静压桩施工对周围环境的影响及应对措施

静压桩施工对周围环境的影响及应对措施

陶国庆

上海市浦东新区建设（集团）有限公司  200000

摘要：静压法沉桩与钻孔灌注桩及锤击沉桩法相比，具有噪音低、振动小、无泥浆、成本低、施工效率高等优点。其作用原理是通过压桩机产生的静压力将预制桩贯入地下设计深度，其桩身占据了原有土层空间，使得原土向四周扩散位移，原土体的平衡状态被打破，产生挤土应力和超静孔隙水压力。尤其遇到饱和粘土地区，土体渗透系数小，应力消散慢，很容易引起周边土体的水平位移和竖直隆起现象。

关键词：静压桩、挤土应力、防挤沟、沉桩速率

1工程概况

松江南站基地C19-33-01地块总规划建筑面积101637.63m²，其中地上建筑面积72373.96m²，地下建筑面积29263.67m²。主要建筑规划为7幢11～17层动迁住宅、2层配套建筑、1层门卫及变电站等附属设施，一个集中地下车库。桩基参数如下：

1）住宅建筑为PHS400-AB400（220）预应力混凝土空心方桩，设计桩长为33~34m，混凝土C80，桩尖进入第⑦2-1层土；

2）地下车库为JAZHb-230-1211B，预制钢筋混凝土方桩，设计桩长为23m，混凝土C35，桩尖进入第⑦1-1层土；

3）接桩采用的是焊接连接方式。

拟建建筑东侧、西侧、北侧均为空地，南侧为地下综合管廊，综合管廊距用地红线最近的为7.2m，处于沉桩挤土效应影响范围内。管廊结构宽8.70m，高约4.1m，管廊顶绝对标高为-2.919~-3.507m。管廊开挖时采用拉森钢板桩+二道钢支撑进行支护，靠近3#、4#楼部位已回填且钢板桩已拔除，5#、6#楼正处于施工开挖阶段。

2施工过程

本次建筑工程桩基在正式施工中采用标高控制为主,压桩压力作为参考，在桩基正式施工前首先进行试沉桩,确定本项目桩基承载能力、桩端插入持力层的深度和贯入度情况、施工工艺参数和沉桩可行性后才进行全面施工

①轴线放线定位：沉桩前，先在场内设置平面控制网，然后按照设计图纸确定放桩的点位,用一根圆钢插入桩位中心,,用石灰线将其标明位置,以便于就位准确。

②桩位复核：桩机就位前，在次复核桩位点是否正确，确保偏差值在规范范围内。

③桩机移位、对中、调直：点位复核好后，将桩机就位，移至标记点位，将桩锤中心对准放样点。起吊桩前先对各节桩体进行全面的外观检查，符合标准才允许吊装。桩身吊起后将顶套入桩帽中，庄尖对准圆钢。

④压桩：压桩机通过其自重及上面的配重装置提供反重力将预制桩贯入土层，当插入土中2m后停止压桩，测量校准桩的垂直度后继续压桩，如此循环。压桩速度一般控制在2m~3m/min。

⑤接桩：接桩时，土层中的桩端应冒出地面0.5~1m，上下两根桩的中心线偏差不大于5mm，节点弯曲矢高不得大于桩段的0.1%，且不大于20mm，本项目接桩形式为二氧化碳气体保护焊，焊接时间不得长于3min

⑥送桩：一般桩顶标高都在土层一下一定深度，通过送桩器将最后一节桩压至设计标高，送桩器杆上标明送桩深度，一次到位。

⑦截桩：如果桩端高出地面一定距离，且压桩机上的压力表以达到规定数值，则需要进行截桩，不得强行下压。

3压桩对周边环境影响机理

静压预制桩是属于挤土类型的桩，当桩体贯入地下土层时，挤走原位土体并向四周扩散，土体遭到破坏，打破了原来的平衡状态，产生水平位移和竖向隆起现象，极易造成周边环境的损伤。尤其土层是饱和软土层时，其土体的渗透系数比较小，在压桩过程中桩身周边的孔隙水压力会快速增大，产生超静孔隙水压力。压桩达到一定数量时，由于地下水无法排出，土壤中的水份达到饱和状态，超静孔隙水压力叠加，无法快速消散，就产生了挤土效应。根据在压桩过程中的土体挤压情况，给出了以下分区示意图：

