沈建斌 張金鳳

（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215163）

關(guān)鍵字：擠土效應(yīng)；防微震要求；靜壓管樁

1 靜壓管樁基施工擠土效應(yīng)

靜壓樁在沉樁過程中，由于預(yù)制樁自身的體積占用了土體已有的空間體積，致使樁四周的土體向四周排開。當(dāng)樁周土為非飽和土?xí)r，土體受到擠壓時(shí)體積會有收縮，在一定的程度上能抵消擠土效應(yīng)產(chǎn)生的應(yīng)力。當(dāng)樁周土為飽和土?xí)r，土體受擠壓時(shí)體積不會收縮或收縮量極小，從而引起土體產(chǎn)生水平位移，并會在一定的范圍內(nèi)造成地面的垂直隆起和抬高，擠土效應(yīng)十分顯著。過量的土體水平位移和垂直隆起作用在先前打入的樁上，會造成樁位的偏移、翹曲或者上抬，嚴(yán)重時(shí)會造成樁體斷裂；對臨近的建筑、市政管道和道路造成不同程度的破壞。

另外，對于飽和軟土，沉樁時(shí)樁周土體會產(chǎn)生較高的超靜孔隙水壓力，一般情況下，樁周附近土體的超靜孔壓最大，隨著離樁表面距離的增加，超靜孔壓急劇降低且消散也比較迅速，在15 倍樁徑以外，超靜孔隙水壓力很小，可以忽略不計(jì)。

2 項(xiàng)目實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概況

蘇州某公司擬擴(kuò)建生產(chǎn)廠房，該擴(kuò)建生產(chǎn)廠房南側(cè)約14 米為已建的芯片測試封裝廠房，且周邊地下還有一期的污水、雨水管道和電纜等市政設(shè)施。

擬擴(kuò)建生產(chǎn)廠房為6 層的砼框架結(jié)構(gòu)，建筑物長104米、寬95 米，柱距10mx10m，地坪和二層樓面活荷載為10.0Kn/m2，三層~六層樓面活荷載為7.5 Kn/m2，屋面荷載2.0Kn/m2，局部5.0Kn/m2，經(jīng)計(jì)算，中間柱底反力標(biāo)準(zhǔn)值約11,000 Kn，邊柱柱底反力標(biāo)準(zhǔn)值約6，000 Kn。

相鄰的已建芯片測試封裝廠房，存在有微振區(qū)，微振要求為：設(shè)備A 區(qū)域：振幅：15μm/s；設(shè)備B 區(qū)域：振幅：25μm/s 。

2.2 場地地質(zhì)狀況

擬建場地地勢平坦，在地表下50 米深度范圍內(nèi)，除素填土外，其余均為第四紀(jì)濱海、河湖相沉積物，按其工程特性自上而下可分為10 個(gè)主要層次1） 素填土：雜色，松散；2） 粘土：灰黃色，可塑；3） 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：灰色，流塑，土層層厚7.0~10.5m，層頂標(biāo)高-3.23~2.39m；4） 粉質(zhì)粘土：灰黃色，可塑~軟塑；5） 粉土：灰色，稍密；6） 粉質(zhì)粘土：灰色，可塑~軟朔；7） 粉質(zhì)粘土夾粉土：灰色，可塑~軟朔；8） 粉砂：灰色，中密~密實(shí)，很濕，全場地分布；9） 粉質(zhì)粘土：灰黃色~灰綠色，可塑，干強(qiáng)度及韌性中等，全場地分布；10） 粉質(zhì)粘土：未揭穿。

上述土層，從第2 層至第10 層，飽和度Sr 值的范圍在94%~100%之間，基本接近看作為飽和土的性能,尤其是第3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。

蘇州市孔隙潛水歷史最高水位2.63m（黃海高程），近3~5 年最高水位2.50 米，最低潛水位-0.21 米（本項(xiàng)目的場地自然地坪標(biāo)高2.93~3.60 米）。

