從工程案例談管樁擠土問題的危害及防治措施

1、從工程案例談管樁擠土問題的危害及防治措施陸衛(wèi)平廣東順德華興達(dá)巖土工程有限公司建筑工程廣泛使用的預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，通常都是采用錘擊法或者是靜壓法進(jìn) 行沉樁的，按照成樁方法對(duì)土層的影響進(jìn)行分類，它屬于擠土樁型，由于其在成 樁過程對(duì)樁周圍土體有擠開或壓密的作用，土體受到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)后其原始結(jié)構(gòu)會(huì)遭 到破壞，這個(gè)破壞過程必然使施工場(chǎng)地的周圍壞境和樁體的受力性狀產(chǎn)生變化， 當(dāng)這種變化超出一定限值的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生危害，這就是我們通常所說(shuō)的“擠土 問題”的危害，那么擠土問題有什么危害呢？預(yù)應(yīng)力管樁在工程實(shí)踐中乂如何消 除這些危害呢？筆者通過大量的工程實(shí)踐，從幾個(gè)典型的工程案例中試圖分析其 擠土問題的危害，并介紹防

2、治危害的一些處理措施，供同行同鑒。一、擠土效應(yīng)中土體的變化形式錘擊或壓入式預(yù)應(yīng)力管樁在成樁過程中，由于擠土作用，樁周土?xí)l(fā)生擾動(dòng) 重塑，側(cè)向壓應(yīng)力增大，其中徑向的壓力是最大的。1、對(duì)于非飽和土、砂土，土受側(cè)向擠壓主要表現(xiàn)為土的孔隙減少而增密， 土越松散、粘性越低，其增密的幅度就越大，土的密度增大，對(duì)樁體也會(huì)產(chǎn)生 擠壓作用，對(duì)于群樁，樁周土的擠密效應(yīng)就更為顯著。另外，隨著土密度的增大， 樁側(cè)土阻力也隨之增加。2、對(duì)于飽和粘性土，由于瞬間的排水固結(jié)效應(yīng)不顯著，壓縮變形小，引起 的超孔隙水壓力，使得土體受側(cè)向壓力下并不是增密，而主要是以橫向位移變 形和豎向隆起為主。橫向位移隨離開樁距離的增大而減少，

3、在地面下一定深度處 最大，影響范圍達(dá)到（45） d;豎向隆起在.距樁軸線（12） d處最大，影響 范圍可達(dá)（35） d。二、擠土效應(yīng)危害的表現(xiàn)預(yù)應(yīng)力管樁施工過程或樁施工完成后，由于擠土效應(yīng)，土體對(duì)周邊建筑物或 設(shè)施（如房屋、道路、管線）、邊坡等進(jìn)行擠壓而造成變形、損壞和失穩(wěn)，這是 擠土效應(yīng)最常見的一種現(xiàn)象。管樁對(duì)周圍環(huán)境及設(shè)施的影響主要是由土體的水平 及垂直的位移造成的，蘇影響范圍、影響程度，除了與場(chǎng)地土層的性質(zhì)、樁的分 布、樁間距離、樁的密度、沉樁的速率及施工程序等因素有關(guān)外，還與周邊建筑 和設(shè)施的結(jié)構(gòu)、使用年限、使用材料等因素密切相關(guān)。由于擠土效應(yīng)，后施工的樁對(duì)先施工的樁造成影響，或至使樁

4、偏位、上浮等 現(xiàn)象，這也是擠土效應(yīng)常見的一種現(xiàn)象，它也是由土體的水平及垂直的位移造成 的。除了上述兩種比較常見的危害現(xiàn)象外，筆者認(rèn)為還有一種不為人們所熟悉危 害現(xiàn)象，就是后施工的樁和先施工的樁相互作用、相互擠壓，造成樁身的損傷, 這種損傷輕則在樁體薄弱部位（如法蘭下）造成變形、開裂、崩塊現(xiàn)象，重則造 成斷樁現(xiàn)象，這種現(xiàn)象見于非飽和上或砂性土地層的密集型樁群，它是由于土受 側(cè)向擠壓增密作用而造成的。三、工程案例（一）順德北滘某工程1、工程概況：占地面積約3600m?,樓高20層，設(shè)2層地下室，框剪結(jié)構(gòu)， 采用錘擊4）600mm壁厚130mmab型管樁，裙樓位置多采用35樁多樁承臺(tái), 主樓位置荷載

