【摘要】文章首先闡述了靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工擠土效應(yīng)預(yù)防的意義，然后分析了預(yù)鉆孔對(duì)擠土效應(yīng)的影響，最后對(duì)靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工擠土效應(yīng)的預(yù)防措施進(jìn)行了探討。
一、前言
擠土效應(yīng)預(yù)防措施是靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工中重要的一個(gè)組成部分，靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工的擠土效應(yīng)及預(yù)防措施的應(yīng)用不僅關(guān)系著施工需要，而且與工程的質(zhì)量都是息息相關(guān)的。
二、靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工擠土效應(yīng)預(yù)防的意義
靜壓樁承載力高，成樁質(zhì)量有很好的保證，而且施工的時(shí)候噪音和振動(dòng)比較小，沒有泥漿污染環(huán)境，施工期短，沉樁速度快。由于具備了上述諸多的優(yōu)點(diǎn)，在江蘇、浙江、江西、陜西等軟土和濕陷性黃土分布較廣地區(qū)中常得到廣泛應(yīng)用，取得很好的效果，有著很好的應(yīng)用前景。
眾所周知，靜壓樁施工過程實(shí)際是一個(gè)擠土過程。特別是在飽和軟土地層打樁，由于土在瞬時(shí)擠壓力作用下的不可壓縮，導(dǎo)致樁周土體產(chǎn)生相產(chǎn)生相當(dāng)大的擠壓應(yīng)力，引起很高的孔隙水壓力，同時(shí)沿樁周的土體受剪切破壞，樁周一定范圍內(nèi)的土體受到擾動(dòng)產(chǎn)生變形。表現(xiàn)比較明顯的，一是地面隆起、二是土體水平位移。實(shí)踐表明，在擠土樁施工中經(jīng)常對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生不利的影響，通常稱為擠土效應(yīng)。擠土效應(yīng)還與土質(zhì)、沉樁速率、流程和跟沉樁點(diǎn)的距離等有關(guān)。
靜壓樁擠土效應(yīng)的研究雖然開展較早，但由于沉樁荷載傳遞機(jī)理涉及因素復(fù)雜，如土的變異性，樁與土之間的接觸、滑移和摩擦效應(yīng)，樁尖土體的壓密和開裂，其中包含幾何大變形、材料非線性及接觸非線性等一系列復(fù)雜的問題，目前尚難以從理論上得到有效的分析和解決。因此，靜壓樁沉樁機(jī)理及擠土效應(yīng)研究，不但有利于提高理論上的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)于估計(jì)靜壓樁的施工影響和指導(dǎo)設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)意義。
三、預(yù)鉆孔對(duì)擠土效應(yīng)的影響
預(yù)鉆孔的參數(shù)是指預(yù)鉆孔的孔徑和孔的深度?？讖胶涂咨畹淖兓瘯?huì)直接影響這種措施的效果。通常采用的預(yù)鉆孔直徑不大于樁徑的2/3，深度亦不大于樁長的2/3，當(dāng)然這些限制條件可以根據(jù)具體的工程情況做一些改變。
1、預(yù)鉆孔徑對(duì)擠土效應(yīng)的影響
預(yù)鉆孔情況下，水平與豎向位移場(chǎng)沿著水平方向的變化規(guī)律和無預(yù)鉆孔情況相一致，即隨著徑向距離的增加，其位移量逐漸減少。水平或豎向位移的大小是隨著預(yù)鉆孔徑的增大而減少的，但隨著徑向距離的增加，不同的預(yù)鉆孔徑產(chǎn)生的位移量差值越來越小。但相同預(yù)鉆孔徑在地表面產(chǎn)生的擠土位移量是近似一致的。相同的預(yù)鉆孔半徑下，預(yù)鉆孔深度越大，減少遠(yuǎn)場(chǎng)擠土效應(yīng)的作用就越明顯。