2.3 擠土效應(yīng)預(yù)防和控制措施

整體樁基設(shè)計(jì)及施工方案是為保證對已建芯片廠房影響很小、滿足已建廠房產(chǎn)品的優(yōu)良品率不下降的前提下，盡量縮短施工周期，控制建廠的成本，產(chǎn)生最大的綜合效益。

1） 設(shè)計(jì)樁型的選擇，靜壓管樁施工簡單，單樁承載力較高，質(zhì)量易保證，經(jīng)濟(jì)型較好，但擠土效應(yīng)比較明顯；鉆孔灌注樁施工周期長，造價(jià)較高，現(xiàn)場會產(chǎn)生大量的泥漿，對現(xiàn)場環(huán)境影響比較大，但無擠土效應(yīng)，為非擠土樁。

結(jié)合上述靜壓樁和鉆孔灌注樁的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)本項(xiàng)目的情況，采用的樁基方案如下：

新建廠房最南側(cè)（臨近已建芯片測試封裝廠房廠房） 一排砼框架柱基礎(chǔ)采用直徑700 的鉆孔灌注樁（KZHb700），樁長34 米，樁端持力層為第8 粉砂層，單樁豎向承載力特征值Ra=1800KN；其余區(qū)域的砼框架柱基礎(chǔ)采用直徑600 的靜壓預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，樁型號：PHC-600 (110) AB-C80，樁長32~34 米，樁端持力層為第8 粉砂層，單樁豎向承載力特征值Ra=1850KN。所布置的樁基平面圖，其四周邊柱為4~5樁承臺，中柱6 樁承臺，樁基總數(shù)約750 根。

2） 土塞效應(yīng)對擠土效應(yīng)的影響，開口靜壓管樁在沉樁過程中，一部分土被樁擠壓到樁四周，一部分土進(jìn)入靜壓管樁的內(nèi)，在樁端部分的土塞將產(chǎn)生拱效應(yīng)，拱效應(yīng)在管腔內(nèi)壁產(chǎn)生很大的內(nèi)摩阻力，從而形成土塞效應(yīng)。兩者相互影響，由于土塞效應(yīng)的存在，沉樁過程中產(chǎn)生的擠土效應(yīng)相應(yīng)減小，故本項(xiàng)目采用開口型鋼樁尖（蘇G03-2012 圖集中第45 頁A 型鋼樁尖），一方面加開口型鋼樁尖有利于沉樁，另一方面可以減少擠土效應(yīng)。

3） 設(shè)置砂井，由于本項(xiàng)目的土層基本上都接近飽和土，特別是第3 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，屬于飽和軟土，其土層層厚度達(dá)7.0~10.5m，沉樁過程中會產(chǎn)生較大的超靜孔隙水壓力，為盡量減輕超靜孔隙水壓力和擠土效應(yīng)的影響，決定設(shè)置砂井。

砂井方案如下：在施工區(qū)域南側(cè)（即本新建項(xiàng)目和已建芯片廠房兩者中間），并向東西兩側(cè)各延伸15m，施工兩排砂井。砂井防護(hù)的間距采用1000mm，采用雙排布置，樁徑采用Ф500mm，排距為1000mm，深度為20m，一共245 根。灌砂材料采用中粗砂、中砂摻瓜子片或礫砂等均可，要求灌砂率不少于90%。引孔機(jī)采用跳引的方式施工，即采用間隔的方式施工,計(jì)劃每天施工25 根，用時(shí)10 天，引孔結(jié)束后5天，開始樁基施工。詳見下圖1。

