羅戰友1，龔曉南
2，夏建中
1，朱向榮
（1. 浙江科技學院岩土工程研究所，浙江杭州 310023；2. 浙江大學岩土工程研究所，浙江杭州 310027）
摘要：樁位處預鑽孔是工程中減弱沉樁擠土效應的有效措施之一。根據drucker-prager破壞準則及有限變形理論，建立了樁–土相互作用及連續貫入的有限元模型，利用得到的模型模擬了預鑽孔措施下沉樁產生的擠土位移場，並和現場實測進行了對比。
結果表明，預鑽孔的孔徑與孔深是影響靜壓樁擠土效應的重要因素，二者的結合會更有效地減少擠土效應的廣度和深度。在同樣孔深情況下，隨著孔徑的增大，所產生的擠土位移相應減小；相同孔徑情況下，孔越深產生的擠土效應就越小。
關鍵詞：靜壓樁；擠土效應；預鑽孔；數值模擬；現場試驗
引言 靜壓樁施工對周圍土體、鄰近建築物及地下管線等設施會產生較大的負面影響。因此，在施工過程中為了避免給周邊環境造成危害，會採取不同的施工措施來減弱沉樁產生的擠土效應
。不少實際工程的監測資料表明
[3-4]，在採取一些防擠措施情況下，沉樁擠土影響的特徵和無防擠措施下有所不同，程度及波及範圍也有差異。為了更有效地指導工程實踐，對防治措施的效果進行研究具有重要的工程意義
樁位處預鑽孔是工程中解決沉樁擠土效應的一種有效措施。由於靜壓樁施工過程的複雜性，通常把預鑽孔簡化為平面應變的圓孔擴張理論，單靠若干假定情況下推導出的解析解（柱形或球形孔擴張理論）不
能分析整個樁身深度內的水平及豎向擠土位移場及樁長對擠土效應的影響
[8-10]，且得到的解析解也不能考慮樁土介面的摩擦接觸，勢必會對結果造成較大的偏差
。採用數值方法在一定程度上能夠有效地解決上述問題
。本文首先建立了樁–土相互作用及連續貫入的有限元模型，利用這個模型分析了預鑽孔的孔徑及孔深對靜壓樁擠土效應的影響。
───**專案：
國家自然科學**專案（
）；中國博士後科學**一等資助（
）；浙江省高校中青年學科帶頭人資助計畫專案；浙江新世紀
列出了地基土與樁的基準引數。在壓樁過程中，樁身混凝土的應力應變關係基本符合線性彈性關係，因此樁身的混凝土可採用線彈性模型模擬，根據《混凝土結構設計規範》（
作為混凝土的密度。土層的相關引數是參考浙江省若干岩土工程地質詳細勘察報告經過綜合分析選取的，能夠符合工程實際。接觸剛度是採用試算來確定的，即比較相鄰
次的計算結果，當差值不大時，說明接觸剛度選取得合適。
）預鑽孔的引數
預鑽孔的引數是指預鑽孔的孔徑和孔深。孔徑和孔深的變化會直接影響防擠措施的效果，通常採用的預鑽孔直徑不大於樁徑的
2/3，深度亦不大於樁長的
2/3，當然這些限制條件可以根據具體的工程情況做相應調整
。綜合考慮可按表
選取預鑽孔引數進行研究。
2.2 預鑽孔的孔徑對沉樁擠土效應的影響 圖
是預鑽孔的孔深為
8 m情況下的沉樁擠土位移場沿深度方向的變化規律。從圖中可看出，從地面到地下
8 m的深度，8 m
深的預鑽孔和無預鑽孔情況下的擠土位移相差較大，當深度超過
8 m時，差值逐漸減小。在同樣的鑽孔深度（
8 m）情況下，隨著孔徑的增大，減少沉樁擠土的效應就越明顯，但在這個鑽孔深度（
8 m）以下，預鑽孔的孔徑大小對擠土位移場的影響逐漸變小。因此，對於壓樁區周邊需要保護的建築物或構築物而言，預鑽孔深度最好大於被保護的建築物或構築物的基礎深度。表
的對比可知，在預鑽孔的孔徑較小時，預鑽孔深度的大小對擠土位移改變量的影響並不是很大，但當孔徑達一定值時（
120 mm
），預鑽孔越深，其減少擠土效應的程度也就越大，即減少的位移量就越多。因此，孔徑與孔深對防擠效果的影響是相輔相成的，二者的結合會更有效地減少擠土效應的廣度及深度。
3 工程例項分析
3.1 工程概況及工程地質
工程位於浙江省海鹽縣，採用
mm，600
mm兩種樁型，樁長分別為
30 m
及35 m
的預應力管樁基礎，由於周邊居民樓（採用淺基礎）距施工場地較近，最近處只有
6 m，為了避免靜壓樁施工過程中產生的擠土效應對周邊環境造成不利影響，部分樁採用了預鑽孔的施工方案。
根據本工程地質勘察報告，場地在勘察
60 m
深度內的土層分為七層，壓樁範圍內土層的具體物理力學引數如表
所示，靜力觸探結果如圖
所示。3.2 現場實測結果分析
根據數值模擬的結果及工程需要保護的物件（淺基礎），部分距民房較近的工程樁（
mm）採用
了直徑為
300 mm，深度為
10 m
的預鑽孔，並對壓樁產生的水平向擠土位移場進行了現場實測。圖
為水平向擠土位移的對比圖，由圖中可知，在預鑽孔情況下，實測水平向擠土位移較無預鑽孔措施下的擠土位移明顯減少，最大幅度達到了
。且變化規律與數值模擬較為吻合，因此，合理地選擇預鑽孔的施工引數能較好地解決了靜壓樁的擠土效應問題。
fig. 8 comparison of horizont4 結論