2、預(yù)鉆孔深度對(duì)擠土效應(yīng)的影響
在同樣的孔徑情況下，在最淺預(yù)鉆孔深度范圍內(nèi)（0-5m）的位移基本是一致的。但超過此深度時(shí)（5-12m），所產(chǎn)生的水平位移場(chǎng)有明顯的差別。即預(yù)鉆孔深度越大，所產(chǎn)生的水平向擠土位移越小，但豎向擠土位移的差別不是很大。這可能是由于在深層土體中沉樁引起的豎向位移量較小，從而造成不同預(yù)鉆孔深度在豎向位移場(chǎng)方面的差異較小。在預(yù)鉆孔徑較小時(shí)，預(yù)鉆孔深度的大小對(duì)擠土位移改變量影響不是很大。但當(dāng)孔徑達(dá)一定值時(shí)（120mm），預(yù)鉆孔越深，其影響的深度也就越大，即減少的位移量就越多。但是，這只限于水平向位移，而對(duì)豎向位移改變量的大小沒有什么影響。
由此可見，預(yù)鉆孔的孔徑和孔深是影響擠土效應(yīng)的重要參數(shù)，二者的結(jié)合會(huì)更有效地減少擠土效應(yīng)的廣度和深度。
四、靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工擠土效應(yīng)的預(yù)防措施
1、樁基礎(chǔ)方案選擇
在工程設(shè)計(jì)時(shí)，可以選擇沉樁擠土影響小的樁基礎(chǔ)方案。因?yàn)闃痘A(chǔ)的形狀會(huì)對(duì)土體位移分布產(chǎn)生較大影響。比如樁群形狀如果不規(guī)則不對(duì)稱，產(chǎn)生的側(cè)向位移會(huì)更大；樁基內(nèi)部如果存在高差，較低區(qū)域的隆起位移會(huì)增加而較高區(qū)域的反而會(huì)減少等。
2、采用疏樁設(shè)計(jì)
疏樁設(shè)計(jì)是指把建筑物按傳統(tǒng)樁基設(shè)計(jì)確定的樁的數(shù)量與間距進(jìn)行精減、疏布，來提高單樁的有效承載力，并發(fā)揮樁間土的承載力來補(bǔ)償樁基，即上部荷載不再全部由樁承擔(dān)而是由樁與樁間土共同來承擔(dān)。
3、預(yù)鉆排水孔
在樁基施工區(qū)域周邊鉆雙排孔，孔深根據(jù)飽和土層而定，孔徑可為250mm，孔距500mm左右。鉆排水孔的作用是疏排孔深范圍內(nèi)的地下水，降低孔隙水壓力，達(dá)到減小土體位移的目的。
4、設(shè)置防擠溝
為減小樁群對(duì)周圍環(huán)境的影響，可在樁群與可能受影響建筑物之間開挖防擠溝，其寬度一般采用1.2～2.5m這種方法只能消除對(duì)土體淺層擠壓作用，對(duì)于減少地面表層的位移效果較好，無法隔斷深層擠土作用。
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在實(shí)際壓樁過程中，應(yīng)該控制每天的最多沉樁數(shù)目；每天進(jìn)行測(cè)斜和水平位移測(cè)試。如果發(fā)現(xiàn)位移量較大則應(yīng)立即減少沉樁數(shù)目；合理控制沉樁速率，使土體有足夠的時(shí)間釋放內(nèi)力。
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在實(shí)際壓樁過程中，應(yīng)該背離建筑物沉樁，因先壓樁有“遮簾”作用，可削弱后排樁的擠土效應(yīng)。
?。ㄈ┿@孔取土
由于淺層擠土效應(yīng)比較明顯，因此采用鉆孔取土來減少擠土效應(yīng)。鉆孔的直徑略小于樁徑，深度可取樁長的三分之一。
?。ㄋ模┰O(shè)置鋼板樁隔障
在壓樁流水的垂直方向設(shè)置一排鋼板樁，能大大減少建筑物所在土體的位移，這就相當(dāng)于在擠土方向上置設(shè)了一個(gè)防擠土的隔障。
