郭智鵬（中國安能集團華東投資開發(fā)有限公司，上海 200040）

常見的剛性樁基礎(chǔ)包括鉆孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁等，預(yù)應(yīng)力管樁是軟土地區(qū)常見的樁基形式，常用于天然地基淺基礎(chǔ)沉降量較大且要求地基穩(wěn)定性較高的項目中。尤其在城市的建筑工程項目施工過程中，靜壓法預(yù)應(yīng)力管樁能較好地滿足控制環(huán)境污染、降低噪音等文明施工的要求。但城市中新建項目周邊有很多現(xiàn)有建筑且距離較近，在施工過程中對周邊環(huán)境的保護非常重要。在預(yù)應(yīng)力管樁沉樁施工的過程中會對周圍土體造成擠壓，并引起樁周土體應(yīng)力狀態(tài)的改變，應(yīng)力釋放后重新達到新的應(yīng)力平衡狀態(tài)。為此，必須對預(yù)應(yīng)力管樁施工過程中對樁周土體的破壞機理進行深入分析，并采取積極有效的應(yīng)力釋放措施使樁周土體短時間內(nèi)達到平衡狀態(tài)，避免其應(yīng)力變化對周圍地形地貌地物造成破壞和不利影響。

1 工程背景

上海中泰城市建設(shè)發(fā)展有限公司開發(fā)建設(shè)的“中泰廣場”項目建筑面積64686.93㎡，本工程基礎(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ)，樁基設(shè)計等級為甲級，抗浮設(shè)計等級甲級，地基土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。樁基采用預(yù)應(yīng)力混凝土(PHC)管樁，樁基單樁豎向抗壓承載力設(shè)計值為1700kN～2400kN，抗壓最大承載力加載值為3600kN～4800kN。單樁豎向抗拔承載力設(shè)計值為500kN～585kN，抗拔最大承載力加載值為1170kN，采用1臺GZY-800靜壓樁機和1臺ZYC-1200B-B1靜壓樁機施工。

表1 地基土層物理力學(xué)指標(biāo)

靜壓預(yù)制樁施工具有質(zhì)量穩(wěn)定、進度快、無泥漿污染、施工噪音低等技術(shù)優(yōu)勢，且樁身耗材和單樁造價均不高，但是靜壓預(yù)制管樁樁基施工會對周邊建筑物、地下管網(wǎng)、道路等既有結(jié)構(gòu)造成破壞，壓樁過程中所產(chǎn)生的擠土效應(yīng)對周圍環(huán)境造成的影響始終是工程施工過程中應(yīng)特別關(guān)注的問題，必須采取有效措施減小擠土效應(yīng)。在類似工程實踐中，也逐漸探索出避免靜壓預(yù)制樁擠土效應(yīng)對周邊環(huán)境破壞的預(yù)防措施，即通過增設(shè)應(yīng)力釋放孔將壓樁施工過程所產(chǎn)生的孔隙水壓力通過應(yīng)力釋放孔得到消散，緩解其對土體的擠壓[1]。

2 擠土效應(yīng)釋放相關(guān)分析

2.1 破壞機理分析

靜壓預(yù)制樁在壓樁施工過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力會破壞周圍土體平衡，導(dǎo)致土體發(fā)生橫向擠壓和豎向剪切破壞，至于靜壓預(yù)制樁擠土效應(yīng)的影響范圍主要受到壓樁施工距離和速率、樁密度、樁間距、施工順序、土質(zhì)、水位埋深等因素的影響。對于不飽和填土層和軟土地層，擠壓應(yīng)力主要通過樁周土傳遞，當(dāng)擠壓應(yīng)力超出樁周土抗力，便會引發(fā)樁周土體出現(xiàn)大范圍側(cè)向位移；對于飽和軟土地層，壓樁施工既會對樁周土產(chǎn)生擾動并引起側(cè)向位移變化，還會因樁周土具有較差的滲透性而在孔隙水壓力影響下發(fā)生豎向和側(cè)向位移，引發(fā)建筑物沉降、開裂，甚至破壞，但這種破壞會隨建筑物結(jié)構(gòu)自重及與靜壓預(yù)制樁距離的增大而呈減弱趨勢。

由分析可知，土體擠壓和超靜孔隙水的綜合作用導(dǎo)致樁周土發(fā)生橫側(cè)向位移和隆起，這是引發(fā)靜壓預(yù)制樁沉樁區(qū)樁周土豎向和徑向變形的主要原因。孔隙水壓力不斷向周圍擴散，在群樁疊加及地基土低壓縮性等的綜合作用下隆起和位移程度及影響范圍會進一步加深。地基土的位移是多種因素綜合作用的結(jié)果，包括本工程在內(nèi)的樁基工程也只能通過經(jīng)驗對沉樁導(dǎo)致地基土側(cè)向位移、沉降、隆起及影響范圍等進行估計。

