余欣榮 （東莞市水利勘測設計院有限公司，廣東 東莞 523000）

1 引言

管樁作為一種常見的地基基礎形式，被廣泛應用于鐵路、工業(yè)與民用建筑、市政和公路路基處理等領域[1-4]，其施工方式主要包含打入式、壓入式、旋入式和振沉式[5]。在管樁施工過程中，由于管樁直徑較大，會對周圍土體產(chǎn)生一定的擠壓作用，產(chǎn)生擠土效應[6-7]。由于土體擠密導致樁周土體更加密實，在后續(xù)施工過程中土層受打入管樁的影響，極限摩阻力增大，打樁所需的最大壓力也需要同步增大。因此分析管樁打入過程中擠土效應對后續(xù)樁基打入最大壓力的影響，能夠為工程建設提供科學指導，實現(xiàn)節(jié)約工程投入，控制最大壓力的目的。

劉裕華等[8]應用圓孔柱形擴張理論對預制管樁的擠土效應進行了分析，提出了管樁塑性區(qū)半徑、土體位移等解析表達式；李國維等[9]基于現(xiàn)場試驗手段，對管樁施工導致的孔隙水壓力和水平方向位移的變化進行了監(jiān)測，分析了場地條件對擠土效應的影響；雷國輝等[10]開展了管樁群樁錘擊施工效應和土塞效應與深度變化相關的研究，分析了群樁和單樁施工時土體孔壓的變化規(guī)律；夏晉華等[11]通過在現(xiàn)場試驗中設置的對比工況，為路基設計中豎向排水體的布設間距及管樁的施工順序提供了合理建議；江強等[12]研究了排水樁與不排水樁在施工過程中因擠土效應導致的側向水平位移變化規(guī)律，研究表明排水樁能夠在一定程度上減小因擠土效應導致的水平向位移。上述研究多集中于擠土效應對管樁承載特性的研究，對管樁靜壓施工時所需最大壓力的分析較少，缺少相關現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析。

因此，本文以某河流域綜合整治項目中的護岸工程為例，研究打設管樁過程中所需最大壓力的變化趨勢。通過對打樁過程中施工設備壓力的監(jiān)測，獲得管樁打入后的擠土效應對管樁承載機理的影響，通過曲線擬合，建立管樁最大打入壓力的模型，為管樁打入過程中壓樁力的設計提供科學依據(jù)。

2 工程概況

本項目位于廣東省東莞市，所處地形為典型珠江三角洲河口區(qū)沖積平原地形，地勢較開闊平坦，局部錯落有微丘崗地。場地內(nèi)地表水系發(fā)育，分布有眾多河涌、塘、坑等，主要地理位置見圖1。土層分布，上覆第四紀堆積物多為河相，沉積厚度隨基底起伏而變化。試驗場地內(nèi)主要分布有第三系（N）及第四系（Q）松散堆積地層，第三系（N）區(qū)主要巖性為砂巖，多為泥質膠結，巖石質地較軟，屬軟質巖。地表未見基巖露頭，由鉆孔揭露表明，砂巖均被第四系松散地層掩蓋。第四系（Q）場地范圍內(nèi)分布廣泛，巖性以淤泥、砂層、粉質黏土為主。鉆孔取芯試樣見圖2，土層的主要物理力學性質見表1。

表1 土層參數(shù)

圖1 項目位置

圖2 鉆孔取芯部分試樣

表2 為管樁在各巖土層的樁基承載特性指標匯總表。據(jù)表1 和表2 的室內(nèi)土工試驗結果及相關鉆探試驗揭露，該試驗場地無不良地質現(xiàn)象，擬建場地位于抗震設防7 度區(qū)，場地內(nèi)無活動性斷裂通過，屬構造相對穩(wěn)定地塊，綜合評價場地整體穩(wěn)定性較好。圖3 為通過室內(nèi)土工試驗獲得的砂層顆粒級配曲線。

表2 管樁在各巖土層的承載特性（單位：kPa）

圖3 砂層顆粒級配曲線

3 設計方案

3.1 設計方案介紹

本場地擬建駁岸段堤基工程地質條件總體較差，屬C-D 類堤基，自然岸坡不穩(wěn)定，洪水期填土、第四系沖積層受沖刷影響，岸坡穩(wěn)定性差。根據(jù)鉆探揭露情況，堤防的淺部地基土主要為素填土，第四系沖積層淤泥、粉質黏土和松散淤泥質粉砂、粉細砂的承載力低，不宜作為堤防的地基持力層?？紤]上述地基土層累計厚度較大，需置入沖刷深度之下，采用管樁進行處理。以處理后的復合地基作為堤防持力層，臨水兩側配合松木樁或漿砌石進行處理。

基于地勘報告結論，本項目采用管樁進行護岸工程的加固，所用管樁樁帽直徑為800mm，厚度為600mm，樁身外徑為500mm，內(nèi)徑為340mm，樁長為15m，樁中心距為1.5m。圖4 和圖5分別為管樁的平面布置圖和管樁細部尺寸圖。