1区：严重塑性区。桩身周边土体受到快速挤压，产生超静孔隙水压力，土体扰动最为严重。

2区：塑性区。此区域桩身较近，受到1区传递而来的水平径向压力，也会产生较大的水平位移。

3区：弹性区。此区域距离桩身较远，基本不会受到水平应力作用，保持弹性形变。

4区：非扰动区。该范围不受沉桩过程影响。

4采取的措施

在施工过程中，土体受到挤压应力会产生水平位移和竖向隆起。随着应力慢慢的叠加，土体水平位移加重，很容易造成邻桩的弯曲、倾斜，甚至折断，对邻近建筑物也存在着不可避免的损失。如果出现隆起现象，将会造成桩尖脱空，导致地基承载力不足，严重影响建筑的结构安全性能。以下结合工程实例，简述采取哪些措施可有效降低挤土效应带来的影响。

4.1设计优化

在进行桩基础设计时一般可以考虑采取以下几种措施方法来有效地减轻挤土效应:合理地布置桩距;采用疏桩设计;选择其它的非挤土的桩型。本项目工程前期地库预制桩总桩数为1957根，桩距太小，承台内最多处有8根预制桩，桩位密集，沉桩质量难以得到保障。附近类似项目桩基工程桩数远小于本工程，于是向设计单位提出施工较为困难，经过设计重新核算后，优化桩数，减少了595根，大大较小了挤土效应。

由于6#楼附近的南侧管廊发生基坑坍塌事故，为防止事故加剧，西北角6#楼及西北角地库桩一直未施工。待西北角管廊施工回土完毕后，此时施工现场只剩6#楼及地库桩共114根未施工完毕。由于未施工区域北侧桩基已施工完毕，南侧靠近管廊，如果继续施工预制桩，由于挤土作用，应力大部分向管廊释放，肯定会对南侧管廊造成严重破坏。于是项目部初拟了一份如果继续按原设计施工的补救措施测算报告，经建设单位、设计单位、施工方从技术和经济上对比，决定将原静压桩成长法改为非挤土型的泥浆护壁成孔灌注桩。最终未对管廊产生任何影响，监测数据一切正常。

4.2开挖防挤土槽、布设应力释放孔

设置防挤沟槽虽然可以有效地减少浅层土体的水平位移和竖向隆起,但是有效影响范围只针对于沟槽以上土体变化,沟槽以下对土体变化影响较小,所以防挤沟槽的设置深度正常大于被保护建筑的深度。应力释放孔的设置原理与防挤土沟槽一致，均是为了阻断应力的传递路径，减少土体的位移量。

本工程3#、4#、5#、6#四栋主楼桩长在33米，桩数共480根，距离管廊最近处只有6m，管廊高4m多，单纯的开挖超过4m深的防挤沟槽不现实，因此现采取如下措施对综合管廊经行保护。

1地库南侧最外侧一排做应力释放孔。

本项目南侧的综合管廊距离压桩施工区域较近，为减少压桩过程中超孔隙水压力产生的挤土效应对综合管廊结构的影响，在基坑围护桩外侧布置双排应力释放孔，以切断压桩过程中超孔隙水压力的传递，保护周边管线。应力释放孔直径300mm，桩长12m，间距1.5m，梅花形布置，共计427根。外侧应力释放孔内填充黄沙，使得内侧的超孔隙水流入，以释放超孔隙水压力，内侧一排释放挤土应力。

2设置防挤沟。

为减少因压桩机频繁行走而使表层土产生挤土压力，在基坑南侧，围护工程的三轴搅拌桩施工沟槽部位，开挖防挤沟，以减轻土体向南的位移量，防挤沟深度2.0m，宽度0.8m。

4.3合理安排沉桩顺序

沉桩顺序与土体中的挤压应力也存在着一定的关系。后沉入的桩产生的土体位移会受到先沉入桩的阻挡，因此可先在对环境要求较高的区域优先施工，待形成一道挡墙后逐渐背离环境扰动敏感区域。一般是按照由近及远，由深到浅的原则进行施工。

根据本项目实际情况，为避免压桩的挤土效应对管廊产生变形影响，本工程将整个车库桩基工程东西方向划分为4个区，按照由东南向西北的顺序施工，应力向西北扩散，优先施工距离南侧管廊一侧的最外排桩，再由此向北压桩。这样可在南侧形成封闭区域，使得土体位移向北侧延伸，从而减小对管廊的影响。同时，沉桩顺序遵循先深后浅、先密后疏、先长后短、先中央后四周、由里及外、离保护对象由近向远处的原则依次进行。

5结语

近年来，基坑事故频繁发生，预制桩的挤土效应越来越受到重视，如果在沉桩过程中不采取有效的对策，基础的承载力很难得到保证。通过该项工程实践证明,设置防挤土沟槽、布设应力释放孔、合理安排施工顺序、控制沉桩速度等措施能够有效地降低沉桩中挤土效应对周边环境造成不利影响。同时，在施工过程中，要从事后处理向事前预防转换，该项目由于在周边环境发生突变时，未能提前做好应急措施，导致部分区域未能正常进行施工，工期延误，但经过后期的补救措施，最终使得本项目桩基工程圆满结束。