沉桩挤土效应及单桩承载力的时间效应

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在城市建设中，特别是在密集建筑群中间沉桩施工时，常常由于挤土问题对周围环境造成很大影响，因此，在建筑物或市政基础设施附近进行沉桩施工时，挤土引起建筑物的损坏以及对地下设施正常运行的威胁都非常大。
沉桩的挤土效应的影响范围和挤土的力是相当大的，对环境的威胁是不可忽视的，特别是在饱和的软土地区，对基础埋深浅结构较差的建筑物和对变形敏感的地下管线如煤气、自来水管道等危害更大。所以，沉桩施工是一个环境岩土工程问题，它不仅仅是工程本身的问题，而是与周围环境相互作用的问题。问题的双方都非常复杂，它至少涉及以下几个方面：（1）沉桩区的地质条件和土的性质。例如，在饱和的渗透性很低的粘性土区，沉桩挤土效应特别严重；（2）沉桩的施工，包括桩型、沉桩的速度、沉桩流水等等；（3）被影响的建(构)筑物和地下设施的刚度、埋置深度等等；（4）被影响的建(构)筑物地下管线等损坏后对社会造成的风险损失的严重程度。
沉桩对环境的影响，主要是由于桩的挤土效应造成的，桩土体积等代率越大其危害越大。因此，根据挤土效应的大小，可将桩分为三类：排挤土桩、低排挤土桩、非排挤土桩。
排挤土桩通常指预制钢筋混凝土桩、木桩、沉管灌注桩；非排挤土桩如挖孔桩、钻孔灌注桩等；低排挤土的概念不够明确，排土程度多少没有具体标准，难以把握，一般认为如H形钢桩、开口钢管桩等。其中排挤土桩的挤土效应最大，在实际工程中应特别重视。
挤土效应除了对环境造成影响外，对工程本身也会产生不可忽视的影响，主要表现在以下几个方面。
1、   桩的抬高、挠曲及折断
排挤土桩要置换大量土的体积，特别是工程桩比较密集的情况，打桩区内地面将会隆起或抬高，如果在饱和的软土中沉桩，桩周围土体中会产生很高的孔隙水应力，有可能使土液化，使先打入的桩向上浮起。由于地面隆起，已打入的桩上抬导致桩尖脱空，载荷试验时会发生突沉现象，这种“假极限”现象，常给确定单桩承载力造成困难。
挤压成孔灌注桩（沉管灌注桩）也是排挤土桩，这类桩配筋很少，施工时常常前桩尚未凝结，便受到后桩的挤土作用发生断裂，从而造成工程事故。
2、在边坡或边坡附近沉桩时的影响
在边坡或边坡附近沉桩时，由于两边阻力的不同，可能会造成桩的位移，也会影响边坡的稳定。
3、打桩与基坑开挖相互影响
打桩与基坑开挖相互影响的问题，有三种情况：（1）在打桩区附近开挖；（2）在基坑附近打桩；（3）基坑挖土卸荷对工程桩的影响。这三种情况都会对基坑围护系统的稳定性和桩的位移造成不利的影响。桩越密、相邻基坑越近、基坑开挖深度越大，其影响越严重。
基坑大量卸载，由于坑底以下桩间土体中贮存着很大的挤土压力瞬间释放，导致工程桩上抬和位移，位移方向往往与挖土方向一致。这方面的工程案例很多，有些工程桩位移达到1m多。
桩周土体被扰动，基坑开挖时应力释放，基坑边坡容易失稳。群桩周围土体扰动程度主要取决于桩的密度、土的性质以及间歇时间等，因此在边坡开挖设计时，通常可把土的不排水强度降低20%～30%来考虑。
4、 桩承载力的后期效应
沉桩过程对桩周土体来说，是一个不排水的挤压过程。桩周土体中存在着很高的孔隙水应力。沉桩结束后，孔隙水应力逐渐消散，土体发生再固结。再固结导致有效应力增加，桩土间的摩擦力随之增加，因此单桩承载力也随着时间而逐渐增加。此外，再固结又导致桩间土下沉，使得承台底面与土面脱离，影响桩土的共同作用。