浅谈挤土效应在建筑工程中的影响及防治措施

引言

桩基作为建筑深基础的重要形式，在我国城市建设中应用极为广泛，年施工量巨大。然而，在饱和软土地区采用挤土桩（如预制桩、沉管灌注桩）施工时，产生的挤土效应已成为影响工程质量与安全的关键技术难题之一。据《中国建筑业发展报告（2023）》数据[1]，挤土效应引发的质量事故在桩基工程事故中占比约 12% ，造成的经济损失和社会影响显著。典型案例包括杭州某住宅项目因密集沉入静压预制桩产生强烈挤土效应，导致相邻已建地下室底板严重开裂，直接经济损失超400 万元。随着城市建设密度不断提高，新建项目紧邻既有建构筑物的情况愈发普遍，有效防控挤土效应对于保障工程安全、降低社会风险具有重要意义。本文旨在结合挤土效应的作用机理，深入分析其工程危害，系统总结设计、施工及应急环节的防治技术，并通过典型工程案例验证关键措施的应用效果，为行业提供实践经验参考。

1 挤土效应的作用机理

挤土效应是指沉桩过程中，桩体挤入土层，其体积“占据”了土体原有空间，迫使桩周土体产生侧向及竖向位移的现象[2]。其作用机理和显著程度与桩周土的饱和度和渗透性密切相关：

非饱和土层： 土体受到挤压时，孔隙中的气体易被压缩或排出，土体体积发生相对明显的压缩变形，能有效地消散部分挤压应力。因此，挤土类桩在非饱和土层中施工时，挤土效应通常不明显，产生的负面影响相对较小。

饱和软土层： 土体由土颗粒和孔隙水组成，水被视为不可压缩流体。当土体受挤压时，体积难以收缩（或收缩量极小），孔隙水压力急剧升高。由于粘性土的渗透系数低，孔隙水无法快速排出消散，挤压应力主要依靠土体自身的塑性流动（位移）来消减，导致显著的挤土效应。表现为桩周土体发生剧烈的水平向和垂直向位移，对邻近桩基、地下结构和周边环境产生严重影响[3]。

2 挤土效应的工程危害

强烈的挤土效应在工程实践中会引发一系列严重的危害，主要包括：

桩体上浮： 后续沉桩产生的挤压应力，作用于邻近已完成的桩身侧面，若桩端未进入足够坚实的持力层或受挤压土体向上运动，可能导致桩体被抬升（上浮）。桩体上浮会显著降低桩端阻力和桩侧摩阻力，导致桩基承载力不足[4]。如本文长沙案例中桩体最大上浮达 67mm。

邻桩偏位：沉桩产生的巨大侧向挤压力，会使邻近已施工的桩发生水平位移（倾斜或弯曲），改变桩的受力状态，影响群桩的整体性和承载力。

周围构建筑物移位与损坏。 这是挤土效应危害最大、处理难度最高、经济损失最严重的后果。剧烈的土体位移会推动邻近的地下室外墙、管线、道路以及浅基础建筑物等发生位移、沉降或隆起，导致结构开裂、变形甚至失稳。如引言所述杭州案例。

基坑工程风险： 对于邻近桩基施工的基坑，挤土效应可能导致基坑围护结构（如支护桩、地连墙）发生位移、变形甚至失稳，增加基坑坍塌风险；也可能引起坑底土体隆起，影响坑内工程桩和基础底板施工质量。

孔隙水压力激增： 饱和土中沉桩导致超静孔隙水压力短时间内急剧升高，不仅降低土体有效应力和抗剪强度，影响沉桩效率和桩基承载力发挥，其后续消散过程还可能引发土体固结沉降，对周边环境造成二次影响。

3 挤土效应防治技术体系

有效防控挤土效应需建立“设计预控、施工控制、过程监测与应急处治”相结合的综合技术体系。

3.1 设计预控措施设计阶段是源头防控的关键：

(1) 桩型优化选择： 根据地勘报告，详细分析场地土层分布、饱和状态（特别是软土层厚度与埋深）及地下水条件。若地基土主要为饱和软粘土、淤泥质土等，且地下水丰富，应优先选用非挤土桩（如钻孔灌注桩、旋挖桩）或部分挤土桩（如预钻孔打入桩、H型钢桩），从根本上避免或显著减轻挤土效应[2]。

(2) 挤土桩参数优化： 当因经济性或施工条件限制必须采用挤土桩（如PHC管桩）时，需采取以下设计优化：

增大桩间距： 在满足承载力和变形要求的前提下，适当增大布桩间距，为土体位移预留空间，减少桩间相互影响。

减小桩径： 在承载力允许范围内，选用较小直径的桩型，可减少单桩挤土体积。

控制桩长入土深度：确保桩端进入相对稳定、渗透性稍好的持力层（如砂层、风化岩），有利于超孔隙水压力的消散。

(3)设置应力释放措施： 在紧邻敏感建筑物或设施的一侧，设计阶段可预先规划设置应力释放孔、消挤孔或抗震沟槽的位置和深度要求。

3.2 施工控制措施

施工环节是防治措施落地生效的核心：

(1) 采用开口型桩尖： 对于预制管桩，选用开口型桩尖。在沉桩过程中，部分土体可涌入桩管内腔，形成“土塞”，减少需要被挤开的土体体积，从而有效降低挤土效应强度[4]。