?。ㄎ澹┰O(shè)置排水砂井
砂井可為超孔隙水壓力消散提供排水通道，加速其消散，使塑性區(qū)內(nèi)土體產(chǎn)生體積壓縮。目前常用砂井深度一般為10m左右，間距為1.5～2.0m，井徑0.4m，在沉樁區(qū)四周一般設(shè)置2或3排。
?。┰O(shè)置應(yīng)力釋放孔
應(yīng)力釋放孔分為場(chǎng)地外圍鉆釋放孔和場(chǎng)地內(nèi)鉆釋放孔兩種。場(chǎng)地外釋放孔通常是在圍護(hù)一側(cè)先鉆一些500～800mm的鉆孔，并用鋼筋籠加上竹片護(hù)住孔壁，當(dāng)沉樁向場(chǎng)地外圍擠土擴(kuò)張到達(dá)孔附近時(shí)，因孔中應(yīng)力很低，流變的軟泥優(yōu)先擠入孔內(nèi)，吸泥設(shè)備及時(shí)將軟泥排出孔外，從而阻止軟土向場(chǎng)外擴(kuò)張，保護(hù)了鄰近建筑物和管道。
?。ㄆ撸┰O(shè)置壓樁的角度
在壓入后一根樁時(shí)，其受到前面樁產(chǎn)生擠土效應(yīng)的水平力和力矩共同作用下，的摩擦樁﹑的端承樁以及的嵌巖樁任意深度的樁身水平位移﹑轉(zhuǎn)角。
5、施工后的補(bǔ)救措施
為保證樁的正常使用，完工后擬采用壓密砂樁進(jìn)行樁位的糾偏和采用樁機(jī)復(fù)壓對(duì)樁頂標(biāo)高的控制并對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行加固處理。先在場(chǎng)區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，初步選定砂樁直徑377mm，長度7.5mm。單根砂樁塑性區(qū)范圍R=1.2m，塑性區(qū)邊界位移u=10.46mm，預(yù)制樁中心位移17.6mm.若按樁距700mm，排距700mm，布置三排樁。可見，第一排可產(chǎn)生84mm的反向位移，第二排可產(chǎn)生56.5mm的反向位移。
6、靜壓樁的擠土效應(yīng)
通過理論分析、數(shù)值模擬、工程經(jīng)驗(yàn)三個(gè)方面分析沉樁，從而對(duì)靜壓樁的設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面提出相應(yīng)處理預(yù)案，主要結(jié)論如下：a）施工前，可以選擇沉樁擠土影響小的樁基礎(chǔ)方案，如規(guī)則對(duì)稱的莊群形狀、樁基內(nèi)部設(shè)置合理高差等。盡量采用疏樁設(shè)計(jì)，預(yù)鉆排水孔和開挖防擠溝都可有效降低擠土效應(yīng)。b）施工過程中，控制壓樁速率、合理安排壓樁順序、采用鉆孔取土、設(shè)置鋼板樁隔障、設(shè)置排水砂井、設(shè)置應(yīng)力釋放孔均可降低壓力，減少擠土效應(yīng)。其中設(shè)置壓樁的角度，由理論分析猜測(cè)得出，目前尚無實(shí)用于工程實(shí)踐中。c）施工后，采用壓密砂樁進(jìn)行樁位的糾偏和采用樁機(jī)復(fù)壓對(duì)樁頂標(biāo)高的控制并對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行加固處理。
五、結(jié)束語
隨著靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工的不斷完善，擠土效應(yīng)及預(yù)防措施的應(yīng)用將會(huì)得到更多管理者的重視，在施工技術(shù)不斷完善的背景下，靜壓預(yù)應(yīng)力管樁施工的擠土效應(yīng)及預(yù)防措施將會(huì)發(fā)揮著越來越重要的作用。
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