5、較大，采用樁筏基礎(chǔ)（見圖1）,單樁豎向承載力特征值2500kn。2、工程地質(zhì)條件：根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地自上而下土層分布情況如下： 砂性素填土，為中砂，松散，層厚1.32.5米； 沖積土，分為3個(gè)亞層； -1層，細(xì)砂、砂質(zhì)純，含粘粒少，稍密，上部局部松散，下部局部中密,層厚11.019.5米；-2層，游泥質(zhì)土，流塑，層厚1.36.3米； -3層，粉質(zhì)粘土，可塑，局部軟塑，層厚0.85.7米； 殘積土，粉質(zhì)粘土，可塑，局部軟塑或硬塑，層厚2.56.5米； 風(fēng)化巖層，為泥質(zhì)粉砂巖，頂板埋深26.331.1米，自上而下可分為全風(fēng) 化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化三個(gè)亞層，蘇中強(qiáng)風(fēng)化為本工程樁基持力層。具體可見工程地質(zhì)

6、剖面圖(見圖2)3、施工:本工程最后選定62錘，在挖土至-5米深度的基坑內(nèi)進(jìn)行樁基施工， 施工過程嚴(yán)格把控施工質(zhì)量，包括垂直度、焊口飽滿情況、焊ui冷卻時(shí)間、打樁 順序從中心開始、最后收錘貫入度23公分等等均按照規(guī)范要求嚴(yán)格制定好施 工方案實(shí)施施工，并監(jiān)控到位。4、結(jié)果：本工程總樁數(shù)563根，樁基施工完成后，按規(guī)范選取29根樁進(jìn)行 大應(yīng)變檢測(cè)，結(jié)果29根樁中i類樁僅得16根；ii類樁3根，均為樁身有輕微缺 陷；iii類樁5根，樁身存在明顯缺陷，其中4根不能提供承載力；iv類樁5根， 樁身有嚴(yán)重缺陷。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，不合格樁為10根，不合格比例達(dá)34.5%，樁身存在 缺陷的達(dá)44.9%。5、分析：經(jīng)過比

7、對(duì)資料發(fā)現(xiàn)，問題樁均存在如下規(guī)律：(1) 經(jīng)過樁身孔內(nèi)視頻檢查，全部是樁身受到損傷，輕微的可見裂紋，嚴(yán) 重的見樁身局部破碎崩塊露筋、法蘭盤變形彎曲脫焊，部分奮地下水滴入甚至涌 砂。(2) 損傷的深度位置，基本上在1215米，個(gè)別在56米的深度，基本 都在接樁法蘭盤位置或上下1米的范圍，損傷的位置都在-1細(xì)砂層內(nèi)，并且以 中下部位置為主。(3) 在空間分布位置上，問題樁基本上都分布在密集的樁筏大承臺(tái)中，個(gè) 別見于多樁承臺(tái)的也是靠近密集的樁筏大承臺(tái)邊緣的位置。(4) 問題樁基本都分布于細(xì)砂層厚度較人的西南角，而細(xì)砂層厚度小的東 北角幾乎沒有。根據(jù)以上的分析，筆者有理由認(rèn)為樁的損傷與稍密中密的高純度

8、-1細(xì)砂 層的分布有極大的關(guān)系，它的損傷應(yīng)該主要是由樁錘擊施工過程細(xì)砂的擠密擠壓 加上錘擊的震動(dòng)作用疊加造成的，在這個(gè)作用過程，樁身必然會(huì)在最薄弱的部位 產(chǎn)生破壞，而樁身無(wú)論是生產(chǎn)工藝上還是在施工上，接口附近是最薄弱的，當(dāng)然，本工程樁徑選擇過大、樁距選擇偏?。▋H3.5d）、錘重選用太輕也有關(guān)系，但是， 這些選擇的不當(dāng)恰好更造成了擠土擠密效應(yīng)的疊加。6、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及應(yīng)對(duì)措施（1）設(shè)汁吋，認(rèn)真分析地質(zhì)勘察報(bào)告，碰到這種地層，在單樁承載力差別 不是太明顯，樁數(shù)能夠擺放得下的情況下，盡量選擇排土量少的樁型。對(duì)于本工 程，應(yīng)該首選4）500mm厚壁ab樁，如果選擇φ500mm樁，k單樁承載

