应力释放井(降水井)大样图6、疲对措施：(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， 沟内冋填松散细砂。(4) 沟外靠近民房一侧，布设一排孔径φ400mm深1520米的应力释 放井，释放井的间距取5米左右，井壁冋填透水的级配砂石，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

15、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23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査，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

16、临吋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，冋填时间较短，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23 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，表面的素填土层冋填的吋间不长，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6084.5%， 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

17、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，同吋，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定 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

18、桩身的裹握力很小，而桩端进入裹握力人 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，位置靠近施工临吋道 路旁，在这排桩压完后，还冇人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吋，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吋，除了注意施工吋的挤土问题外，还要注

19、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冋的损失。图5 中山某项s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s工程地质剖面图3、施工：采用十字型规范桩尖，桩尖直径468mm,压桩吋进入中砂层后压 桩力达30003500kn，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-侧施工吋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