2.2 擠土量計算

本項目工程樁共計883根，其中PHC-600AB(100)型管樁245根，平均樁長26m，送樁深度9m，共計約8575m。PHC-500AB(100)型管樁638根，平均樁長24m，送樁深度9m，共計約21054m。初步估算擠土量（V）為6555m3。

根據(jù)布樁方案及周邊類似土質(zhì)工程經(jīng)驗，沉樁施工時土體進入管內(nèi)的深度約為6m，因此進入管樁內(nèi)的土體體積（V1）為455m3。

沉樁施工后，土體上浮按25%計算，則上浮的土方量為：V2=6555×25%=1639m3。

本項目樁基工程臨近現(xiàn)有商業(yè)綜合體建筑及市政道路，樁基施工時土體擠密量按15%計算，則擠密消耗的土方量為：V3=6555×15%=983m3。

綜上，本項目樁基工程釋放的擠土量為：

2.3 應(yīng)力釋放孔設(shè)計

本項目因建筑場地限制，所以施工過程中必然會對周圍既有建筑產(chǎn)生擾動和影響，甚至破壞，為有效控制這種不利的影響，應(yīng)在樁基施工開始前在待保護建筑物一側(cè)增設(shè)應(yīng)力釋放孔，以轉(zhuǎn)變應(yīng)力消散方向，減少靜壓管樁所產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力和孔隙水壓力，并加速地基土應(yīng)力和超孔隙水壓力的提前釋放。

在靜壓預(yù)制管樁周圍設(shè)置應(yīng)力釋放孔主要目的在于通過徹底阻斷沉樁施工中應(yīng)力和超靜孔隙水壓力的傳遞途徑，以調(diào)整和轉(zhuǎn)變應(yīng)力消散走向，并加速應(yīng)力釋放。靜壓預(yù)制管樁插打入土后會造成樁周土壓縮以及土體內(nèi)孔隙水壓力升高，并由此打破周圍土體內(nèi)壓力的平衡狀態(tài)，孔隙水壓力會通過擴散并向四周土體釋放的方式以尋求新的壓力平衡狀態(tài)。這種孔隙水壓力的擴散會造成樁周圍壓力較低土體的位移、隆起和變形以及周圍既有建筑物的上浮、沉降、開裂、傾斜等。結(jié)合本工程施工組織設(shè)計，本工程靜壓預(yù)制管樁施工對樁周土的影響范圍為設(shè)計樁長的1.3～1.7倍，在樁長1倍范圍內(nèi)影響最為嚴重[2]。為保證樁周土影響范圍內(nèi)既有結(jié)構(gòu)物的安全與穩(wěn)定，應(yīng)采取應(yīng)力釋放孔的做法釋放應(yīng)力，有效緩解靜壓管樁施工對樁周所施加的擠土效應(yīng)。由于上部土層主要為壓縮性大且滲透系數(shù)小黏土層，孔隙水壓力消散過程緩慢，擠土效應(yīng)持續(xù)時間較長，為避免靜壓管樁插打施工所產(chǎn)生的擠土效應(yīng)加速應(yīng)力釋放孔壓縮閉合過程，從而阻隔孔隙水順利排出，必須在應(yīng)力釋放孔施工完畢后立即將中粗砂回填入孔內(nèi)，以維持孔形，便于因沉樁產(chǎn)生的樁周土孔隙水壓力通過應(yīng)力釋放空中的粗砂消散。

在項目四周距離紅線4m處，按照1.2m間距布置2排孔徑500mm、孔深15m的應(yīng)力釋放孔，并使其呈梅花形布置，共計608孔，共計取土量（V5）為1790m3。根據(jù)類似土質(zhì)施工經(jīng)驗可知，當(dāng)應(yīng)力釋放孔取土量達到樁基釋放土量的50%時，采取的應(yīng)力釋放措施得當(dāng)且能滿足應(yīng)力釋放的要求[3]。通過以上估算，樁基施工釋放的擠土量（V4）為3478m3，應(yīng)力釋放孔取土量（V5）為1790m3，V5/V4=51%，故可初步判斷本項目采取的應(yīng)力釋放方案得當(dāng)。

同時，在兩排應(yīng)力釋放孔的上方開挖寬2m、深2.5m的應(yīng)力釋放溝，以避免因淺層土體發(fā)生側(cè)向位移而導(dǎo)致周圍淺埋式建筑差異變位。在設(shè)置應(yīng)力釋放孔措施之外，還應(yīng)采用控制工程樁沉樁數(shù)量的輔助性措施使周圍土體內(nèi)應(yīng)力逐步釋放。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，施工過程中所導(dǎo)致土體位移的增加量會在夜間停工過程中釋放25%[4]左右，因此要避免全天不停沉樁施工。

