1、PHC 管桩施工引起的超孔隙水压力分析摘要：PHC 管桩在施工过程中产生的挤土效应，会使周围土体发生一定量的变形，并使土体内的超孔隙水压力增加，从而对施工周边环境造成影响。针对此问题，结合工程实例，通过对 PHC 管桩沉桩施工过程中产生的超孔隙水压力的现场监测，分析了 PHC 管桩在沉桩过程中超孔隙水压力的变化规律。 关键词：PHC 管桩；超孔隙水压力；现场监测 中图分类号： U656 文献标识码： A 1 引言 PHC 管桩以其单桩承载力高、质量稳定可靠、应用范围广、施工速度快等优点，最近在工业与民用建筑中逐步得到了应用和推广。PHC 管桩属于挤土桩，在沉桩过程中会对周围的土体产生推挤，特别
2、是在淤泥质黏土区沉桩会在土体内产生较大的超孔隙水压力，超孔隙水压力的消散会引起桩周土体大面积沉降，直接影响到建构筑物的正常使用及临近建筑物的安全，这一工程问题已经得到了广泛的关注。 本文通过某电厂烟囱基础 PHC 管桩沉桩过程产生的超孔隙水压力的监测结果，分析了 PHC 管桩在沉桩过程中超孔隙水压力的变化规律，以便为进行 PHC 管桩施工，控制施工流程与速率提供依据。 2 工程概况 某电厂处于沿海软土地区，地基中广泛分布淤泥质软土层，含水率高，压缩性高，渗透性差，需进行地基加固处理。烟囱基础采用 PHC-600(110)AB 型管桩，混凝土强度等级为 C80，直径为 600mm，桩长 33m。
3、锤击法施工时会产生很高的超孔隙水压力。在施工过程中需对超孔隙水压力进行监测，以保证桩基的施工质量。 3 孔隙水压力监测 超孔隙水压力监测，主要是通过对超孔隙水压力的增长与消散过程的观测，了解各种情况下沉桩对孔隙水压力形成的影响，分析可能对工程产生的危害，必要时提出警告和建议，调整施工进度安排，预估沉桩结束后到基坑开挖所需的休止时间。 3.1 监测设备 孔隙水压力监测采用钢弦式孔隙水压力计和 XP-02 型振弦频率读数仪进行。 3.2 监测原理 土体中的孔隙水通过孔压计的透水石传到压力薄膜上，压力薄膜受力产生挠曲变形，引起装在薄膜上的钢弦变形，随之引起钢弦自振频率的改变。用频率接收仪测定频率变化
4、的大小。经公式计算即可得到超孔隙水压力值。孔隙水压力的计算公式如下： U=K（f02fi2）+B 式中：U土体中的超孔隙水压力，kPa； K孔压计灵敏度系数，kPa/Hz2； f0土体内孔压计的基准频率，Hz； fi孔压计受压时的频率，Hz； B截距，kPa。 3.3 监测点的布设 在烟囱区域共设置 4 个孔隙水压力孔，编号为 K1K4，每个孔内埋设 3 个孔隙水压力计。各孔中孔隙水压力计埋设深度均分别为：10m、15、20m，分别监测孔压计所在土层在沉桩过程中孔隙水压力的变化情况。孔隙水压力监测点平面布置如图 1 所示。 图 1 孔隙水压力计平面布置图 3.4 观测方法及频率 本次监测工作分
5、三个时间段进行：沉桩前、沉桩时、沉桩后。沉桩前、沉桩后孔隙水压力每天各监测一次。沉桩时，每天监测 12 次，当遇到孔隙水压力报警时，采用一天多次监测或采用了旁站跟踪监测，直至孔隙水压力消散到警戒值以下，以确保工程桩的沉桩质量。 4 监测成果与分析 孔隙水压力随时间变化的曲线图，见图 2-图 4。 图 2K1 孔超孔隙水压力随时间变化曲线 图 3K3 孔超孔隙水压力随时间变化曲线 图 4K4 孔超孔隙水压力随时间变化曲线 从观测成果可以看出，在 PHC 管桩施工过程中，各个测点的超孔隙水压力变化趋势基本一致。根据 PHC 管桩的施工情况，本项目从观测开始到观测结束，可分为 3 个过程。 4.1
