換流站工程PHC靜壓管樁擠土效應(yīng)的危害及控制措施

1、. 換流站工程PHC靜壓管樁擠土效應(yīng)的危害及控制措施摘要：PHC管樁作為一種重要的地基基礎(chǔ)處理形式，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：承載力高、質(zhì)量可靠、運(yùn)輸?shù)跹b方便、施工周期短、利于現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工等。但它也具有地耐力要求高、壓持力（夾持力）過大易造成樁身破碎、造價(jià)相對(duì)較高、施工時(shí)會(huì)引起擠土效應(yīng)等缺點(diǎn)。特別是擠土效應(yīng)，如果沒有有效的控制措施，會(huì)給工程的施工質(zhì)量和施工進(jìn)度造成較大的影響。結(jié)合換流站的工程實(shí)際，就PHC管樁擠土效應(yīng)的危害和控制措施做如下分析。關(guān)鍵詞：PHC管樁、擠土效應(yīng)、防治措施1.PHC管樁的簡(jiǎn)介及在換流站工程的應(yīng)用PHC 管樁即預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁，是一種比較普遍的樁基處理方式。它具有單樁承

2、載力高，使用地域廣、建筑類型多，成樁質(zhì)量可靠程度高，施工周期短等優(yōu)點(diǎn)。在沉樁過程中，油壓值可直觀、準(zhǔn)確地讀出，因而能精確判斷樁基承載力。同里換流站地基土主要包括1素填土、2淤泥、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土等，地質(zhì)條件符合管樁的施工條件。另外換流站工程具有荷載大、沉降變形控制要求高、工期相對(duì)較緊等特點(diǎn)，因此在同里換流站大部分建、構(gòu)筑物的地基處理采用了PHC靜壓管樁。2. 擠土效應(yīng)的危害及原理PHC管樁施工的過程其實(shí)是一個(gè)擠土過程，樁周土體在成樁過程中，樁周受到徑向擠壓和豎向擠壓作用，應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)發(fā)生很大變化，離樁體一定范圍內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)、密度及含水量發(fā)生相應(yīng)改變，這種綜合的效應(yīng)成為擠土效應(yīng)

3、管樁施工擠土效應(yīng)的原理分析目前最為常見的是圓孔擴(kuò)張理論，當(dāng)靜壓樁在貫入過程中，會(huì)引起樁周土體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，單樁周圍土體位移方式大致是：當(dāng)樁貫入時(shí)，樁尖周圍土體被排擠出現(xiàn)水平向和豎直向位移，并產(chǎn)生擾動(dòng)和重塑，在樁身附近離地面約四倍樁徑深度范圍內(nèi)，土體發(fā)生一定的地面隆起，當(dāng)貫入深度較大時(shí)，由于上覆土層的壓力，土體主要沿徑向向外擠出，在鄰近樁尖處，土體有向下及徑向移動(dòng)。根據(jù)圓孔擴(kuò)張理論，樁周土的變形類似一個(gè)圓柱形孔擴(kuò)張而引起的變形，在沉樁后土體主要位移圖示及樁軸土體中形成的幾個(gè)性質(zhì)不同的區(qū)域圖示見圖1 圖1樁周土分區(qū)區(qū)：強(qiáng)烈重塑區(qū)，緊貼樁身，在沉樁過程中經(jīng)歷了大位移，且由于樁身拖曳，結(jié)構(gòu)完全破壞；區(qū)：

4、塑性區(qū)，受沉樁影響嚴(yán)重，土體發(fā)生較大位移和塑性變形；區(qū)：彈性區(qū)，受沉樁影響，但土體保持彈性狀態(tài)；區(qū)：該區(qū)不受沉樁影響；區(qū)：樁端塑性區(qū)。分析得到管樁擠土效應(yīng)產(chǎn)生破壞的原因分為兩種，一種為當(dāng)PHC樁貫入土層中時(shí) ,樁周土體會(huì)受到劇烈的擠壓 ,導(dǎo)致原土體受較大剪切變形而使結(jié)構(gòu)受很大的擾動(dòng)和破壞，尤其在樁位較密集時(shí)，樁擠土產(chǎn)生的垂直應(yīng)力下，引起大范圍的土體隆起，當(dāng)樁的上浮力較大時(shí)即產(chǎn)生浮樁現(xiàn)象；另一種是因?yàn)槌障端畨毫Φ漠a(chǎn)生和影響，樁尖首先直接使土產(chǎn)生沖剪破壞 ,孔隙水受此沖剪擠壓作用形成不均勻水頭 ,產(chǎn)生急劇上升的超孔隙水壓力,擾動(dòng)了土體結(jié)構(gòu) ,這種破壞和擾動(dòng)隨著樁的貫入會(huì)連續(xù)不斷地向下傳遞 。表現(xiàn)