9、力特 征值可取2000kn,那么，跟d）600mm樁相比，其承載力僅僅是減少了 20%,但 其排土體積卻是減少了 30.5%。（2）設(shè)計(jì)時(shí)，在空間位置許可的情況下，可適當(dāng)加大樁間距，減少擠土影 響半徑的重疊區(qū)域。（3）施工吋，可在承臺(tái)內(nèi)樁間適當(dāng)布置預(yù)鉆一些小鉆孔（孔徑4）89110mm）， 使擠密作用吋土層內(nèi)的應(yīng)力得以釋放。（4）必要吋還可以在樁位密集部位采用植樁法施工。（5）施工吋，選擇合適的錘重施工，宜用重錘低擊法施工，對(duì)貫入度要求 也應(yīng)適當(dāng)放寬，以免過度錘擊把樁打傷。（二）順德龍江某工程1、工程概況：該工程為一商住小區(qū)，場(chǎng)地呈三角形（見圖3）,占地面積約 16000m?，建17幢913層

10、住宅，沿場(chǎng)地邊緣閉合式分布，建設(shè)場(chǎng)地東、南、北面均為較寬的道路，西面長(zhǎng)度約為200米，預(yù)留6米通道后即為24層舊民 房，工程采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑d）500mm900多根、（!）400mm500多根，單 樁承載力特征值分別為1500kn和1000kn，都為多樁承臺(tái)，并以46樁臺(tái)居多， 電梯井處為12樁臺(tái)，總樁數(shù)較多，分布較密。圖3順德某項(xiàng)s場(chǎng)地建筑及應(yīng)力釋放井分布圖2、工程地質(zhì)條件：根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地自上而下土層分布如下： 素填土層，為粘性土，松散，層厚14.5米； 沖積土層，分為4個(gè)亞層-1游泥質(zhì)土層，流塑，飽和，層厚4.111.3米，僅局部分布；-2細(xì)砂層，松散，飽和，層厚1.814.4

11、米，僅局部分布；-3、淤泥質(zhì)土層，流塑，飽和，層厚1540.6米，全場(chǎng)地分布； -4礫砂層，中密，層厚0.85.5米，為底礫層，僅局部分布； 殘積土層，本場(chǎng)地缺失； 風(fēng)化巖層，為泥質(zhì)粉砂巖，頂板埋深33.643米，本層為本工程樁基的 樁端持力層，可劃分為強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖兩個(gè)亞層。3、施工：從上面的土層分布可以看出，場(chǎng)地素填土層下，除了局部有細(xì)砂 層分布外直到三十多米深的巖面以上，分布的基本上就是飽和流塑狀態(tài)的淤泥 質(zhì)土層，而場(chǎng)地主要的建筑物都靠近西面的民居分布，且樁數(shù)較多，樁的分布較 密，施工時(shí)必須要考慮擠土效應(yīng)對(duì)民房的影響。因此，針對(duì)場(chǎng)地條件可能會(huì)有擠 土效應(yīng)的問題，施工前我們就制定出一套

12、比較全面和周密的施工方案，方案的內(nèi) 容包括：打樁的走向、速率、挖防擠溝、做應(yīng)力釋放的排水井等措施，不過，由 于吋間、費(fèi)用等各方面的原因，業(yè)主和總包方只接受了我們部分的意見，把最主 要的一些措施放棄實(shí)施。4、結(jié)果：正式壓樁幾天后，我們就收到緊挨著場(chǎng)地的民房居民的投訴，說(shuō) 他們的房子出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，對(duì)此，發(fā)展商馬上組織總包、勘察、監(jiān)理等奮關(guān)單位 人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)査看并商討措施，決定在靠近民房一側(cè)挖一條深1米的防擠溝后再 施工（還是沒有同意我們施工方案提出的做應(yīng)力釋放的排水井的措施）；防擠溝 挖好后繼續(xù)施工,幾天后，我們又收到了二排民房居民房子開裂的投訴，這一次， 發(fā)展商重視了，馬上又組織再次查看商討，m

