挤土桩施工过程中的挤土效应及其机理分析

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1、地质学刊第35卷第3期doill0．3969／j．isan．1674-3636．2011．03．317挤土桩施工过程中的挤土效应及其机理分析丁金海h2。李继涛1(1．江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京210007；2．江苏华东建设基础工程有限公司，江苏南京210004)摘要：当软弱地基无法满足承载力要求时，需要对地基基础进行加固补强处理，挤土桩是一种较好的地基加固方法，但挤土桩在施工过程中会产生挤土效应，对环境造成一定的影响，文章旨在对挤土效应的影响、内在机理及防治措施做一些分析探讨并介绍了工程施工实例。关键词：挤土效应；孔隙水压；一维固结中图分类号：TU753．

2、3文献标识码：A文章编号：1674—3636(2011)03—0317—050引言我国幅员辽阔，正处在大规模建设和发展阶段，工程建没中会遇到各类地基土，特别是在中、东部沿海和沿江地区，存在大面积深厚软弱地基土，由于该类地基土性质软弱，大多无法满足设计承载力的要求，对工程建设不利，需要进行地基加固处理，挤土桩是其中一种应用较广的地基加固方法(《地基处理手册》编写委员会，2000)，该方法一方面可以改善地基土性能，另一方面起到补强作用，提高地基的承载力，达到设计的要求。目前，这种方法在国内经济较发达的沿海地区被普遍推广应用，如静压PHC管桩等(杨生彬等，2006)。但挤土

3、桩在施工中会带来负面的挤土效应(阳军生等，1999；姜鹏明等，2000)，造成桩顶上浮、桩身位移，使周围建筑产生不均匀沉降，破坏管线等危害。分析挤土效应的机理有助于理解挤土效应的本质原因，为挤土桩的设计施工及采取防止措施提供理论依据。1挤土桩的挤土效应1．1挤土效应挤土桩在沉桩时使桩四周的土体结构受到扰动，改变了土体的应力状态而产生挤土效应。挤土效应一般表现为浅层土体的隆起和深层土体的横向挤出，挤土效应会引起周围路面和建筑物的破坏，使周围开挖基坑坍塌或位移增大，对已经施工的桩的影响表现为桩身倾斜及浅桩(、<20m)上浮。如果压桩施工方法与施工顺序不当，每天成桩数量太多

4、以及压桩速率太快，会加剧挤土效应。挤土类桩在沉桩过程中，由于桩自身的体积“占用”了土体原有的空间，使桩周土向四周挤压排开。当桩周土为非饱和土层，在土体受到挤压时，土体的体积会发生收缩，能有效地消散挤压应力。因此，挤土类桩在非饱和土层中的挤土效应不明显，所造成的负面影响也较小；当桩周土为饱和软土时，土体受挤压时体积不会收缩或收缩量极小，挤压应力主要通过土体位移来消减，挤土效应十分显著，因此所造成的负面影响更大。1．2挤土效应的影响挤土桩的挤土效应所造成的影响主要表现在以下几个方面。(1)沉桩时，由于桩周土层被压密并挤开，使土体产生垂直方向的隆起和水平方向的侧向位移，可能

5、造成近邻已压入的桩上浮，桩端被“悬空”，使桩的承载力达不到设计要求；也会造成桩位偏移和桩身翘曲折断等质量事故；并可使相邻建筑物和市政设施发生不均匀变形甚至损坏。(2)在打桩过程中，桩周土被挤密压缩，一方收稿日期：201l—05—27；修订日期：201l—06—03；编辑：蒋艳作者简介：丁金海(19“一)，男。高级工程师，主要从事岩土工程及地质灾害治理等方面的设计、研究及技术管理工作，E—mail：jshddjh@sohu．COrn318地质学刊2011年9月面，土的天然结构受到破坏，压缩性增大的同时，土的强度剧烈下降；另一方面，孑L隙中的水无法迅速排出，孔隙比大大降低

6、，饱和度上升，使得土体产生巨大的超静孔隙水压力，同时有效应力下降，导致土的抗剪强度降低。(3)塑性指数越大的土黏性愈大，越不利于孑L隙水压力消散，在沉桩过程中孔隙水压力升高，造成土体破坏，未破坏的土体也会因孑L隙水压力的不断传播和消散而发生蠕变，导致土体的垂直隆起和水平方向的位移。2挤土效应的内在机理分析在沉桩施工时，桩周围土体内部产生了较大的超静孔隙水压力，导致桩周土产生较大的侧向位移和竖向隆起，同时桩周围土体在沉桩过程中受到一定程度的扰动，导致基桩承载力降低。随着超静孔隙水压力的逐步消散，场地地基将出现大面积沉陷，同时导致工程桩受到负摩阻力的作用，桩基承载力下降。

7、因此，对孔隙水压力的计算能够从理论上估算挤土效应的影响，具体求解过程如下。太沙基一维同结理论可以求解一维有侧限应力状态下，饱和黏性土地基受外荷载作用发生渗流固结过程中任意时刻的土骨架及孔隙水的应力分担量(华南理工大学，199l；谢康和，1994)。太沙基一维固结微分方程可表示为如下形式：韭=c，掣(1)Ot一。’a2：～／式(1)中，C。为竖向固结系数，值为：，’后(1+eo)I

8、}E。⋯乙。2——o——L二，aT。y。上述固结微分方程可以根据土层渗流固结的初始条件和边界条件求出其特解，当附加应力盯：沿土层均匀分布时，孑L隙水压力U(Z，t)的解答如