3 應(yīng)力釋放孔施工

3.1 沉樁及設(shè)置應(yīng)力釋放孔

因本項目東側(cè)距離現(xiàn)有商業(yè)綜合體建筑地下室較近，故靜壓樁施工順序由東北方向向西南方向推進，并采取調(diào)打施工，嚴格控制沉樁速度，平均每天沉樁18根，并確保每天樁基施工間歇8h。

應(yīng)力釋放孔通過直線拉距方式定位后，測量員進行其中軸線測放，再由施工人員嚴格按照施工圖孔位間距定出孔位。本工程采用長螺旋鉆頭回轉(zhuǎn)成孔施工工藝，由螺旋式刀片旋切土體，并順刀片將土體螺旋擠出，待開挖成孔至設(shè)計深度后提鉆出剩余土，將四周綁扎好毛竹片的鋼筋籠安放在應(yīng)力釋放孔孔內(nèi)，以避免土體進入影響孔隙水壓力釋放。通過人工方式在鉆孔內(nèi)回填黃砂至地面高度，并將鉆機移動至下一孔位繼續(xù)開孔。在鉆孔過程中應(yīng)加強定位放線、成孔、填砂等環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。在鉆孔前應(yīng)量取鉆具長度和鉆頭直徑，符合設(shè)計要求后將樁機就位，并緩慢勻速下沉鉆頭開挖。

為保證所設(shè)置的應(yīng)力釋放孔效果的充分發(fā)揮，應(yīng)當(dāng)改進和優(yōu)化打樁次序。先壓入樁的周圍土體發(fā)生固結(jié)后會增加土體和樁周土之間的摩阻力，從而起到抑制后壓入樁土體隆起的作用。也就是說，土體的隆起通常發(fā)生于壓樁推進方向，所以，打樁時應(yīng)向背離既有建筑物的方向施打，先壓長樁，后壓短樁，并降低壓樁施工速度，以便壓樁過程所產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力和超靜孔隙水壓力能得到充分消散。

3.2 變形監(jiān)測

在沉樁施工過程中還應(yīng)在應(yīng)力影響范圍內(nèi)設(shè)置監(jiān)測點，進行各測點水平位移增量及豎向位移增量等的定期監(jiān)測，并根據(jù)所取得的數(shù)據(jù)繪制監(jiān)測時間、位移變動量等曲線，結(jié)合監(jiān)測及分析結(jié)果進行應(yīng)力釋放孔的增加及施工方案的調(diào)整，以保證靜壓灌裝樁基施工過程中應(yīng)力釋放孔作用的有效發(fā)揮。

本工程靜壓樁施工過程中監(jiān)測單位進行周圍建筑物裂縫、變形、沉降等的跟蹤監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，本工程預(yù)制沉樁施工期間四周建筑物垂直變形累計最大值僅為9.2mm，比設(shè)計及監(jiān)測方案所規(guī)定的±20mm的預(yù)警值小，且在建筑物外墻等處均未發(fā)現(xiàn)墻皮脫落、既有裂縫增大、沉陷、變形等狀況。充分表明，本工程靜壓預(yù)制管樁應(yīng)力釋放孔設(shè)置科學(xué)合理，并對靜壓預(yù)制管樁施工所造成的擠土效應(yīng)釋放效果良好。

4 結(jié)語

本工程設(shè)計及施工結(jié)果表明，靜壓法預(yù)制高強度預(yù)應(yīng)力混凝土管樁沉降施工無泥漿污染，且施工噪音較小，滿足環(huán)境保護和文明施工等方面的要求，且混凝土管樁均工廠化預(yù)制，管樁質(zhì)量有保證，管樁單位承載力造價在各種樁型中也較低，經(jīng)濟效益優(yōu)于其余樁型；沉樁施工后也無混凝土養(yǎng)護方面的要求，可立即進行上部結(jié)構(gòu)施工，并能直觀地實現(xiàn)對壓樁系數(shù)和壓樁力等參數(shù)的控制及對單樁豎向承載力的判斷，施工質(zhì)量有保障。但是在靜壓法預(yù)制混凝土管樁沉樁施工過程中會對樁周土產(chǎn)生擠壓效應(yīng)，并對周圍建筑物和既有管線造成不利影響。實踐證明，應(yīng)力釋放孔是解決軟土地基靜壓法預(yù)制管樁樁基沉樁施工所產(chǎn)生擠土效應(yīng)破壞程度的有效措施，為保證施工方案的切實可行及施工效果，必須在施工前經(jīng)過周密的方案設(shè)計、論證及可行性分析，并在壓樁及應(yīng)力釋放孔鉆孔過程中嚴格按照設(shè)計方案執(zhí)行。實踐證明，應(yīng)力釋放孔緩解靜壓樁擠土效應(yīng)的效果主要受設(shè)計孔深、孔距、孔徑等因素的影響，通過加強對上述參數(shù)取值的合理控制，以保證取得最佳的施工效果。