邻近罐施工挤土效应预防和控制措施

邻近罐施工挤土效应预防和控制措施

张佩军

中化(舟山)兴海建设有限公司浙江舟山316000

【摘要】静压管桩沉桩施工时会对周边土体产生挤压，引起桩周土体破坏，产生土体位移、涌起、桩身上浮等现象，对桩本身和附近建、构筑物造成破坏。本文结合某石化库区桩基施工实际,通过对挤土效应成因分析，综合应用多种预防措施，有效的解决沉桩挤土对工程桩本身和周边建、构筑物的不利影响。

【关键词】静压管桩施工；挤土效应；邻近罐施工

前言：在已建石化库区进行改扩建施工时，由于已建储罐通常使用年限较长，静压管桩施工产生的挤土应力对近距离已建储罐结构安全会产生较大影响，严重时可造成结构开裂、罐体倾斜、渗漏等，给库区安全运营带来极大的风险。运用综合性预防措施，减少管桩施工挤土效应变得尤为重要。

1.工程概况及地质情况介绍

1.1工程概况介绍

某石化扩建项目，储罐桩基础采用高强度预应力混凝土管桩，桩型PHC-400(90)AB-C80，C型开口桩尖，有效桩长22米至24米，单桩竖向承载力650KN至980KN，桩身持力层为第6层粉砂夹细砂层，要求全截面进入砂层为2米，采用静压桩施工工艺。

设计新旧储罐间最大间距为14.55米，最小间距7.5米。库区原有储罐基础形式为复合地基加环墙结构，未进行桩基施工；由于使用年限较长，目前储罐本体已出现明显的锈蚀现象。

1.2地质分层介绍

根据地质勘察报告显示，本工程整体土层分布均匀，场地内土层分为8层，依次为分素填土、粉土、粉土夹粉质粘土、粉砂夹粉土、淤泥质粉质粘土夹粉土、粉砂夹粉土、淤泥质粉质粘土夹粉土、粉砂夹细砂层。

2.挤土效应形成及影响分析

2.1挤土效应的形成

静压管桩属挤土型桩基，在沉桩过程中桩身体积占用土体原有空间，桩身周边土体向四周排开或挤密，使土体产生竖向涌起和水平的移动，造成周边桩体上浮。静压管桩入土深度较深或地下水位较浅时，在沉桩过程中会产生很高的超孔隙水压力，造成土体破坏。未破坏的土体会因为超孔隙水压力的不断传播或消散而蠕动，导致土体垂直隆起和产生较大的水平移位。静压管桩沉桩时原有土体的结构破坏，沉桩结束后，桩周土体应力逐步释放，土体重新固结，使桩身产生向下的拉应力，降低桩基的承载能力。

2.2库区桩基施工挤土效应影响分析

2.2.1挤土效应对原有储罐结构安全的影响

静压管桩施工挤土效应影响范围在1.5倍的桩长范围内，竖向影响范围呈倒三角形式，从桩尖到桩顶叠加扩大。本项目桩长在22-24米，挤土效应的影响范围可达33-36米，桩基施工对邻近原有储罐影响非常大。

根据挤土应力倒三角叠加扩散的现象，原有储罐环墙及墙体下部基础受影响最为明显。主要表现为由于挤土效应产生土体排挤和涌起，造成原有储罐环墙的偏移和沉降，当偏移、沉降量超过一定范围时，将直接引发储罐本体的严重变形；根据对原有储罐上部结构的观察，严重的不均匀沉降极有可能造成储罐本体的渗漏、破坏或倾倒,环墙混凝土在应力作用下发生结构破坏变形。

超孔隙水压力引发土体的水平位移对深层土体的挤土应力，自桩尖向桩顶不断叠加扩大，在应力有效范围内引起原有储罐基础土体结构扰动，造成原有储罐复合地基基础结构的破坏，降低储罐承载能力，造成储罐使用能力和结构安全性能的下降。

3.挤土效应的预防和控制措施

挤土效应的预防重点在于控制和消减静压管桩施工挤土效应的影响范围，减少对原有建、构筑物以及新施工桩基的不利影响。

3.1挤土效应预防和控制措施

挤土效应应对措施包括防挤沟的开挖、设置应力释放孔、合理安排打桩顺序、控制打桩速率等，结合项目实际，选择适合的应对措施，能有效控制和消减挤土效应的影响范围。

3.1.1设计阶段桩尖类型的选择

储罐基础为群桩结构，桩基布置密度大、间距小。在项目详细设计阶段，考虑桩基施工对周边建、构筑物及其他桩的不利影响，桩选用C型开口桩尖，可有效降低挤土效应的产生。沉桩施工时，一部份土体进入管桩空腔内，减少对原有土体空间的占用，减轻对周边土体的排挤和破坏。