13、l意了我們?cè)瓉?lái)提出的全部措施，并 要求馬上實(shí)施，結(jié)果，這些措施實(shí)施后，再也沒收到民房居民的投訴，順利地全 部完成了壓樁工程，并檢驗(yàn)合格。5、分析：這是一個(gè)典型的擠土樁擠土效應(yīng)對(duì)周邊環(huán)境影響的案例，這是因?yàn)閳?chǎng)地有一層厚達(dá)幾十米而滲透系數(shù)很小的飽和軟黏土分布，大量的擠土樁在短 期內(nèi)壓入土層中，由于超孔隙水壓力的作用，使得土層并不能擠密，而只能是產(chǎn) 生側(cè)向位移作用，當(dāng)這些位移疊加起來(lái)就會(huì)對(duì)周圍民房產(chǎn)生影響，而這些民房都 是八九十年代的舊房，大部分采用天然地基基礎(chǔ)，最多也就是短樁(813米) 基礎(chǔ)，因此，土體的位移必然使這些民房產(chǎn)生變形甚至開裂，至于挖一條深1 米的防擠溝后一排民房不開裂而是二排民房開

14、裂的問題，說(shuō)明擠土作用對(duì)周圍地 面的影響不是淺表三五米的，而il跟樁長(zhǎng)有很大的關(guān)系。圖4 應(yīng)力釋放井(降水井)大樣圖6、疲對(duì)措施：(1) 場(chǎng)地地表必須做好硬化處理，以能夠滿足壓樁機(jī)行走而不陷機(jī)為最低要求。(2) 制定合理的壓樁行走路線，就本工程而言，應(yīng)該先壓靠近民房一排的 樁，然后背對(duì)民房往場(chǎng)地內(nèi)行走。(3) 挖置防擠溝，深1米左右，不影響壓樁的情況下盡可能深一些更好， 溝內(nèi)冋填松散細(xì)砂。(4) 溝外靠近民房一側(cè)，布設(shè)一排孔徑φ400mm深1520米的應(yīng)力釋 放井，釋放井的間距取5米左右，井壁冋填透水的級(jí)配砂石，具體做法見圖4 示，。釋放井的作用主要是通過擠出淤泥質(zhì)土中的水來(lái)幫

15、助超孔隙水壓力的消散， 釋放擠土的應(yīng)力，減少土體的變形和位移。(5) 靠近民房的23條軸線減慢打樁速度，每天不超過10根樁，并且實(shí) 行跳打，從而減少超孔隙水壓力的積累水平。(三) 中山某工程1、工程概況：該工程為一商住小區(qū)，占地面積約60000m?，由幾十棟多層 商住樓組成，設(shè)計(jì)采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑φ400mm為主，部分為 φ300mm。在整個(gè)小區(qū)樁基施工過程中，出現(xiàn)了兩處工程質(zhì)量事故：(1)事故一：在靠近場(chǎng)地邊緣的其中一棟樓樁基施工后檢査，發(fā)現(xiàn)有幾條軸線的樁位整體位移，最邊一排樁位移最大，個(gè)別達(dá)400mm;(2)事故二：在另外一棟樓位置承臺(tái)開挖后，發(fā)現(xiàn)靠近

16、臨吋施工道路旁的一條軸線上的樁樁頂位移較大，有整體背向臨時(shí)道路一側(cè)傾斜的傾向。那么，以上的質(zhì)量事故是怎么造成的呢？2、工程地質(zhì)條件：典型的地質(zhì)剖面見圖5從剖面圖我們可以看出，場(chǎng)地表1.8米厚素填土，冋填時(shí)間較短，松散，素 填土下即為淤泥，淤泥的厚度厚達(dá)18米，淤泥下有一層粉砂或中砂，厚度23 米，稍中密，往下即為風(fēng)化巖層，風(fēng)化巖層為本工程樁的樁端持力層。3、事故一分析：場(chǎng)地原為農(nóng)田，表面的素填土層冋填的吋間不長(zhǎng)，欠壓密、 欠固結(jié)，而素填土層下即為極軟的淤泥層，淤泥的含水率極高，達(dá)6084.5%， 具流塑甚至流動(dòng)狀態(tài)。在壓樁過程，由于安排的壓樁行走路線是由內(nèi)向外方向一 條一條軸線行走，由于淤泥層

