林華橋 陶海冰 盧玉華 劉子振 單華峰

1. 方遠(yuǎn)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 浙江 臺(tái)州 318000；2. 臺(tái)州學(xué)院建筑工程學(xué)院 浙江 臺(tái)州 318000

混凝土管樁經(jīng)常使用在工業(yè)廠房和低層住宅等基礎(chǔ)工程中，其承載力容易滿足，設(shè)計(jì)和施工都方便，便于工廠化生產(chǎn)，在軟土類地基環(huán)境下很容易實(shí)施。由于管樁壓樁過程的擠土作用，特別是大面積的群樁管樁，在施工過程中仍會(huì)碰到一些難題，比如壓樁路線、壓樁速度、鄰近建筑的影響、管樁偏移等[1-4]。管樁壓樁過程與軟土環(huán)境相互作用主要體現(xiàn)在鄰近結(jié)構(gòu)與土的位移變化、孔隙水壓的波動(dòng)[5-6]等方面。管樁壓樁過程與軟土環(huán)境相互作用可以通過圓孔擴(kuò)張理論分析，劉裕華等[7]、高子坤等[8]基于圓孔柱擴(kuò)張理論，將管樁按照彈塑性分析，獲得土體位移的解析解。周航等[9]基于圓孔擴(kuò)張理論建立擴(kuò)底楔形樁沉樁過程擠土效應(yīng)的理論計(jì)算方法。以上理論研究中很少考慮群樁的影響，在群樁環(huán)境中管樁的擠土作用主要通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲得[10-12]。本文以臺(tái)州市某產(chǎn)業(yè)園區(qū)廠房群樁管樁為例，通過調(diào)整施工措施和測(cè)試獲得管樁施工效應(yīng)。

1 工程概況

臺(tái)州某產(chǎn)業(yè)園工程?hào)|鄰路澤太一級(jí)公路及在建的一期用地，西鄰保全路，北鄰園區(qū)北路，南鄰已建廠房。規(guī)劃總用地面積約189 667 m2，總建筑面積約364 399 m2。二期工程擬建35幢4層廠房（1#—35#）；三期工程擬建3幢10層倒班宿舍樓（36#—38#）及1幢3層的配套設(shè)施用房（39#）；四期工程建筑為1幢3層的輔助用房（40#）。

根據(jù)區(qū)塊巖土工程勘察報(bào)告，本場(chǎng)地地勢(shì)較平坦，場(chǎng)地及周邊不存在地面沉降、地面塌陷等不良地質(zhì)作用，場(chǎng)地總體屬基本穩(wěn)定。擬建物距北側(cè)園區(qū)北路約50 m，距建筑物約80 m，距南側(cè)建筑物較近，故需考慮采取防范措施，如開挖防擠溝和應(yīng)力釋放孔，并合理安排壓樁路線、壓樁速度等，以盡量減輕對(duì)周圍環(huán)境及相鄰樁的影響。

2 軟土環(huán)境群樁管樁施工措施

2.1 群樁與軟土環(huán)境特性

本工程樁基礎(chǔ)為預(yù)應(yīng)力管樁，管樁樁徑為600、700 mm，壁厚110 mm，設(shè)計(jì)樁長為48、49、50、51 m，總樁數(shù)為1 764根。單樁承載力特征值為1 700～2 100 kN。管樁采用靜壓沉樁施工，擠土作用明顯，容易對(duì)周邊鄰近建筑產(chǎn)生影響。根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件、擬建建筑結(jié)構(gòu)及荷載要求，樁基礎(chǔ)持力層集中在⑦2粉質(zhì)黏土混粉砂、⑧1、⑧2層粉質(zhì)黏土。本項(xiàng)目范圍內(nèi)各層土的分布從上至下依次為①雜填土、②黏土、③淤泥、④粉質(zhì)黏土、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤2黏土、⑦1粉質(zhì)黏土、⑦2粉質(zhì)黏土混粉砂、⑦2夾礫砂、⑧1粉質(zhì)黏土、⑧2粉質(zhì)黏土。

2.2 群樁壓樁措施與測(cè)試方案

場(chǎng)地群樁施工措施包括壓樁路線、壓樁速度、設(shè)置防擠溝和應(yīng)力釋放孔。在管樁施工期間，加強(qiáng)壓樁過程的建筑物或監(jiān)測(cè)孔等觀測(cè)，用以調(diào)整壓樁路線和壓樁速度。

