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1、 换流站工程PHC静压管桩挤土效应的危害及控制措施摘要：PHC管桩作为一种重要的地基基础处理形式，它具有以下优点：承载力高、质量可靠、运输吊装方便、施工周期短、利于现场安全文明施工等。但它也具有地耐力要求高、压持力（夹持力）过大易造成桩身破碎、造价相对较高、施工时会引起挤土效应等缺点。特别是挤土效应，如果没有有效的控制措施，会给工程的施工质量和施工进度造成较大的影响。结合换流站的工程实际，就PHC管桩挤土效应的危害和控制措施做如下分析。关键词：PHC管桩、挤土效应、防治措施1.PHC管桩的简介及在换流站工程的应用PHC 管桩即预应力高强度混凝土管桩，是一种比较普遍的桩基处理方式。它具有单桩承载
2、力高，使用地域广、建筑类型多，成桩质量可靠程度高，施工周期短等优点。在沉桩过程中，油压值可直观、准确地读出，因而能精确判断桩基承载力。同里换流站地基土主要包括1素填土、2淤泥、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土等，地质条件符合管桩的施工条件。另外换流站工程具有荷载大、沉降变形控制要求高、工期相对较紧等特点，因此在同里换流站大部分建、构筑物的地基处理采用了PHC静压管桩。2. 挤土效应的危害及原理PHC管桩施工的过程其实是一个挤土过程，桩周土体在成桩过程中，桩周受到径向挤压和竖向挤压作用，应力应变状态发生很大变化，离桩体一定范围内的土体结构、密度及含水量发生相应改变，这种综合的效应成为挤土效应管
3、桩施工挤土效应的原理分析目前最为常见的是圆孔扩张理论，当静压桩在贯入过程中，会引起桩周土体的复杂运动，单桩周围土体位移方式大致是：当桩贯入时，桩尖周围土体被排挤出现水平向和竖直向位移，并产生扰动和重塑，在桩身附近离地面约四倍桩径深度范围内，土体发生一定的地面隆起，当贯入深度较大时，由于上覆土层的压力，土体主要沿径向向外挤出，在邻近桩尖处，土体有向下及径向移动。根据圆孔扩张理论，桩周土的变形类似一个圆柱形孔扩张而引起的变形，在沉桩后土体主要位移图示及桩轴土体中形成的几个性质不同的区域图示见图1 图1桩周土分区区：强烈重塑区，紧贴桩身，在沉桩过程中经历了大位移，且由于桩身拖曳，结构完全破坏；区：塑
4、性区，受沉桩影响严重，土体发生较大位移和塑性变形；区：弹性区，受沉桩影响，但土体保持弹性状态；区：该区不受沉桩影响；区：桩端塑性区。分析得到管桩挤土效应产生破坏的原因分为两种，一种为当PHC桩贯入土层中时 ,桩周土体会受到剧烈的挤压 ,导致原土体受较大剪切变形而使结构受很大的扰动和破坏，尤其在桩位较密集时，桩挤土产生的垂直应力下，引起大范围的土体隆起，当桩的上浮力较大时即产生浮桩现象；另一种是因为超空隙水压力的产生和影响，桩尖首先直接使土产生冲剪破坏 ,孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头 ,产生急剧上升的超孔隙水压力,扰动了土体结构 ,这种破坏和扰动随着桩的贯入会连续不断地向下传递 。表现为
5、地表、浅层和深层土发生竖向和水平位移。从同里换流站的施工实例来看，因土质为高饱和软土，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。对施工的影响和造成的破坏也是不容忽视的。在换流站工程中管桩施工中我们总结了挤土效应对工程的主要影响，有以下几方面：1） 会引起已建成道路、站内雨水排水管和电缆沟等设施产生裂缝，影响其使用功能。换流站站内电缆沟、排水管等线路比起民用建筑要多很多，所以受挤土效应的影响也比较严重。 2） 易造成附近基坑塌方或推移增大，在正在管桩施工的区域附近进行开挖时，由于挤土力和超空隙水压力的影响，基坑产生塌方的可能
6、性明显增大，增加施工的难度和危险系数。图2中为围墙基础施工时因交流滤波器场PHC管桩的施工造成围墙基础施工时土体塌方，水泥土搅拌桩发生断裂的现象， 图2：因挤土效应引起附近基坑塌方图图3为通过合理安排施工顺序和采用钢板桩支护解决了此问题。 图2雨水管道和围墙基础采用钢板桩支护后的效果图3） 在水平控制桩附近进行桩基施工，站内测量控制桩桩位最大能移动超过2cm，给站内测量控制系统带来较大影响。4） 桩身的水平挤压易造成桩位偏差超出设计和规程规范的要求，甚至有可能在管桩的薄弱环节（如接桩处）产生破坏，影响沉桩的质量。5） 易引起浮桩现象的产生，严重削弱了管桩的承载能力，使沉桩承载能力达不到设计要求
