所属栏目：推荐论文发布时间：2011-05-04浏览量:237
既有厂房内群桩施工对孔隙水压力的影响分析
田翠红 李瑞珍
【摘要】沉桩过程对桩周土体来说，是一个不排水的挤压过程，其引起的孔隙水压力上升过程虽然短暂，但是由于孔隙水压力的上升必然导致有效应力的降低，有可能使土液化，使先打入的桩向上浮起；沉桩结束后，孔隙水压力逐渐消散，土体发生固结，再固结又导致桩间土土面下沉，影响桩土的共同工作。所以施工中密切监测孔隙水压力的变化非常重要。
本文通过对某钢厂新增建退火机组工程在原轧后库车间内压桩（50m和55m两种桩长）的施工过程进行孔隙水压力监测，以求得在桩基施工期间因短时间内挤土产生的土体颗粒间超静孔隙水压力的大小，分析土体变形的速度和趋势；同时掌握场地地质条件下孔隙水压力增长及消散的规律，为调整压桩速率、减少挤土效应的影响等提供施工参数，并推断对邻近建筑物的影响程度。
关键词：群桩 孔隙水压力 影响
1. 工程概况
本工程为某钢厂新增建的连续退火机组工程中布置在原有的轧后库车间内的连续退火机组入口段部分，共有基础桩71根，其中40根桩型为PHC500A×50m，另外31根因桩位上方有管道，空间有限，设计改为钻孔灌注桩。为了减小振动对轧后库厂房的影响，PHC桩采用静力压入法施工。
该场地土类型属软弱场地土，建筑场地类别为Ⅳ类建筑场地。地下水类型为潜水～微承压水，潜水主要赋存于浅层杂填土(地层编号①1)，微承压水主要赋存于砂质粉土（地层编号③2）层中，由于场地内局部①1和③2层相通，故潜水与微承压水存在着互补关系，大气降水渗入为其主要补给来源。地下水位约0.50m。浅层综合渗透系数为5×10-5cm/s。
2. 观测点布置
为了监测在压桩过程中土体内部孔隙水压力的变化，在施工区外侧土体中布置孔隙水压力计。其中在施工区域西侧布设一个断面（4个孔）：一个孔位于防挤沟（砂井）与压桩区之间、一个孔位于防挤沟（砂井）外侧、另外两个分别距离压桩区边线0.5倍、1倍的桩长即25m、50m处；一个孔布设在施工区域北侧、防挤沟（砂井）外侧。每个测点竖直方向根据土层分布共设5个，深度分别为5m、15m、25m、35m、45m，相应深度的土层分别为③2层砂质粉土、④层淤泥质粘土、⑤1-2层砂质粉土、⑦1层砂质粉土和⑧1层粉质粘土。共设5个测点，25个孔隙水压力计。各测点布置详见附图1：压桩顺序及观测点布置图。
附图1：压桩顺序及观测点布置图
3. 实测结果分析
压桩从靠近生产区的一侧向外施工，共施工8天。各测点在不同深度处的超孔隙水压力变化如图2所示。
附图2：孔隙水压力累计变化曲线图
⑴ 压桩顺序对孔隙水压力的影响
群桩中某点的超孔隙水压力，一方面由于邻近区域压桩产生的较高超孔隙水压力传递过来而积聚；另一方面该点处的超孔隙水压力也不断地向低应力区消散。因此超孔隙水压力的升高或降低，取决于积聚和消散哪个占主导地位。一般而言，距离某点由远到近压桩时，超孔隙水压力逐渐增大，由近到远压桩时，则逐渐减小。从孔隙水压力累计变化曲线图（五）中可以看出，SB6、SB22、SB25、SB41、SB40、SB26、SB4、SB42号桩，都是对着测点P5方向压桩的，P5点的孔隙水压力明显爬升，离P5点越近，孔隙水压力增量越大。在压SB42号桩时，孔隙水压力增量达到最大值，P5-5点孔隙水压力为550KPa。但是超孔隙水压力不可能在如此高值稳定，必然会向周围低压力区消散。而SB43～SB46、SB56～SB59号桩，都是背着P5方向压的，距离P5点越来越远，积聚的趋势越来越小，最终导致孔隙水压力的减小。很明显，背着压桩引起的孔隙水压力比对着压要小得多。为了减小孔隙水压力对厂房柱基的影响，压桩时从靠近厂房柱基的一侧施工，施工过程中及时监测，达到报警值时及时调整压桩顺序及速率或停止压桩，从压桩顺序图上就可以看出。
⑵ 防挤沟和砂井对孔隙水压力的影响
从孔隙水压力累计变化曲线图可以看出：施工前期超孔隙水压力的产生受防挤沟及砂井引流效果的影响较为显著，由于P1、P2处的砂井的引流效果较好，P1、P2的超孔隙水压力增加的量比砂井引流效果不是很好的P5要小得多，平均仅为其1/3左右。
⑶ 压桩区外的孔隙水压力
孔隙水压力累计变化曲线图三、图四表示桩群外部距离压桩区边线0.5倍、1倍桩长即25m、50m处孔隙水压力变化的情况，压桩区四周孔隙水压力波及的范围是比较广的，在连续不断压桩的情况下，压桩区内的孔隙水压力不断地向四周渗流传递，但在离开施工区0.5倍桩长的地方产生的超孔隙水压力已相当的小了，总体上不到原始孔隙水压力的10％。
⑷ 压桩期及后期孔隙水压力的消散
在施工期内，由于连续不断地压桩，挤土效应使孔隙水应力不断积聚，孔隙水压力不断增高；压桩结束后，孔隙水压力随之消散，桩群内外孔隙水压力逐渐趋于均匀。
从上图中可以看出有以下几种现象：超孔隙水压力的消散受粘性土渗透性差的影响，其消散的速度初期相对较快，随着自身压力的减小，消散速度呈指数级下降，例如在施工完成后10天内，P5各测点的平均消散量达到63％，其后的20多天里的平均消散量仅为11％，P2各测点的平均消散量达到57％。
4. 沉桩对轧后库车间的影响分析
压桩施工期间在一定范围的土体内产生超孔隙水压力，影响的范围可达距施工区0.5倍桩长的地方，但在该处的超孔隙水压力已相对很小，已不足于影响到该处的土体水平位移，但对于其垂直位移的影响程度相对大些，在产生超孔隙水压力期间受向上的孔隙水压力梯度影响，土颗粒向上运动；在超孔隙水压力消散过程中，随着向上孔隙水压力的减小，土颗粒受重力作用下沉，并且最终的沉降量要大于先前的隆起量。而在越靠近施工区，超孔隙水压力对土体水平和垂直方向上的影响程度越大，相对影响程度越接近。
压桩区边线距离轧后库柱基约1500mm，尽管压桩前在边线桩外施工了一排宽1.5m、深1.2m的防挤槽和直径300mm，深25m，中心间距1500mm的应力消散孔（砂井），但由于设计桩入土55.5m，挤土效应非常明显，对厂房柱基影响较大。施工中通过设置防挤沟和砂井，以及对超孔隙水压力的监测，及时调整压桩速度、压桩速率及压桩顺序，使其变化的速度以及最后的累计变化量得到了很好的控制，有效地保护了厂房的安全。
参考文献：
〔1〕史佩栋等编著. 《深基础工程特殊技术问题》. 人民交通出版社， 2004年6月.
〔2〕上海第一海洋地质工程有限公司 《某钢厂冷轧薄板厂增建连续退火机组工程入口段（现轧后库内）桩基施工监测报告》
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