PHC管桩(预应力高强度混凝土管桩)属于挤土沉桩模式，一般采取动力打桩的沉桩工艺，以其耐打、耐压、穿透能力强、单桩竖向承载力高、抗震性能好、耐久性好、造价适宜、施工工期短、施工现场文明整洁等特点，近年来倍受业主、施工单位和设计人员的青睐。沉桩挤土效应的影响范围和挤土的作用力是相当大的，特别是在饱和的软土地区，对基础埋深浅、结构差的建筑物和对变形敏感的地下管线等危害更大。现代化城市中大量的市政基础设施如地下铁道、合流污水渠道、煤气、供水电、通讯等管线都埋在地下，如果在这些设施或其他一些建构筑物附近进行沉桩施工时，沉桩挤土效应会对其产生很大影响。当将PHC管桩用作支护桩时，在确定桩间距时就必须考虑沉桩挤土效应，同时在基坑开挖过程中也要考虑挤土效应。所以研究PHC管桩的挤土效益以及其影响和预防措施是十分必要的。
1沉桩挤土机理
沉桩施工时，往往由于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，相当于桩体积的土体向四周排挤，成了桩周颗粒的复杂运动，使桩周土体发生变化(桩周土体变化状况如图1所示)，这种变化主要表现为径向位移，桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压，桩周土体接近于“非压缩性”，产生较大的剪切变形，形成具有很高孔隙水压力的扰动重塑区，降低了土的不排水抗剪强度，促使桩周邻近土体会因不排水剪切而破坏，与桩体积等量的土体在沉桩过程中向桩周发生较大的侧向位移和隆起。
在地面附近的土体是向上隆起，而在地面以下较深层土体，由于覆盖土层压力作用不能向上隆起，就向水
平方向挤压。由于群桩施工中的迭加作用，会使已打入桩和邻近管线产生较大侧向位移和上浮。桩群越密越
大，土的位移也越大。特别是在饱和粘性土地基中打入大批密集的桩群时，桩周土体会产生比较大的应力和位移，同时产生很高的超孔隙水压力。由于粘性土体的渗透系数小，因而引起的超孔隙水压力消散慢，对建设工程或周围环境带来较严重的不利影响，沉桩产生的土体垂直位移和水平位移，对邻近建筑物或管线的影响也可能会非常严重。
2挤土效应对工程环境的影响
根据挤土效应的大小，可把桩分为：挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩三类。挤土桩通常是指预制钢筋混凝土桩、木桩、沉管灌注桩等；非挤土桩如钻孔灌注桩、挖孔桩等；部分挤土桩如开口钢管桩、H型钢桩等。沉桩对环境的影响，主要也是由于桩的挤土效应造成的，桩土体积等代率越大，其危害越大。沉桩挤土效应对实际工程产生的影响主要表在以下几个方面：
(1)桩的抬高、挠曲及折断。排挤土要置换大最体积的土，特别是桩密集的情况下，打桩区内地面将会隆起或抬高，若在饱和的软土中沉桩，桩周土体中会产生很高的孔隙水压力，这有可能使土液化，进而使先打入的桩浮起。对于挤土桩而言，有时前桩还没有凝结，便受到后桩的挤土作用发生挠曲或断裂，从而造成工程事故；
(2)打桩与基坑开挖相互影响。基坑开挖时大量卸载，由于桩间土体中贮存着很大的挤土压力在瞬问释放，导致工程桩上抬和产生与挖土方向一致的位移；
(3)在边坡或边坡附近沉桩时，由于两边阻力不同，可能会造成桩的位移，继而会影响边坡的稳定性；
(4)桩后期承载力变化。对桩周土体来说，由于沉桩过程是一个不排水的挤压过程，所以桩周土体中存在着很高的孔隙水压力。当沉桩结束后，孔隙水压力慢慢消散，土体会发生再固结，而再固结导致有效应力增加，桩和土之间的摩擦力也随之增加，因此单桩承载力也随着
时间而逐渐增加。但是，再固结又会导致桩间土土面下沉，使得承台底面与土面脱离，影响桩土的共同工作。
3PHC管桩的挤土效应
PHC管桩有开口管桩和闭口管桩之分，对于闭口PHC管桩，其挤土效应与其它的实心桩挤土效应类似，都属于完全挤土桩，在此不再赘述。而对于开口PHC管桩而言，其截面为空心环形管状，故挤土效应与其它实心桩的挤土效应不同，下面将详细分析开口PHC管桩的挤土效益。
开口PHC管桩在沉入土中时，会产生“土塞”。“土塞”是开口管桩在承载力作用机理中区别于实心桩或闭口桩的最显著的特征。“土塞”从不完全闭塞发展到完全闭塞的过程是开口管桩从部分挤土桩发展为完全挤土桩的过程。在形群土塞7甫，开口管桩属于部分挤土效应，这是因为：在开口管桩沉桩过程中，由于桩端土受挤压，有一部分土进入管内形成‘土芯”，另一部分土则被挤向桩周，这时挤土效应是部分的、不完全的。进入管内的土柱随着沉桩过程进行由小完全闭塞逐渐转化为完全闭塞状态的，挤土效应也是随着闭塞效应同步发展的。沉桩初期，土芯未受到压缩，随着沉桩的继续深入，进入桩管内的土芯不断增高，土芯与桩内壁的摩阻力开始发挥作用，土芯下部的土被压实。当土芯到达一定高度后，由于管桩内壁与土芯的摩阻力作用，产生了封闭效应，即形成了“土塞”，这时的开口桩的挤土效益就类似于闭口桩。
