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静力压桩的挤土效应及防治对策

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2011-06-01 17:29 热度:

  摘要:介绍静力压桩挤土作用的机理和对工程环境的影响,提出防治对策,并结合工程实例进行分析。
  关键词:静力压桩,挤土效应,防治对策
  一前言
  静力压桩在施工中具有低噪音、施工过程无振动、无泥浆污染、沉桩速度快等优点,在现在的城市建设中广泛应用,但是静力压桩在压入饱和软粘土的过程中所产生的挤土效应对工程环境的影响是比较严重的。因此,我们必须了解静力压桩挤土作用的机理和对工程环境的影响,并根据实际情况采取有效的防治对策。
  二静力压桩的挤土作用的机理和对工程环境的可能影响
  静力压桩的贯入挤土作用机理大体为[1],当桩尖处土体所受的压力超过其抗剪强度时,桩侧土体产生塑性流动(对粘性土)或挤密侧移和拖带下沉(砂性土),桩尖下土体被向下和侧向挤开。地表处,粘性土会向上隆起;地下深处,由于上覆土层的压力,土体主要向桩周挤开,使贴近桩周土体结构完全破坏,周围土体亦受到较大的扰动影响,而桩身受到土体强度的法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗。同时,对于饱和粘性土,由于瞬间排水固结效应不明显,桩体的贯入产生超孔隙水压力,随后孔压消散、再固结和触变恢复,在桩周形成硬壳层。
  静力压桩的可能影响有[2]:⑴挤土桩沉入地下时,桩身将置换等体积的土体,因此沉桩会使周边一定范围内的地面发生竖向隆起和水平位移(桩周土体受剪切破坏,桩周一定范围内的土体受到扰动产生变形,这种变形表现为地面隆起和土体水平位移);并可能使邻近已压入的桩上浮形成悬桩、桩位偏移和桩身翘曲,严重时甚至断桩。⑵挤土桩施工过程实际是一个挤土过程,压桩使桩周土体中的应力状态发生改变,桩入土过程桩周土体尤其在靠近桩表面处产生很高的孔隙水压力。⑶压桩过程桩周土体被重塑和扰动,土的原始结构遭破坏,土的工程性质与沉桩前相比有很大的改变。⑷压桩后桩周土体中孔隙水压力的缓慢消散,土体会再固结,可能使桩侧受到负摩阻力的作用;并导致桩周土体下沉,土体与承台脱离;同时可能导致建筑物出现不均匀沉降。
  对于静力压桩的影响范围,与工程实际情况,如土层性质、桩密度、沉桩顺序等紧密相关,大体上,部分文献总结为[?]:当桩周土体为松散土或非饱和土层时,在土层受到挤压时,土体压缩,可有效消散挤压应力,挤土效应影响较小;桩周土体为一般粘性土和密实的饱和砂土时,地基中土体的水平位移和隆起在沉桩区及邻近15倍桩径范围内达到最大值,影响范围为2倍桩长;桩周土体为饱和软土时,挤压应力主要通过土体位移来消减,挤土效应明显,影响范围可达50m以外;在松散和中密的砂土中,影响区域为5倍桩径范围。
  三防治对策
  从上述静力压桩的挤土效应分析来看,挤土效应主要表现为:引起桩周土塑性区、挤土引起的水平位移和隆起、孔隙水压力增大,桩周土受扰动和强度降低等。所以可以采用以下几个方面设法减少上述现象的发生与发展[1,3]:①在场地外边界开挖挤土缓冲沟(隔离沟、防挤沟);②在打桩区的四周或群桩内部,挖去一定桩径和桩深的桩体空间,内部填塞砂,或埋置塑料排水板;③在设计桩位上,预钻孔直径一般不大于桩径的2/3,深度不大于桩长的2/3;④控制打桩速率(每天打桩数);⑤合理安排打桩顺序,背着建筑物打桩较对着建筑物打桩的挤土效应小很多;⑥设置应力释放孔;⑦设置保护墙体⑧在设计上用长桩加大桩距、降低布桩密度、改用非挤土桩(如钻孔灌注桩)或低挤土桩(如开口钢管桩、H型或I型桩)等。
  四工程实例分析
  1工程概况
  新建1#、2#、3#楼项目设计均为六层带半地下室的框架结构,采用预应力高强管桩基础,于2010年1月~2月进行桩基施工,其毗邻的民宅由2个结构单元组成,分别为单层及四层砖混结构,采用浅基础,基础埋深约2~4m,于1983年~1987年施工建成,建筑面积约为540m2。现该民宅业主诉称该民宅因受影响多处出现裂损。新建1#、2#、3#楼项目与该民宅位置关系图
  1.jpg
  2新建1#、2#、3#楼项目的地质条件
  新建1#、2#、3#楼项目位道路两侧,场地大部分地区原为菜地或空地,现经人工堆填粗略整平。场地原地貌单元属近海相冲(淤)积平原,场地较平坦开阔;场地稳定水位埋深为2.70~3.70m,受季节性变化影响,常年水位变幅约为0.50~1.00m。自上而下的各岩土层分布详见下表:
2.jpg

  3沉桩施工影响分析
  根据新建工程场地土层分布分析,由于该场地存在较深厚的饱和软土:粉质粘土、淤泥、粉质粘土等,而预应力高强管桩属挤土桩,沉桩过程将导致明显的挤土效应,并产生很大的孔隙水压力;
  根据沉桩施工顺序分析,相对而言,远离民宅的1#楼、2#楼沉桩施工早于靠近民宅的3#楼,且3#楼沉桩顺序大体上向着民宅,由于已施工桩基自身的刚度作用,将在一定程度上改变挤土方向,导致民宅所处场地产生更为明显的挤土效应;
  根据沉桩速率分析,1#、2#、3#楼沉桩速率多数超过10根/天,由于沉桩速率较大,孔隙水压力积聚较快,且未能得到适当的时间间隔进行消散。
  根据施工过程调查,沉桩过程未采取预钻孔(引孔)、设置排水砂井等可减小挤土效应和消散孔隙水压力的措施。
  以上四个因素导致民宅所处场地出现一定程度的竖向和水平位移,进而导致民宅受损。
  五结论
  静力压桩对工程环境的影响因素较多,需进一步的研究和实践。静力沉桩施工中,应该针对实际工程特点、工程地质条件等情况,选择合理经济的有效措施,降低静力压桩的挤土效应影响,同时加强施工中的挤土效应监测,合理安排施工工法,保证工程的顺利施工。
  参考文献
  [1]杨成明,潘星.挤土桩对周围环境的影响及防治对策,工程与建设,2007,21(6),935-936、953
  [2]龚晓南,李向红.静力压桩挤土效应中的若干力学问题(J),工程力学,2000,17(4),35-36

文章标题:静力压桩的挤土效应及防治对策

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