3.1.2应力释放孔的设置

为消减和控制压桩时挤土应力的影响范围，在新建储罐的西侧设置了一排应力释放孔，以释放部分深部孔隙水压力和挤土应力。应力释放孔沿南北方向布置，与新建储罐轴线平行，两侧与新建储罐基础边缘平齐。应力释放孔直径φ200mm，间距为1500mm，深度为6000mm，采用水冲法成孔，孔内未设置支护结构。

3.1.3优化施工路线

理论分析中假定桩周土壤密度是均匀的，但实际施工时，土体往往被挤向阻力小的一侧，面向被保护建、构筑物方向沉桩要比背着建、构筑物方向沉桩挤土效应更明显。因此，在沉桩施工时，必须从靠近已建罐组一侧的桩位先进行施工，以减少对原有储罐的影响。已施工的管桩具有一定的阻挡挤土效应的能力，背向已建罐组施工，可以较好的利用已施工的管桩消除部分挤土效应，减少挤土对已建罐组的影响。

3.1.4采用跳压法施工

桩基施工期间，土中应力的传递和孔隙水压力的消散需要一个时间过程，在群桩施工中，沿一个方向连续进行沉桩，会使桩周土体应力产生叠加效应，加大挤土效应的危害性。为此，在施工时采用隔一压一的跳压方法，间隔的桩等土中的应力传递消散后再进行施工；一般第一天先采用跳压法施工，第二天进行隔桩的补打施工。

3.1.5控制沉桩速率

控制沉桩速率重点在于控制每天的打桩数量。沉桩速率应严格控制在1m/min内，不可因离原有建、构筑物的间距加大而提升沉桩速率。控制沉桩速率的主要目的，是为了避免超孔隙水压力急剧升高，造成对土体扰动和对周围环境的破坏。如果压桩加载速度超过土体中超孔隙水压力的消散速率，土体含水量会增大；当土体受到的剪切力大于其粘聚力时，就会发生膨胀，导致粘聚力降低而内摩擦角增大。随着压桩的不断深入，各土层侧向部分被压缩，而竖向部分被挤胀。当侧向部分不能继续被压缩时，地面将发生隆起，从而产生裂缝。连续沉桩过程中，土体中的超孔隙水压力不断聚集，对土体的扰动也会不断增加，尤其是在压桩后期，由于土体本身已经接近于不可压缩，其位移对沉桩速率会特别敏感，所以在后期更应严格控制沉桩速率。

3.1.6设置偏移和沉降观测

沉降和偏移观测的目地在于及时掌握原有储罐的结构变化情况，当沉降和偏移量超过理论数值时，及时采取应对措施，避免事故的发生。在桩基施工前，预先在已建罐邻近新建罐一侧的环梁上设置沉降、偏移观测点，进行前期原始数据的采集。沉桩过程中，每天早晚两次进行观测，及时进行数据整理和反馈，根据数据和反馈意见，调整压桩速率，降低挤土影响。同步进行已完工桩基及周边土体沉降、隆起等情况的监测，在桩基背向已完工一侧沉桩时进行观测，根据实际观测情况调整桩基施工。

4.综合性预防措施在实际应用中的效果

通过多种预防措施的综合应用，储罐累计最大偏移量1mm,累计最小偏移量1mm,累计最大隆起1.3mm,最大下沉0.9mm，偏差值均在规范允许范围内，储罐结构无开裂或变形，管桩未出现明显偏位和沉降，桩基周边土体无明显隆起现象。

5.结语

针对不同的工程施工情况和地质条件，采用不同的施工工艺和预防措施，可以有效的减少沉桩对原有建、构筑物影响。综合性措施形成的防挤土施工方案，有效控制和消减了挤土效应的影响范围。实践表明，采用综合性的防挤土预防措施在罐组邻近罐施工中达到了预期的目地。

参考文献:

[1]汪耀武.静压桩沉桩挤土效应控制措施研究[J].黄冈职业技术学院学报.2010.12(4):16-19

[2]黄东胜.挤土效应机理及其防护措施研究[J].四川建筑科学研究.2009.35(5):90-92