一般而言，开口管桩内的土芯高度会小于管桩的打入深度。同时，管桩内土芯大致可以分为两部分：完全压实和非完全压实。前人通过试验证明，土芯的高度及闭塞效果与土性、桩径、壁厚、桩的入上深度、桩的入土方法及加载速率等诸多因素有关。
由于PHC管桩“土塞效应”的存在，根据小孔扩张理论，在确定塑性区半径与扩张孔半径比R／Ri；时，小孔初始半径可取PHC管桩的外半径凡与内半径凡的均值，即Ri=(R1+R2)／2，得出：
从式(1)可以看出，小孔扩张压力几与小孔初始半径无关，而仅取决于土的弹性模量E和不排水抗剪强度
Cu。
4PHC管桩挤土效应对基坑的影晌
PHC管桩作为支护桩，其挤土效应对基坑有较大的影响。从式(1)可以看出，当土的性质确定后，塑性区半径与扩张小孔半径之比R／Ri；为一定值。在不排水条件下，=0.5；R／Ri仅与土的刚度E／Cu比有关，如图2所示。
从塑性区半径与刚度比关系的分析不难理解，由于PHC管桩的桩距如果太小，桩间土有可能全部进入塑性状态，土的强度因扰动反而降低。塑性区半径的分析，对于合理选择桩距是有一定参考价值的。
将公式(1)绘制成扩张压Pu／Cu。与刚度比E／Cu之间的关系，如图3所示。从图中可以看出，当刚度比较小时，扩张压力的变化比较大，刚度比超过600时，扩张压力的变化逐渐减少：当刚度比超过1200时，扩张压力趋紧近于一个渐进值Pu／Cu≈7．5。从而可以估计出沉桩时桩对土的最大挤压力(Pu)max=7.5Cu。
PHC管桩在沉入土体中后，对周围的土体存在着挤压力。当基坑被开挖时，靠近工程桩PHC管桩一侧的挤压力被www.lwabc.net释放，桩体将发生变形，向卸土一方产生水平位移。试验和实践证明，一般情况下分层开挖时的PHC管桩的内力和位移都比一次开挖到底的内力和位移值小。
锚杆的施加能调节PHC管桩桩身的位移和弯矩，没有施加锚杆时的PHC管桩桩身水平位移和桩身弯矩均比施加了锚杆的桩身水平位移和桩身弯矩大。
5减小挤土效应影响的措施
PHC管桩的挤土效应对基坑的支护有较大影响。PHC管桩在基坑支护工程的间距受桩体挤土效应的影响，且PHC管桩的挤土效应使开挖后的桩身位移和弯距同时增大，这对基坑支护很不利，可通过设置锚杆来调节桩身的位移和弯矩，控制桩身位移和弯矩在一定范围内。另外，可以采取下列措施减小其挤土效益：
(1)控制布桩密度，对桩距较密部分的管桩可采用预钻孔沉桩方法，施工时应随钻随打，或采用间隔跳打法，但在施工过程中严禁形成封闭桩。
(2)控制沉桩速率，一般控制在1m／min左右，并根据桩的入土深度，宣先长后短、先高后低，日成桩量控制在3根／天。
(3)建议在PHC桩施工时设置减震沟、应力释放孔，合理控制施工速度，从而使沉桩挤土效应的不良影响得到减小。
(4)控制施工过程中停歇时间，避免由于停歇时间过长，摩擦力增大影响桩机施工，造成沉桩困难。同时，应避免在砂质粉土、砂土等硬土层中焊接，制订合理的桩长组合，合理确定桩体组合长度，避免接头处于土层分界处及土层活动较多处，以防土层活动时对桩身造成破坏。
(5)沉桩过程中加强邻近建筑物、地下管线的观测、监护，并预备应急措施。
(6)施工人员必须持证上岗，遵照桩机操作规程进行施工。工过程中应经常对照地质勘察报告，遇到特殊地质条件或管桩难穿透的粉砂层时，应格外注意沉桩应力的控制。
具体施工要根据具体工程现场的情况选取适当的防护措施，施工过程中如能进一步挖掘和充分利用挤土效应，节省投资，方便沉桩，则优势就更明显。
【参考文献】
[I]中国建筑科学研究院．JGJ94—94建筑桩基技术规范[s]．北京：中国建筑工业出版社，1995．
[2]中华人民共和国建设部．GB50007--2002建筑地基基础设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，1995．
[3]杨生彬．李友东．PBC管桩挤土效应试验研究[J]．岩土工程技术，2006(3)．
[4]周建凡．PHC管桩在深基坑工程中的应用研究．武汉理工大学硕士学位论文．2007．
[5]张占军．陈克华．PHC管桩在基础工程中的应用[J]．河南理工大学报(自然科学版)，2008．6
成功提示
错误提示
警告提示
评论 （0）