5、為地表、淺層和深層土發(fā)生豎向和水平位移。從同里換流站的施工實(shí)例來看，因土質(zhì)為高飽和軟土，土體受擠壓時(shí)體積不會(huì)收縮或收縮量極小，擠壓應(yīng)力主要通過土體位移來消減，擠土效應(yīng)十分顯著，因此所造成的負(fù)面影響更大。對(duì)施工的影響和造成的破壞也是不容忽視的。在換流站工程中管樁施工中我們總結(jié)了擠土效應(yīng)對(duì)工程的主要影響，有以下幾方面：1） 會(huì)引起已建成道路、站內(nèi)雨水排水管和電纜溝等設(shè)施產(chǎn)生裂縫，影響其使用功能。換流站站內(nèi)電纜溝、排水管等線路比起民用建筑要多很多，所以受擠土效應(yīng)的影響也比較嚴(yán)重。 2） 易造成附近基坑塌方或推移增大，在正在管樁施工的區(qū)域附近進(jìn)行開挖時(shí)，由于擠土力和超空隙水壓力的影響，基坑產(chǎn)生塌方的可

6、能性明顯增大，增加施工的難度和危險(xiǎn)系數(shù)。圖2中為圍墻基礎(chǔ)施工時(shí)因交流濾波器場(chǎng)PHC管樁的施工造成圍墻基礎(chǔ)施工時(shí)土體塌方，水泥土攪拌樁發(fā)生斷裂的現(xiàn)象， 圖2：因擠土效應(yīng)引起附近基坑塌方圖圖3為通過合理安排施工順序和采用鋼板樁支護(hù)解決了此問題。 圖2雨水管道和圍墻基礎(chǔ)采用鋼板樁支護(hù)后的效果圖3） 在水平控制樁附近進(jìn)行樁基施工，站內(nèi)測(cè)量控制樁樁位最大能移動(dòng)超過2cm，給站內(nèi)測(cè)量控制系統(tǒng)帶來較大影響。4） 樁身的水平擠壓易造成樁位偏差超出設(shè)計(jì)和規(guī)程規(guī)范的要求，甚至有可能在管樁的薄弱環(huán)節(jié)（如接樁處）產(chǎn)生破壞，影響沉樁的質(zhì)量。5） 易引起浮樁現(xiàn)象的產(chǎn)生，嚴(yán)重削弱了管樁的承載能力，使沉樁承載能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要

7、求。4.擠土效應(yīng)的控制措施由于上述危害的嚴(yán)重性，作為電力建設(shè)監(jiān)理人員，應(yīng)遵循施工前預(yù)防為主，施工后處理為輔的原則。從施工前準(zhǔn)備階段、施工過程階段、施工完成階段等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制。4.1施工方案施工前認(rèn)真研究地質(zhì)勘查報(bào)告和施工圖紙，對(duì)不良土質(zhì)和地下水位等現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況有清楚的了解，明確工程中的施工注意點(diǎn)，一般為地質(zhì)較差或有突變和管樁密度較高的區(qū)域。施工單位在前期施工方案編制的過程中應(yīng)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域編制專項(xiàng)技術(shù)處理方案。技術(shù)方案要合理有效。施工方案中應(yīng)有詳細(xì)的處理方法，特別像換流站閥廳和換流變廣場(chǎng)這種高密度、大管徑的預(yù)應(yīng)力群樁施工，施工方案上應(yīng)有有效的預(yù)防措施，施工中應(yīng)嚴(yán)格按照施工方案施工。4.2樁