7、。4.挤土效应的控制措施由于上述危害的严重性，作为电力建设监理人员，应遵循施工前预防为主，施工后处理为辅的原则。从施工前准备阶段、施工过程阶段、施工完成阶段等各个环节进行严格控制。4.1施工方案施工前认真研究地质勘查报告和施工图纸，对不良土质和地下水位等现场地质情况有清楚的了解，明确工程中的施工注意点，一般为地质较差或有突变和管桩密度较高的区域。施工单位在前期施工方案编制的过程中应对重点区域编制专项技术处理方案。技术方案要合理有效。施工方案中应有详细的处理方法，特别像换流站阀厅和换流变广场这种高密度、大管径的预应力群桩施工，施工方案上应有有效的预防措施，施工中应严格按照施工方案施工。4.2桩尖
8、选型管桩桩尖的形式主要有三种:十字型、圆锥型和开口型。十字型、圆锥型属于封口型,土体无法进入桩内;而开口型桩尖成桩后桩身下部约有1/ 31/ 2 桩长的内腔被土体塞住,从土体闭塞效果来看,单桩承载力不会降低,但挤土作用会减少。4.3管桩施工质量因水平挤土效应的剪切力可能会对管桩的薄弱环节如接桩处造成破坏，所以要严格控制焊缝质量，从焊工的资质、焊缝施工的旁站、及焊缝的检测的方面综合控制。特别是焊缝探伤和小应变检测，是保证焊缝质量的关键，应引起充分的重视。4.4确定合理施工流水合理的施工流水是防止挤土效应的最为有效和经济的措施。通过理论分析和试验测试发现沉桩施工顺序对PHC管桩的挤土效应有显著影响
9、。实验表明群桩施工时，在后沉入桩沉入过程中，两桩中间的土体被少量挤回，而应桩面的挤土效应将不断积累，背桩面挤土位移少量增加，但大幅度小于应桩面的挤土位移。施工应按背离需要保护的构筑物由近及远的沉桩顺序施工，以避免挤土效应对构筑物造成的挤压影响。间接压桩能大幅度减少挤土效应的叠加，且先期压入的桩有遮拦效应。施工流水应遵循先近已有建筑物后远已有建筑物、先深后浅、先中间后周边、先密集区域后稀疏区域。这样的施工顺序可以避免由于基坑四周的维护结构使压桩的土体无法扩散以同里换流站交流滤波器场西南角围栏内PHC管桩施工流水如图4。图4交流滤波器场围栏内管桩施工流水图图中南面和西面围墙管桩和道路水泥土搅拌桩已
10、经施工完成，没有应力释放空间，因此选用如图的施工顺序，总体采用由西向东，由南向北的方向施工。以更好的释放挤土力，并且避免对已经施工完成的管桩和水泥土搅拌的影响。根据检测数据和测量结果表明此施工流水很好的减少了挤土效应的影响。4.5区域打桩速度的控制合理控制打桩速率，使土体有时间释放内力，使土体在整个打桩过程有一定的回弹。沉桩速度一般控制在1m/min以内。4.6做好施工区域的监测对施工区域进行实时监测，主要检测的内容包括：土体内部孔隙水压力监测；周边建、构筑物的沉降、倾斜、水平位移的监测；已施工桩位偏移与上浮的监测；地面沉降和隆起的监测等4.7常用的消减挤土效应的技术措施4.7.1开挖防挤沟或
11、设置防挤孔，当压桩场地距建筑物较近时，为保护相邻物体，可在桩基施工区域与相邻物体间开挖防挤沟，沟宽和深度可取1.5m-2.0消挤孔宜布置两排以上,梅花形布置,孔400600mm,孔深1015m,孔间距0.51.0m。深度可根据保护相邻物体埋深加深0.5m-1.0m。孔内可填入稻草等压缩性大、透水性好的填料,以防塌孔。4.7.2减少排土量的措施预钻孔压桩，方法是在要施工的桩位上用螺旋出土器预先钻一个孔，然后将桩压入，钻孔取土：由于浅层效应比较明显，因此可采取钻孔取土来减少挤土效应，钻孔的直径略小于桩径，深度可取桩长的1/3。4.7.3设置袋装砂井或塑料排水板消除部分超空隙水压力水，减弱挤土效应。在具体的设计中应根据工程特点、地质情况、场地条件和环境的因素综合考虑，选取适合的预防措施。5.后记：静压管桩以其突出优点在换流站工程中得到了广泛的使用。我们相信随着计算理论和方法、桩基设计技术水平、沉桩质量控制措施和检测方法的不断发展和完善，我们一定能很好的解决挤土效应给管桩施工带来的困局。让PHC管桩能更好的发挥优点，得到更广泛的发展。第9页