6、沉桩前 烟囱地段不同深度处的超孔隙水压力警戒值见表 1。 表 1 烟囱地段不同深度处的超孔隙水压力警戒值 地段 孔压计埋设深度 （m） 警戒值 （kPa） 烟囱 10 54.4 15 79.8 20 110.3 4.2 沉桩时 沉桩过程中，由于桩机的移动及打桩后留下的桩孔回填，造成 K2 孔被破坏，存活 3 个监测孔。 表 2 烟囱地段孔深 10m 处孔隙水压力比较表 孔压计编号 K1 K2 K3 K4 超孔隙水压力最大值Umax（kPa） 53.3 破坏 51.3 54.0 报警次数 采取措施 表 3 烟囱地段孔深 15m 处孔隙水压力比较表 孔压计编号 K1 K2 K3 K4 超孔隙水压力
7、最大值Umax（kPa） 77.3 破坏 100.0 143.8 报警次数 3 1 采取措施 停止沉桩 3 天 停止沉桩 1 天 表 4 烟囱地段孔深 20m 处孔隙水压力比较表 孔压计编号 K1 K2 K3 K4 超孔隙水压力最大值Umax（kPa） 103.0 破坏 166.3 164.8 报警次数 1 1 采取措施 停止沉桩 1 天 停止沉桩 1 天 不同深度的孔压计，超孔隙水压力值各不相同，从表 2表 4 中可看出，10m 埋深的孔压计超孔隙水压力最大值为 54.0kPa，已到临界值，但未超过警戒值；15m 埋深的孔压计超孔隙水压力最大值为 143.8kPa，超过警 64kPa，20m
8、 埋深的孔压计超孔隙水压力最大值为 166.3kPa，超过警戒值 56.0kPa。表明本工程场地孔隙水压力释放非常困难，没有良好的排水释压途径。 本次沉桩监测过程中，埋深 10m 的孔压计未报警（埋设在层粉土） ，15m 的孔压计共报警 4 次（埋设在层粉质粘土） ，20m 的孔压计报警戒2 次（埋设在层粉土与粉质粘土互层） 。报警次数的多少主要是由孔压计埋设的土层性质决定。 4.3 沉桩后 沉桩后的孔隙水压力监测主要了解停止沉桩后孔隙水压力消散情况。从图 2-图 4 可见，各监测点处孔隙水压力消散均较快，在 20 天内各监测点的孔隙水压力基本上都接近基准值，满足基坑开挖条件。 5 结论 通过
9、对管桩施工过程的监测，可以得出以下结论： （1）超孔隙水压力消散速率取决于地基土性质和埋置深度。 （2）在 PHC 管桩施工过程中，各个测点的超孔隙水压力变化趋势基本一致。从观测资料上分析，深度位置上测点埋设越深，变化量越大。 （3）在 PHC 管桩施工中，采取合理的打桩方式，并根据监测数据及时合理控制沉桩速率，可以减缓超孔隙水压力的增长速率。 （4）根据监测结果，软土地区桩基施工后基坑开挖，至少需在桩基施工休止 20 天后，且应结合超孔隙水压力的监测结果判断。 参考文献： 贺虎,王志强,李岩,周宏,马永杰.桩基监测法在“皖电东送”1000KV沪西变电站工程中的应用J.电力建设, 2012,33(12):101-106 李明,蒋健,顾春光,朱庆锋.PHC 管桩施工对周围土体的影响分析J.技术园地,2009,7(27):37-39 雷瑜,孔庆哲,张震.高速铁路路基工程中 PHC 管桩沉桩挤土效应的研究J.铁路工程, 665-672 张鹤年,刘松玉,季鹏.PHC 管桩在高速公路桥梁工程施工中引起的超孔隙水压力分析J.建筑结构, 2008,38(4):39-40