8、尖選型管樁樁尖的形式主要有三種:十字型、圓錐型和開口型。十字型、圓錐型屬于封口型,土體無法進(jìn)入樁內(nèi);而開口型樁尖成樁后樁身下部約有1/ 31/ 2 樁長(zhǎng)的內(nèi)腔被土體塞住,從土體閉塞效果來看,單樁承載力不會(huì)降低,但擠土作用會(huì)減少。4.3管樁施工質(zhì)量因水平擠土效應(yīng)的剪切力可能會(huì)對(duì)管樁的薄弱環(huán)節(jié)如接樁處造成破壞，所以要嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量，從焊工的資質(zhì)、焊縫施工的旁站、及焊縫的檢測(cè)的方面綜合控制。特別是焊縫探傷和小應(yīng)變檢測(cè)，是保證焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵，應(yīng)引起充分的重視。4.4確定合理施工流水合理的施工流水是防止擠土效應(yīng)的最為有效和經(jīng)濟(jì)的措施。通過理論分析和試驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)沉樁施工順序?qū)HC管樁的擠土效應(yīng)有顯著影

9、響。實(shí)驗(yàn)表明群樁施工時(shí)，在后沉入樁沉入過程中，兩樁中間的土體被少量擠回，而應(yīng)樁面的擠土效應(yīng)將不斷積累，背樁面擠土位移少量增加，但大幅度小于應(yīng)樁面的擠土位移。施工應(yīng)按背離需要保護(hù)的構(gòu)筑物由近及遠(yuǎn)的沉樁順序施工，以避免擠土效應(yīng)對(duì)構(gòu)筑物造成的擠壓影響。間接壓樁能大幅度減少擠土效應(yīng)的疊加，且先期壓入的樁有遮攔效應(yīng)。施工流水應(yīng)遵循先近已有建筑物后遠(yuǎn)已有建筑物、先深后淺、先中間后周邊、先密集區(qū)域后稀疏區(qū)域。這樣的施工順序可以避免由于基坑四周的維護(hù)結(jié)構(gòu)使壓樁的土體無法擴(kuò)散以同里換流站交流濾波器場(chǎng)西南角圍欄內(nèi)PHC管樁施工流水如圖4。圖4交流濾波器場(chǎng)圍欄內(nèi)管樁施工流水圖圖中南面和西面圍墻管樁和道路水泥土攪拌樁

10、已經(jīng)施工完成，沒有應(yīng)力釋放空間，因此選用如圖的施工順序，總體采用由西向東，由南向北的方向施工。以更好的釋放擠土力，并且避免對(duì)已經(jīng)施工完成的管樁和水泥土攪拌的影響。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)量結(jié)果表明此施工流水很好的減少了擠土效應(yīng)的影響。4.5區(qū)域打樁速度的控制合理控制打樁速率，使土體有時(shí)間釋放內(nèi)力，使土體在整個(gè)打樁過程有一定的回彈。沉樁速度一般控制在1m/min以內(nèi)。4.6做好施工區(qū)域的監(jiān)測(cè)對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要檢測(cè)的內(nèi)容包括：土體內(nèi)部孔隙水壓力監(jiān)測(cè)；周邊建、構(gòu)筑物的沉降、傾斜、水平位移的監(jiān)測(cè)；已施工樁位偏移與上浮的監(jiān)測(cè)；地面沉降和隆起的監(jiān)測(cè)等4.7常用的消減擠土效應(yīng)的技術(shù)措施4.7.1開挖防擠溝

11、或設(shè)置防擠孔，當(dāng)壓樁場(chǎng)地距建筑物較近時(shí)，為保護(hù)相鄰物體，可在樁基施工區(qū)域與相鄰物體間開挖防擠溝，溝寬和深度可取1.5m-2.0消擠孔宜布置兩排以上,梅花形布置,孔400600mm,孔深1015m,孔間距0.51.0m。深度可根據(jù)保護(hù)相鄰物體埋深加深0.5m-1.0m?？變?nèi)可填入稻草等壓縮性大、透水性好的填料,以防塌孔。4.7.2減少排土量的措施預(yù)鉆孔壓樁，方法是在要施工的樁位上用螺旋出土器預(yù)先鉆一個(gè)孔，然后將樁壓入，鉆孔取土：由于淺層效應(yīng)比較明顯，因此可采取鉆孔取土來減少擠土效應(yīng)，鉆孔的直徑略小于樁徑，深度可取樁長(zhǎng)的1/3。4.7.3設(shè)置袋裝砂井或塑料排水板消除部分超空隙水壓力水，減弱擠土效應(yīng)。在具