場(chǎng)地北側(cè)和中軸線附近群樁施工通過控制壓樁路線和速度，進(jìn)行土體位移分析。根據(jù)群樁分布和周邊建筑情況，制定了靜壓管樁施工過程跟蹤的測(cè)試方案。在場(chǎng)地南、中、北軸線上分別布設(shè)了3組測(cè)斜管S1、S2，S3、S4，S8、S9、S10，設(shè)置了3組孔隙水壓力計(jì)W1、W2，W3、W4，W5、W6、W7。南側(cè)測(cè)點(diǎn)S1、S2和W1、W2附近設(shè)有防擠溝和應(yīng)力釋放孔。壓樁措施與觀測(cè)點(diǎn)平面布置情況如圖1所示。

圖1 壓樁措施與測(cè)點(diǎn)平面布置

根據(jù)場(chǎng)地土層情況，每組孔隙水壓計(jì)分別距地表深度4、12、26、36 m。測(cè)斜管長33 m，測(cè)斜管內(nèi)每0.5 m測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù)。

3 群樁施工措施效應(yīng)分析

3.1 壓樁路線效果分析

群樁管樁施工隨著壓樁數(shù)量增多，各層土體容易擠密。因此，壓樁線路從鄰近建筑物向遠(yuǎn)處推進(jìn)，避免地表土上升和水平位移導(dǎo)致樁身傾斜。主要壓樁方案包括先中間再外圍、整排向一側(cè)推進(jìn)、先外圍再中間，部分位置結(jié)合間隔壓樁。

先中間再外圍的壓樁施工主要有3#樓（離釋放孔近）、6#樓、11#樓（無釋放孔，局部間隔壓樁）、35#樓（無釋放孔）。先外圍再中間的壓樁施工主要有2#樓（局部間隔壓樁）、16#樓、17#樓、23#樓、24#樓（局部間隔壓樁）。整排向一側(cè)推進(jìn)的壓樁施工主要有5#樓（局部間隔壓樁）、14#樓（局部間隔壓樁）、33#樓、34#（局部間隔壓樁）。根據(jù)規(guī)范[13]，靜壓預(yù)制樁樁位偏位允許值為≤（100＋0.01H） mm（H為深度，本文中樁位偏位允許值取99.5 mm），樁頂標(biāo)高±50 mm，壓樁完成后樁頂水平偏位情況如圖2所示。

圖2 樁頂水平偏位統(tǒng)計(jì)

由圖2可得，群樁壓樁路線優(yōu)先采用中間再外圍方案，然后是整排向一側(cè)推進(jìn)，最后是先外圍再中間方案，如果結(jié)合間隔壓樁會(huì)更好。

3.2 壓樁速度效果分析

壓樁速度越快，土體受擠壓力及變形也越大，鄰近建筑物或道路應(yīng)放慢壓樁或分段間隔壓樁。根據(jù)樁基施工擠土影響范圍，選取場(chǎng)地南邊界、中間軸線附近和北邊界的樁基進(jìn)度進(jìn)行分析。場(chǎng)地南邊界的樁基平均進(jìn)度：2#樓為5.26根/d，3#樓為6.33根/d，5#樓為5.47根/d；場(chǎng)地中軸線附近的樁基平均進(jìn)度：11#樓為6.56根/d，12#樓為3.14根/d，14#樓為4.32根/d；場(chǎng)地北邊界的樁基平均進(jìn)度：33#樓為6.83根/d，34#樓為7.45根/d，35#樓為7.20根/d。不同壓樁速度下樁位水平偏位情況如圖3所示。

圖3 不同壓樁速度的樁位水平偏位情況

由圖3（b）可得，壓樁速度越快，樁位水平偏位值呈波動(dòng)狀增加。由圖3（a）可知，當(dāng)壓樁速度超過7根/d，樁位水平偏位超限占比會(huì)降低，壓樁速度為5～7根/d，樁位水平偏位超限占比基本相近。

3.3 防擠溝和應(yīng)力釋放孔效果分析

3.3.1 防擠溝和應(yīng)力釋放孔設(shè)置方案

本工程在1.5L（L為樁長，下同）范圍有建筑物，因此，通過設(shè)置防擠溝和應(yīng)力釋放孔，減少壓樁時(shí)引起的表層土的水平位移，釋放擠土效應(yīng)。防擠溝和應(yīng)力釋放孔設(shè)置情況：在2#、3#樓南側(cè)設(shè)置1條長83 m、上口寬3 m、下口寬2 m、深2 m的防擠溝，并在溝內(nèi)鉆設(shè)應(yīng)力釋放孔，孔徑600 mm，孔深約為25 m，孔距1.8 m，呈梅花形，同時(shí)在孔內(nèi)放置直徑500 mm的毛竹籠，籠長約15 m。在防擠溝中設(shè)置集水井，使地表水和孔隙水能迅速匯集到集水井中。