圖4 管樁平面布置圖

圖5 管樁細部尺寸

管樁沿河岸進行布設，采用船載柴油打樁機進行施工，打樁機型號為YZ-320，最大壓樁力3200kN，一次壓樁最大行程為1.8m，壓樁速度為1.56～4.60m/min，船身尺寸（長×寬×高+質量）為9.5 m×1.6 m×0.89 m+10.1 t。本項目中打設管樁段總長252 m，共打設樁基168根。

3.2 施工流程簡述

設計方案確定后，清理場地開始管樁施工作業(yè)，管樁的主要施工流程如下。

①測量放線。現(xiàn)場施工人員按照設計人員給定的圖紙，在施工場地內(nèi)使用木樁或白灰進行點位標記，確定打樁點。

②樁機就位。打樁機械就位，在施工場地的預定點位進行樁基施工。在施工過程中需確保打樁機不產(chǎn)生傾斜、移動，準備工作完成后，將待施工管樁吊入壓樁機內(nèi)，樁端與定位點對齊。

③焊接樁尖。將使用的十字樁尖置于定位后的樁端處，與第一節(jié)管樁的底板進行對中焊接，焊接完成后采用防腐瀝青進行涂刷，防止樁尖因復雜地質環(huán)境銹蝕，影響施工質量。

④垂直度檢測。調(diào)整打樁機械的支腿，使打樁機的工作面處于水平狀態(tài)。樁基入土深度達到500mm 時，在互相垂直的方向上架設兩臺經(jīng)緯儀對樁基的垂直度進行檢測，確保誤差小于0.5%。

⑤壓樁。樁基自身的強度達到設計強度的100%后，在兩臺相互垂直的經(jīng)緯儀檢測垂直度滿足要求后，即可進行壓樁作業(yè)。壓樁時應注意，當樁身出現(xiàn)嚴重裂縫、傾斜、突然偏移或貫入度劇變時應停止施工，并對樁基進行處理；壓樁時，還需關注樁基的入土速度，在砂土層速度適當增大，當?shù)竭_持力層或油壓突然增大時，注意減緩入土速度。

⑥接樁。當設計樁長大于單節(jié)管樁的長度后，需要進行接樁作業(yè)，采用電焊工藝施工，焊接時由兩人對稱作業(yè)，保證焊縫飽滿、連續(xù)，焊接完成經(jīng)專業(yè)人員驗收通過后方可繼續(xù)施工。

⑦送樁。壓樁至距離水平地面500mm 時，使用壓樁機械將樁基施工至預定標高，并適當提高壓樁力。送樁前，應根據(jù)設計要求控制送樁深度，并在壓樁機械上做醒目標記。

⑧終樁。工程施工時采用壓樁力和樁長的雙控模式。以樁基進入持力層時的樁長控制為主，以壓力值變化控制為輔。

4 打入荷載分析

管樁施工時，共包含三條施工段，均采用由一側向單一方向打設的施工方法進行作業(yè)，因此獲得三條不同的最大壓樁力變化曲線，為簡化分析，本文認為同一施工線上的土層物理力學性質相同。因現(xiàn)場工況較為復雜，未能獲得全部管樁數(shù)據(jù)，本文共獲得49 根樁的有效最大壓樁力，相關數(shù)據(jù)見圖6。

由圖6 可知，不同土層條件下進行管樁打入時，所需的最大壓樁力存在明顯差別，且第一根樁打入完成后，后續(xù)所需的最大壓樁力明顯提高，表明管樁的打入產(chǎn)生了擠土效應導致土層性質變化，所需壓樁力提高。當管樁施工向單一方向進行時，最大壓樁力會隨著施工樁基數(shù)量的增加而增大，當施工管樁達到某一數(shù)量時，所需最大壓樁力為恒定值，不再隨施工數(shù)量的增加而增大。

為實現(xiàn)對管樁所需最大壓樁力的預測，本文利用圖6 擬合得到雙曲線模型，見圖7。

圖7 擬合曲線與實測值對比

由圖7 可知，最大壓樁力與第一根樁的中心距之間的關系可以用雙曲線模型表示，模型的表達式為：

式中：Q為最大壓樁力；s為打入樁與第一根樁的中心距；A、B為系數(shù)，與施工現(xiàn)場的土層性質和樁身尺寸、樁間距等參數(shù)密切相關。

由圖7 可知，當與第一根樁的中心距大于10m 時，后續(xù)打樁所需的最大壓樁力基本為定值，這表明隨著管樁的施工，第一根樁的擠土效應不對正在施工的管樁產(chǎn)生影響，管樁的擠土效應影響范圍是有限的，約為20D（D為樁身直徑）。

通過現(xiàn)場試驗獲得第一根樁的最大壓樁力后，通過帶入雙曲線模型進行參數(shù)計算，即可在考慮管樁擠土效應的基礎上對后續(xù)打樁所需的最大壓樁力進行預測，指導工程實踐。

5 結論

沿單一方向進行打入管樁作業(yè)時，擠土效應的產(chǎn)生會導致后續(xù)管樁施工所需的最大壓樁力增大，每根管樁產(chǎn)生擠土效應的最大影響范圍約為20D；最大壓樁力與第一根樁中心距之間的關系可近似用雙曲線模型描述，雙曲線模型的系數(shù)A、B與施工現(xiàn)場的土層性質和樁身尺寸、樁間距等參數(shù)密切相關。