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摘要：叙述了打桩施工产生的挤土效应对周围环境的影响，以及产生这种影响的关键因素，并就如何消除这些影响提出了一些防治措施。
关键词：桩基施工；挤土效应；防治措施
在现代城市建设中，由于高层建筑物的不断增多，桩基础成为常用的基础形式。它有许多优点,如实用、可靠、经济、施工简便等。但在城市建筑物密集区,因打桩作业引起的环境病害明显增多。桩基施工对周围环境的影响已经直接影响到工程质量、安全、进度、造价,甚至企业经营和社会形象,特别是桩基施工引起的挤土效应，有时会造成无法挽回的损失。社会要向前发展,旧城区要改造,在建造新建筑物的同时,又不致影响原有建筑的正常使用,因此,对桩基施工产生危害的现象进行分析并采取经济合理的预防措施是十分必要的,并且是一个具有社会效益、经济效益和环境效益的重要课题。
1挤土效应概述
1.1什么是挤土效应
当大量的预制桩打入地基地中，相当于桩体体积的土体就向四周排挤，使桩周围的土受到严重的扰动。在打桩时产生的振动和挤压的影响下，无论是地表或深层的土体都会发生变形。在地表附近的土体是向上隆起，而在地表以下较深层地土体，由于覆土层的压力作用，不能向上隆起，就向水平方向排挤，这就是打桩的挤土效应。它使周围土体结构破坏，从而使土体向上隆起和向四周产生侧各位移。
1.2桩施工挤土机理及其规律
在软弱土层中打桩时,地面下土体受到来自不同方向的挤压扰动,桩周土体最先达到塑性流动和结构性破坏,较远距离的土体仍处于弹性阶段。挤土影响主要是桩入士时将挤开相应体积的土体,在桩周饱和软粘土中产生超静孔隙水压力,桩周土体孔隙水压力迅速提高,土体抗剪强度大为降低。经扰动的土体极易蠕变,表现为地表、浅层和深层土体发生竖向和水平的位移,其数值和范围(半径约为桩入士深度)相当可观,直到超静孔隙水压力消散,并恢复到常值,挤土对相邻建筑的地下设施的危害才会停止。此外挤土可造成已打入的桩上浮、侧移或挠曲;在粘性土中打桩常发生地表隆起。大量的土体位移常导致邻近建筑物基础上抬、结构变形、地坪和墙面开裂;损坏地下管线和设施以及边坡失稳等一系列环境事故。
2挤土效应的表现
1孔隙水压力急剧上升，产生很高的超级孔隙水压力
桩群越大越密，则孔隙水压力越高，涉及面越广，消散越慢。实孔隙水压力上升是使桩、土产生位移的重要原因之一。压桩过程中孔隙水压力升高，造成土体破坏，未破坏的土体也会因孔隙水压力的不断传播和消散而蠕变，也会导致土体的垂直隆起。
2地基土发生竖向水平位移
桩群越密越大，土的移位也越大，地面隆起量可达50cm～60cm,有时甚至达70cm～80cm。可能造成近邻已压入的桩产生上浮，桩端被“悬空”，使桩的承载力达不到设计要求；也会造成桩位偏移和桩身翘曲折断等质量事故；并可使相邻建筑物和市政设施的发生不均匀变形以致损坏。
3已打入桩被上抬和产生侧向位移
打桩虽然会使土体产生很大的水平位移，但如果是打桩顺序合理，从中心逐渐向外侧对称施工，使桩所产生的水平位移却并不大。所以必须重视打桩使土体产生很大水平位移的影响，它的影响范围广，对邻近建筑的威胁大。
3挤土效应的影响因素
1桩长的影响
容易理解，土体位移与桩长必定呈正相关关系。而两者又非呈简单的直线关系。从经验公式知，土体的位移与桩的截面积呈正比，而与测点到群桩形心的距离成反比。可以发现，增加桩长对水平位移的影响比对垂直位移的影响要大。也就是说，深部桩的挤土作用将更多地引起土体的水平位移。
2桩型的影响
高层建筑的基础桩除了使用钢筋砼桩外，尚有部分工程使用钢管桩。从表面上看，钢管桩的壁厚仅11mm，桩的排土量应不会太大，打入时所造成的土体位移也不应该太大。但事实上，钢管桩的挤土作用仍然是相当大的，这主要是由桩的土塞效应所决定的。即开口钢管桩在打入时，土不断被挤入管内，但并不是所有的桩端处的土均被挤入管内，也有部分土被挤向侧面。桩视作实心混凝土桩计算。
3打桩速率的影响
打桩速率对土体变形的影响主要是由超孔隙水压力引起的。打桩时，超孔隙水压力的增长速度比其消散速度要快得多，但在打桩间隙，超孔隙水压力却会明显回落。根据相关监测资料，土体位移在经过了一夜的施工间隙后，其回弹值是相当可观的，土体的变形，实际上是呈锯齿状变化上升的。但如果不控制打桩速率而昼夜不停地打桩，那么就不存在这种锯齿状的变化，而是呈直线上升。