3.3.2 場(chǎng)地土體與群樁位移分析

由于在2#、3#樓設(shè)置了防擠溝與應(yīng)力釋放孔，位移觀測(cè)點(diǎn)S1、S2和水壓力觀測(cè)點(diǎn)W1、W2設(shè)置在防擠溝與應(yīng)力釋放孔附近。監(jiān)測(cè)過程中的觀測(cè)頻率依據(jù)壓樁進(jìn)度調(diào)整，選取S1、S2和S4監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。

經(jīng)分析可知，測(cè)斜孔深34 m（0.7L）位置處的累計(jì)位移較小。S1在埋深9～12 m處累計(jì)位移有明顯波動(dòng)，主要原因是S1離防擠溝和應(yīng)力釋放孔較近。各測(cè)點(diǎn)的最大位移統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表中S2離應(yīng)力釋放孔較遠(yuǎn)，S3、S4、S8、S9和S10附近沒有應(yīng)力釋放孔。由表1可得，深度0.7L以下和地表離樁3.0L以上壓樁可以不考慮擠土影響。

表1 各測(cè)點(diǎn)的最大位移統(tǒng)計(jì)結(jié)果

與測(cè)點(diǎn)S1、S2、S4、S8、S9距離為0.8L～1.0L范圍壓樁時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的位移如圖4所示。壓樁完成后，樁頂豎向偏位≥50 mm的點(diǎn)位占比情況如圖5所示。

圖5 樁頂豎向偏位情況

由圖4可得，S1和S2所測(cè)的位移值明顯比其他測(cè)孔的位移值小。因此，防擠溝與應(yīng)力釋放孔有助于減少壓樁導(dǎo)致的土體位移。

圖4 0.8L～1.0L水平范圍壓樁時(shí)測(cè)斜管的位移值

由圖4和圖5可得，2#樓附近的防擠溝和應(yīng)力釋放孔措施沒有減少樁頂豎向偏位≥50 mm點(diǎn)位的占比，但對(duì)場(chǎng)地土體位移有明顯效果。

《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：?jiǎn)螛端匠休d力特征值以建筑物水平位移控制時(shí)取10 mm（對(duì)位移敏感建筑物取6 mm）。因此，壓樁方案可依據(jù)鄰近建筑物水平位移控制要求制定。當(dāng)水平位移要求在6 mm時(shí)，可不考慮1.5L范圍外壓樁擠土效應(yīng)；當(dāng)水平位移要求在10 mm時(shí)，可不考慮0.8L～1.5L范圍外壓樁擠土效應(yīng)。

3.3.3 場(chǎng)地孔隙水壓分析

對(duì)壓樁過程中，各測(cè)孔不同測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力相對(duì)壓樁前的變動(dòng)情況進(jìn)行分析可得，孔隙水壓隨壓樁過程呈波動(dòng)變化，壓樁后孔隙水壓預(yù)估需要7 d趨于平穩(wěn)。場(chǎng)地范圍孔隙水壓力變化情況和壓樁時(shí)間基本吻合，防擠溝與應(yīng)力釋放孔對(duì)壓樁過程場(chǎng)地的孔隙水壓變化影響較小。

4 結(jié)語

1）群樁管樁壓樁路線優(yōu)先采用先中間再外圍，然后是整排向一側(cè)推進(jìn)，如果兼有間隔壓樁效果會(huì)更好。壓樁速度越快，樁位水平偏位越多，當(dāng)壓樁速度超過7根/d，樁位水平偏位超限的占比會(huì)降低。

2）鄰近建筑物水平位移要求控制在6 mm左右時(shí)，可不考慮1.5L范圍外壓樁擠土效應(yīng)；當(dāng)水平位移要求控制在10 mm左右時(shí)，可不考慮0.8L～1.5L范圍外壓樁擠土效應(yīng)。

3）防擠溝與應(yīng)力釋放孔有助于減少壓樁導(dǎo)致的土體位移，而對(duì)附近樁頂水平偏位、豎向偏位和場(chǎng)地孔隙水壓力變化的影響較小。