）預鑽孔的孔徑和孔深是影響擠土效應的重要因素，二者的結合會更有效地減少擠土效應的廣度和深度。
）在同樣孔深情況下，隨著孔徑的增大，所產生的擠土位移相應減小，但在預鑽孔深度以下，預鑽孔的孔徑大小對擠土位移場的影響逐漸變小。
）相同孔徑情況下，孔越深產生的擠土效應就越小。在預鑽孔的孔徑較小時，預鑽孔深度的大小對擠土位移改變量影響並不是很大。但當孔徑達一定值時（如
120 mm
），預鑽孔越深，其減少擠土效應的程度也就越大。
）現場實測表明採用預鑽孔能有效地減少沉樁擠土效應，且現場實測位移場的變化規律和數值模擬結果相一致。因此，預鑽孔施工措施下的擠土效應可以採用數值模擬，且對於需要保護的淺層基礎須預鑽孔深度大於基礎深度方能達到較好的防擠效果。
壓樁對周圍環境影響的敏感深度在10-15公尺，深度在20-30公尺影響較微
施工方面的控制措施：預鑽孔法
為了方便壓樁的準確定位和保證樁身承載力，預鑽孔的孔徑不應大於靜壓樁的直徑，一般取樁徑的1/3~2/3，合理安排沉樁順序，應揹著建築物方向沉樁，已沉入樁區域逐漸成為阻力區，起到一定的屏障作用。
減少擠土效應的預防措施。
雖然靜壓樁有上述諸多的優點，但是，由於靜壓樁屬於擠土樁，其產生的擠土效應會對周邊環境造成不利的影響，嚴重者可能造成鄰近的建築物開裂，道路隆起以及地下管線斷裂等工程事故。因此，能有效地預估靜壓樁產生的擠土效應以及採取能夠減少擠上效應的施工措施都具有非常重要的工程意義。
一、預鑽孔對擠土效應的影響
預鑽孔的引數是指預鑽孔的孔徑和孔的深度。孔徑和孔深的變化會直接影響這種措施的效果。通常採用的預鑽孔直徑不大於樁徑的2/3，深度亦不大於樁長的2/3，當然這些限制條件可以根據具體的工程情況做一些改變。
1、預鑽孔徑對擠土效應的影響
預鑽孔情況下，水平與豎向位移場沿著水平方向的變化規律和無預鑽孔情況相一致，即隨著徑向距離的增加，其位移量逐漸減少。水平或豎向位移的大小是隨著預鑽孔徑的增大而減少的，但隨著徑向距離的增加，不同的預鑽孔徑產生的位移量差值越來越小。但相同預鑽孔徑在地表面產生的擠土位移量是近似一致的。
相同的預鑽孔半徑下，預鑽孔深度越大，減少遠場擠土效應的作用就越明顯。
2、預鑽孔深度對擠土效應的影響在同樣的孔徑情況下，在最淺預鑽孔深度範圍內(0-5m)的位移基本是一致的。但超過此深度時(5-12m)，所產生的水平位移場有明顯的差別。
即預鑽孔深度越大，所產生的水平向擠土位移越小，但豎向擠土位移的差別不是很大。這可能是由於在深層土體中沉樁引起的豎向位移量較小，從而造成不同預鑽孔深度在豎向位移場方面的差異較小。在預鑽孔徑較小時，預鑽孔深度的大小對擠土位移改變量影響不是很大。
但當孔徑達一定值時(120mm)，預鑽孔越深，其影響的深度也就越大，即減少的位移量就越多。但是，這只限於水平向位移，而對豎向位移改變量的大小沒有什麼影響。
由此可見，預鑽孔的孔徑和孔深是影響擠土效應的重要引數，二者的結合會更有效地減少擠土效應的廣度和深度。
二、防擠土槽對擠土效應的影響
打樁前，可採用開挖槽溝的方法進行隔離，以減少地基淺層土體的側向位移和隆起影響，並減少鄰近淺埋式基礎的建築物和地下管線的差異變位影響。由於防擠土槽主要用於淺埋基礎及地下管線，故其深度不需要太大，而且槽越深越易造成坍塌。槽的寬度一般為1-2m。
槽深度的增加，則沉樁產生的槽前擠土位移場增大。防擠土槽後的位移場，也就是遠離樁中心的一側，沉樁產生的擠土位移隨槽深的增加呈減少的趨勢。說明了防擠土槽的存在能有效地減少槽後的位移，但只影響槽底以上的深度，而槽底以下的擠土位移場和無槽時的差別很小。
因此，對於靜壓樁附近有建築物或者地下管線時，防擠土槽的深度至少應大於被保護物件的基礎深度。
三、槽距樁中心距離對擠土效應的影響槽深範圍內，防擠土槽的設定能明顯減少水平向擠土位移，但對豎向位移的改變量較小。且隨著槽到樁中心距離的增加，槽後同一點處的擠土位移逐漸減少。但總體來講，槽樁距離的大小對擠土位移改變量的影響不是很大。
四、總結
本文通過對減少靜壓樁擠土效應施工措施的分析，討論了不同施工措施的防擠效果，並得出以下結論:(1)預鑽孔的孔徑和孔深的大小對減少靜壓樁的擠土效應產生重要影響。在同樣孔深情況下，隨著孔徑的增大，所產生的擠土位移相應減小;相同孔徑情況下，孔越深產生的擠土效應就越小。
(2)防擠土槽的設定對槽前後的擠土位移都會產生影響。槽前的擠土位移量比不設槽時要大，而槽後的位移量則遠遠小於不設槽時的情況。(3)防擠土槽的設定能明顯減少槽底深度以上的擠土效應。
因此，對周邊建築物或者管線進行保護時，槽底應較被保護物件的基礎深。
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