4打桩顺序的影响
由于先打入的桩对后来打桩产生的土体位移，能产生阻挡作用，故打桩顺序对不同部位土体的位移量也能起到控制作用。据此，也能通过安排不同的打桩顺序来不同程度地控制土体在不同部位的位移量。
4挤土效应的防治措施
桩基施工中，由于挤土效应的影响，造成地基变形，出现地面隆起，土体向四周侧向位移的现象是不可避免的。只要能根据具体情况，制定出合理的打桩施工方案和采取相应的合理措施，是可以把打桩施工中所造成的危害降低限度的。具体措施如下：
4.1桩基施工前的工程措施
1设置应力释放孔
研究表明，在桩位之间预钻孔，可有效释放挤土桩压桩过程产生的压力，减小挤土效应。在需要保护的地下管线或建筑物一侧设置一排应力孔，可有效减小挤土效应的影响。预钻孔数量根据布桩量和平面布桩系数确定，并可根据现场监测情况调整。
2设置防挤槽
在压桩区和要保护的建筑物之间开挖防挤槽，可在槽内回填砂或者其它松散材料，这种防挤槽对于减少地基浅层的位移效果较好，用于浅埋管线的保护很好。防挤槽应挖通，否则会引起应力集中，影响路面和地下管线的安全。防挤槽和应力释放孔可同时使用。
3设置排水砂井或塑料排水带
在打桩区的四周或者群桩之间，设置排水砂井或塑料排水带。在挤土桩施工过程中，地基土中产生超孔隙水压力，此时，土中水可通过砂井或排水带板排出地面，土体排水固结，体积减小，可有效减小挤土桩形成的挤土效应。
4.2桩基施工期间的工程措施
1控制打桩速率
在地基中，压桩施工进度快，地基土体中孔隙水压力值增加快，土体抗剪强度降低明显，地基土体的变形值大，而且扩大了超孔隙水压力和地基变位的影响范围，所以桩基施工应严格控制每天压桩的数量。控制打桩速率，减慢压桩速度的目的是使压桩挤土引起的超孔隙水压力有时间消散。超孔隙水压力消散可有效减小挤土效应。
实际打桩过程中，可根据现场测试，控制每天的沉桩根数。如发现位移量较大，则减少沉桩根数或停止沉桩1～2天。合理控制打桩速率，控制土体位移。
2合理安排打桩顺序
在各种防治措施中，合理的打桩顺序是最经济实用的。在小范围内连续快速打桩的挤土效应最强。应尽量间隔距离打桩，尽量减小挤土效应的叠加。另外，由于先期压入桩的遮帘作用，打桩的流水施工方向对减小挤土效应有较好的效果。背着保护对象打桩比对着保护对象打桩的的挤土效应要小得多。为避免某一侧的地下管线，市政道路或建筑物受影响而产生移动，可以按从这一侧向另一侧的顺序压桩。
如果有些工程四周都有被保护对象，或四周都没有被保护对象，则打桩顺序原则上从中心向外围进行，即先打中部桩，最后打最外侧桩。这样安排的好处是中部桩施工后有较长的时间释放挤土应力和向外排水，可减少已沉入桩的上浮、偏位的可能性。
3钻孔取土和取土植桩
由于浅层挤土效应比较明显，因此可采用钻孔取土来减小挤土效应。钻孔的直径宜略小于桩径，深度不超过第一节桩长的2／3.此方法可以有效减小打桩过程中地基土的挤压应力。当桩长在30m以内时，钻孔取土对减小挤土效应的作用非常明显，对保护地基浅层的管线相当有利。
除钻孔取土外还可以采用取土植桩。取土植桩是将预制钢筋混凝土桩或钢管桩，用预钻孔等方法进行沉桩后，再采取静压，对桩端进行固根，以增强承载力。本法与钻孔取土法的主要区别在于钻孔深度较深。
4加强监测，实行信息化施工
监测主要包括地面沉降或隆起的测量，地基土体深层水平位移，已放置桩的竖向和水平位移等。通过在挤土桩施工过程中对土体位移的监测，控制打桩速率，判断是否需要增加应力释放孔，以及采取其它减小挤土效应的措施。
5结语
挤土效应容易对周边环境造成不利的影响，严重者可能引起邻近的建筑物开裂，道路隆起以及地下管线断裂等工程事故。因此，有效预估桩基施工产生的挤土效应以及采取减少挤土效应的各种措施具有非常重要的工程意义。当然，挤土效应对周边环境的影响也有好的一面，在不同的施工环境和要求下应该进行区分，以便对其积极的一面加以利用，对其危害加以克服。
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