减少大面积管桩施工时挤土效应的措施

减少大面积管桩施工时挤土效应的措施

张倩

中国石油工程建设有限公司华北分公司 河北任丘 062552

摘 要：大面积长管桩施工时尤其要注意挤土效应的影响，本文结合项目实际论述了沿海软弱土地区大面积管桩施工时、为避免挤土效应和振动影响所采取的系列措施。

关键词：管桩；挤土效应；监测；应力释放孔

1 概述

某沿海油库项目临近码头，罐基础均采用桩基础，并以安全经济、施工快捷为原则，沿海堤一侧的储罐基础桩型为预应力高强混凝土管桩，桩径800mm，桩长约60m~80m；其中30000m³储罐布桩124根，20000m³储罐布桩101根。

预应力高强混凝土管桩具有桩身承载力高、桩身质量可靠、施工速度快等特点，但同时大面积管桩施工会产生明显的挤土效应，土体向上隆起和向四周水平挤压过程中产生较大的应力和位移，影响距离较近的海堤和周围其他已有建（构）筑物稳定，需采取系列措施避免挤土效应对海堤造成危害。

2 挤土效应及避免措施

大面积管桩施工时，挤土效应的大小与土的性质、桩的间距、桩的入土深度有关，在沿海淤泥质地基中，挤土效应越发明显。一般工程中认为管桩的群桩挤土效应影响的大体范围为1.0L~1.5L（L为桩长），桩越深、挤土效应越明显。

海堤位于现有淤积滩涂上，上部淤泥质土层厚度较大（约30m~40m），在施工和使用过程中容易受到侧向挤压发生变形、移动。按桩长70m计算本工程储罐群桩的挤土效应影响范围约70m~105m。由于库区西侧罐体离海堤较近（约42m），管桩施工时产生的挤土效应预估会对西侧海堤造成危害，但该海堤后续将进行重修加固，现阶段正在进行前期设计，待库区建设完成后进行海堤的重修加固处理。同时，采取以下系列措施避免或减少挤土效应的不利影响。

2.1 深挖隔震沟

深挖隔震沟，并利用库区东侧排水明渠做隔震沟，能有效减少施工时的锤击法沉桩的振动影响，并对减少挤土效应起有利作用。隔震沟常规来说最少深度2m，本项目建议3m，宽度2~3m，坑边放坡或支护，坑内无水。

2.2 管墩支托割断

除西侧海堤外，为避免管桩施工时挤土效应对库区西侧管墩的向外挤压造成管线拉裂，除挖隔震沟外，管桩施工期间，对管线固定支托进行割断处理以释放应力，并加强管线监测，管桩施工完成30天且监测土体无位移后，再进行管线与支托的重新连接。

2.3 合理安排打桩次序、严格控制施工速率

施工过程严格控制沉桩速度和每天的压桩数量，并合理安排打桩次序。如先施工最外侧管桩，以起到“遮帘”作用，减少群桩施工对周边库区的影响，且最先施工码头泊位引桥附近的储罐，最大限度减少挤土效应对其的不利影响，必要时对其进行维修加固。同时，建议采用跳打的方式减少挤土效应。

2.4加强施工过程中的挤土效应的监测

加强施工过程中的挤土效应的监测，尤其是海堤、引桥的监测；边监测边施工，必要时需采取相关施工措施，确保工程安全。如设置土体深层位移监测孔、孔隙水压力监测孔、地面沉降标等监测点，打桩过程及完成后30天内监测土体位移、孔隙水压力和地面沉降监测，监测土体位移。

本项目监测方案主要为土体深层水平位移监测、孔隙水压力监测等。

图3 测斜孔和孔隙水压力监测孔布置图

2.4.1深层水平位移

通过测斜仪观测各深度处水平位移，主要有：

1）深层水平位移监测在桩基施工前至少1周埋深测斜管，共三组（X11~X13、X21~X23、X31~X34）。

2）测斜仪的系统精度不宜低于0.25mm/m，分辨率不宜低于0.02mm/500mm。

3）测斜仪探头置入测斜管底后，应待探头接近管内温度后，自下而上以不大于0.5m间隔逐段测量，每个监测方向均应进行正、反两次量测。

4）测斜管底部标高比桩端持力层深5m。

2.4.2孔隙水压力

孔隙水压力计可采用一钻孔多探头方案埋设，共设置三组钻孔（Y11~Y13、Y21~Y23、Y31~Y34）。

1）孔隙水压力计量程应满足被测压力范围的要求，可取静水压力与超孔隙水压力之和的2倍，精度不宜低于0.5％F·S，分辨率不宜低于0.2％F·S。

2）孔隙水压力计应事前埋设，埋设前应符合有关规范规定。

3）在孔隙水压力监测的同时测量孔隙水压力计埋设位置附近的地下水位。

4）采用一钻孔多探头多探头方法埋深时应保证封口质量，防止上下层水压力形成贯通。

5）钻孔内探头间距不大于5m。

2.4.3竖向位移

在测斜仪之间，设置地面沉降标，以观测管桩施工期间及后期建设时地面的竖向位移，共设置两组（C10~C13，C21~C23）。

其中C10沉降标观测时间2年，桩基施工开始到桩基完成后28d内每天观测一次，之后每月观测一次。C11~C13、C21~C23从桩基施工开始到桩基完成后28d内每天观测一次。

2.4.4 位移数据

从管桩施工开始到储罐基础全部管桩施工完成，9个深层土体位移监测数据如下表。

图1 深层土体位移监测最终数据

由监测数据可得，随着距离储罐越远，挤土效应越弱，但在该项目桩长较长约70m~80m范围、最远监测点距储罐罐壁40m时，挤土效应仍然较明显，表层最大位移约10cm。

且以X11一个月的监测数据为例可以看出随着土层深度的加大、土体位移逐渐减少，处于上部软弱土层时土体位移较大、下部较密实土层时，土体位移较小。

2.5设置应力释放孔

随着已管桩施工数量的逐渐增多，挤土效应愈发明显，周围土体、地面隆起、引桥疑似出现微裂缝，针对此情况，进行应力释放孔施工。

2.5.1应力释放孔粗算

应力释放孔的布置密度和体积，可根据挤土效应的挤土体积进行粗算，主要分为以下几部分：

管桩施工的总体积V：由管桩实体计算体积；

管桩腔内入土体积V₁：结合现场反馈，入管桩腔内土的深度约30m~40m，由管桩内径计算体积；

场区地坪隆起体积V₂：按25%总体积估算；

桩周土体挤密体积V₃：按15%总体积估算。

由此，需释放的土体总体积为：V- V₁- V₂- V₃，并考虑适当折减可计算出应力释放孔的布置。

2.5.2应力释放孔方案

结合现场机械，应力释放孔孔径600mm，钻孔间距1.8m；施工时根据挤土效应监测数据，在海堤一侧6#码头位置增加1排应力释放孔，与第1排释放孔交错布置，钻孔间距1.8m、排间距2m。孔深40m，总孔数按实际确定。

应力释放孔施工时采取措施防止塌孔，一般可在钻孔完成并清孔后放置钢筋毛竹笼。

3