圖1 砂井方案

4） 選擇合理打樁順序和控制沉樁速率，一個(gè)合理的打樁順序?qū)p輕擠土效應(yīng)的影響、保護(hù)臨建建筑、地下管道和市政設(shè)施也有較好的效果。背離臨建的建筑打樁，其對已建的建筑影響會有一定程度的下降，原因主要有兩條：①隨著沉樁數(shù)量的增多，越到打樁后期，由于土體本身可壓縮性幾乎消除，擠土效應(yīng)愈加明顯；②前期打入的樁，對后面樁基施工所產(chǎn)生的土體位移有阻擋效應(yīng)，從而對已建的芯片廠房起到一定的保護(hù)作用。

根據(jù)上面所述，本項(xiàng)目先施工最南側(cè)的鉆孔灌注樁，然后從南向北按一定的流線施工靜壓樁，合理的安排打樁順序。

項(xiàng)目的樁基施工流線圖見下圖2：

圖2 樁基施工流線圖

另外，沉樁速率過快也會加劇擠土效應(yīng)，本項(xiàng)目控制打樁的速率為1.5m/min，并控制好每天的打樁數(shù)量。

5） 已建芯片廠房的微振檢測，已建芯片廠房的某些設(shè)備有微震要求，設(shè)備A 區(qū)域，振幅：15μm/s；設(shè)備B 區(qū)域：振幅：25μm/s。微震等級技術(shù)要求表見下表1：

表1 設(shè)備微振等級分類

根據(jù)上表的要求：對應(yīng)設(shè)備A 區(qū)域，其防微振要求為VC-C 等級；對應(yīng)設(shè)備B 區(qū)域，其防微振要求為VC-B 等級。為檢測臨近芯片廠房在采取上述2.3.1~2.3.4 條設(shè)計(jì)方案和減輕擠土效應(yīng)的施工方案后，其防微震等級仍滿足原設(shè)計(jì)要求，保證產(chǎn)品的優(yōu)良品率不下降（達(dá)到95%），決定在樁基施工期間對設(shè)備的微震情況進(jìn)行檢測。

本工程采用SA－02A4 四通道振動分析儀及三軸加速度傳感器檢測采集設(shè)備的微震數(shù)據(jù)，單位換算： dB=20log10 微英寸每秒；1μm/s=39.37μin/s。

①設(shè)備A 區(qū)域微振測試表，采用設(shè)1/3 倍頻程評價(jià)振動的方法，得到設(shè)備A 區(qū)域的振動數(shù)據(jù)，以下各圖依次為Z向、X 向、Y 向的數(shù)據(jù)結(jié)果，測量圖表數(shù)據(jù)果如下：

圖3 設(shè)備A 區(qū)域1/3 倍頻程振動測試表

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，設(shè)備A 區(qū)域在樁基施工期間，其微振滿足原有的VC-C 等級要求。

②設(shè)備B 區(qū)域微振測試表，采用設(shè)1/3 倍頻程評價(jià)振動的方法，得到設(shè)備B 區(qū)域的振動數(shù)據(jù)，以下各圖依次為Z向、X 向、Y 向的數(shù)據(jù)結(jié)果，測量圖表數(shù)據(jù)果如下：

圖4 設(shè)備B 區(qū)域1/3 倍頻程振動測試表

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，設(shè)備B 區(qū)域在樁基施工期間，其微振也滿足原有的VC-B 等級要求。

3 結(jié)語

由于芯片測試封裝廠房中的設(shè)備有微振要求，其對靜壓樁施工時(shí)產(chǎn)生的擠土效應(yīng)更加敏感，故對擠土效應(yīng)采取的防護(hù)和控制措施需綜合、全面的考慮。

實(shí)踐表明，根據(jù)擠土效應(yīng)原理，選擇合理的樁型、樁尖和打樁順序；控制好沉樁速率；根據(jù)項(xiàng)目情況和地質(zhì)條件，設(shè)置適當(dāng)?shù)纳熬當(dāng)?shù)量；并在樁基施工時(shí)對臨近芯片廠房的微振情況進(jìn)行測試，微振測試結(jié)果完全滿足原有的設(shè)計(jì)要求，其對類似的工程項(xiàng)目也可提供很好的參考價(jià)值。