17、的透水性很弱，在超孔隙水的作用下，土層并不能 擠密，而只能是產(chǎn)生側(cè)向位移作用，同吋，由于填土層也欠固結(jié)欠壓密，在樁機(jī) 向外行走過程，土體也會(huì)產(chǎn)生向外的側(cè)向位移，這樣就使放好的樁位也一并外移， 因此，在土體位移疊加的情況下，越外圍的樁位位移量就越大。這種情況下，只 要我們合理地安排好壓樁的行走路線，并且要在壓每一排樁前復(fù)核修正準(zhǔn)確樁的 具體位置，就可消除擠土樁位位移的影響，當(dāng)然，在壓樁過程還要注意樁機(jī)行定 對(duì)已壓好樁的影響。4、事故二分析：從地質(zhì)剖面圖可以看出，無(wú)論是靜壓還是錘擊沉樁，樁端 持力層都為風(fēng)化巖層，而且樁進(jìn)入持力層的深度都不大，也就是說(shuō)，樁身大部分 是處在極軟的淤泥層內(nèi)，由于淤泥層對(duì)

18、樁身的裹握力很小，而樁端進(jìn)入裹握力人 的土層深度也不大，樁頂附近只要受到很小的橫向推力，就會(huì)使樁身傾斜、樁頂 產(chǎn)生位移。經(jīng)過調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)：樁頂產(chǎn)生位移的這排樁，位置靠近施工臨吋道 路旁，在這排樁壓完后，還冇人量的重型運(yùn)輸車輛行走(主要為運(yùn)樁車輛)，因 此，我們認(rèn)為，重型車輛行走在素填土層和巨厚的極軟淤泥層吋，淤泥受擠壓過 程產(chǎn)生了側(cè)向的擠壓力，對(duì)已經(jīng)施工完的樁在樁頂產(chǎn)生了一個(gè)橫向的推力，把樁 擠傾斜了。為了驗(yàn)證這個(gè)推論，我們用反壓的方法在樁傾斜的一側(cè)堆土，在另一 側(cè)慢慢挖土，把樁頂傾斜的樁慢慢矯正過來(lái)了。這個(gè)質(zhì)量事故告訴我們，在深厚 的軟土地層條件下施工吋，除了注意施工吋的擠土問題外，還要注

19、意施工后甚至 樁承臺(tái)開挖過程的擠土問題，一不留神，就有可能造成不可挽冋的損失。圖5 中山某項(xiàng)s工程地質(zhì)剖面圖（四）順德某工程1、工程概況：工程為一商住小區(qū)，占地約50000m?，由多棟塔樓和裙樓組 成，塔樓高25層，采用靜壓預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，塔樓用φ500mm厚壁ab樁, 裙樓用φ400mm樁，場(chǎng)地一側(cè)靠近民居，最小距離約30米。2、工程地質(zhì)條件：典型地質(zhì)剖面見圖，從剖面圖可以看出，場(chǎng)地表面為素 填土，素填土下為淤泥質(zhì)土，地面下13米開始即為稍中密的中砂層，37米以 下達(dá)到中密密實(shí)，44米以下為風(fēng)化巖，中砂層厚度有近30米，φ500mm 樁樁端持力層取中密密實(shí)的中砂層，單樁承載力特征值取2000kn。圖6 順德某項(xiàng)s工程地質(zhì)剖面圖3、施工：采用十字型規(guī)范樁尖，樁尖直徑468mm,壓樁吋進(jìn)入中砂層后壓 樁力達(dá)30003500kn，壓力維持較高，并且出現(xiàn)像沖擊鉆一樣的高頻率震動(dòng)， 在靠近民房-側(cè)施工吋這種震動(dòng)引起了了周邊民房居民的注意，紛紛走出來(lái)阻止 施工，工程被迫中斷。4、分析：工程中斷后，監(jiān)理組織設(shè)計(jì)、施工等單位進(jìn)行研究，大家一致認(rèn) 為這種震動(dòng)是由于中砂層的密度較大造成的，壓樁過程中，砂土層不像粘性土那 樣在樁身周圍能夠形成短暫的“水膜”滑移面并降低沉樁阻力，它既要克服樁端 阻力，又要克服砂層對(duì)樁身裹握的摩擦力，那這樣沉樁的