(2) 实施排水措施：

塑料排水板：在桩位或桩群区域打设塑料排水板，建立竖向排水通道，加速沉桩引起的超孔隙水压力消散，缩短消散时间[5]。

泄水孔/降水井： 在场地周边或应力释放沟槽内设置泄水孔或降水井，持续抽排地下水，降低地下水位，减少饱和土范围，同时辅助孔隙水压力消散。

(3) 设置应力释放孔/沟（抗震沟/消挤孔）： 这是阻隔和消散挤土应力的有效物理屏障[3位置： 通常在桩群外围、靠近被保护建筑物或设施的一侧。

形式：消挤孔：使用钻机在预定位置钻出一排或数排密集的孔洞（直径通常 _0.3-0.8m ，深度大于或等于桩长）。

抗震沟：使用挖掘设备开挖沟槽（宽度通常 0.8-(1)5m ，深度需穿透主要软土层或深于桩端，常达6-12m）。

作用：提供土体受挤压后的移动空间，吸收和消散部分挤压能量，并有效阻隔挤压应力向保护区传播。沟/孔内可填充砂、碎石等松散透水材料，并常结合排水措施。

(4) 优化施工顺序与进度控制：

跳打（间隔施工）： 避免连续施打相邻桩位，采用“跳一打一”或“跳二打一”的方式，让土体中的超孔隙水压力有足够时间消散。

控制沉桩速率： 减缓沉桩速度，尤其在饱和软土区域，避免短时间内大量沉桩导致孔隙水压力急剧累积。

由内向外、由近及远沉桩： 对于大面积桩群，沉桩顺序宜从场地中心或靠近保护对象处开始，逐渐向四周或远离保护对象方向施工，使挤土方向尽量背离敏感区。

合理安排施工间歇： 在桩群施工过程中设置必要的技术间歇时间，允许超孔隙水压力消散和土体强度部分恢复。

3.3 过程监测与应急处治

监测： 实施沉降、水平位移、孔隙水压力等监测，实时掌握挤土效应发展态势，为决策提供依据。应急处治：

补桩或加固： 对偏位过大或承载力受损的桩，根据检测结果采取补桩或加固处理。

注浆加固： 对因挤土效应导致开裂的邻近结构基础或土体，可采用注浆方式进行加固

4 施工防治技术应用案例——长沙湘江新区某项目

4.1 工程概况

项目位于长沙麓谷，为大型公共建筑群，包含两层地下室及多栋高层（20-30F）、多层（5-6F）建筑，总占地面积约 10 万㎡。高层建筑采用Φ500mm及Φ600mm预应力高强混凝土（PHC）管桩基础，纯地下室部分采用天然基础。工程场地属中硬场地土，主要土层依次为： ① 粉质粘土（厚约3-5m）；② 全风化板岩（厚约8-15m，天然含水量高达 57% ，接近饱和状态）； ③ 强风化板岩。场地地下水主要为上层滞水及基岩裂隙水，水系发育中等，土层（尤其全风化板岩层）含水量较大。设计要求Φ500管桩进入全风化或强风化板岩≥16m，Φ600 管桩进入全风化或强风化板岩≥18m，且桩端进入持力层（强风化板岩）深度≥1m。桩基设计布置相对紧密。

4.2 问题出现

桩基施工采用锤击沉桩工艺，初期按“由远及近”（相对基坑环道）的顺序施打。初始阶段未观测到明显异常。当其中一栋高层建筑的管桩施打数量过半时，桩周地面开始出现显著隆起现象。东侧已完成开挖的天然基础垫层区域也发生凸起、开裂破坏。现场测量数据显示，地面最大隆起值达 109mm 。随着后续桩基施工继续进行，部分已完成的管桩出现上浮现象，实测最大上浮高度达 67mm ， j^♭, 重威胁桩基承载力。

4.3 处置措施

经施工单位、设计单位及监理单位共同分析研判，认为主要原因在于：场地全风化板岩层含水量高、渗透性差，属易产生强挤土效应的饱和土层；设计桩位较密；振动沉桩速度快，未充分考虑孔隙水压力消散时间及对邻桩的累积影响。商定采取以下措施：

(1) 开挖抗震沟与消挤孔结合降水：

在桩基施工区块之间，使用挖掘机开挖深度约2m、宽度约 1m的浅层抗震沟。

在邻近北侧既有建筑地下室的敏感区域，采用旋挖钻机钻取一排连续的钻孔，形成一道深约 8-9m、宽约0.8m的深沟（兼具消挤孔与沟槽作用）。在深沟内填筑级配良好的砂石混合料，形成透水减压通道。沿沟长方向，间距约 10m垂直埋设管身钻有孔洞的双壁波纹管（DN300），作为降水井。在降水井内放置自动潜水泵，持续抽排渗入沟内的地下水，加速降低周边土体孔隙水压力。

(2)桩基复打： 对前期检测确认发生上浮的管桩（上浮量>30mm），在超孔隙水压力得到一定消散、土体初步稳定后（约1-2 周），严格按照设计要求进行复打施工，将桩身重新打至设计标高。

4.4 实施效果

抗震沟/降水效果显著： 在开挖深沟并启动降水后，后续沉桩施工引起的地面隆起幅度和范围显著降低。监测数据显示，新施打区域地面隆起量基本控制在20mm以内，邻近沟槽区域隆起更小。有效阻隔了挤土效应向北侧既有建筑的传递，保护了邻近结构安全。

复打保证桩基质量： 对完成复打的桩进行低应变动力检测（参照《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014[6]）和静载试验抽检，结果显示桩身完整性良好，最终沉降量满足设计要求，承载力达标。 总体控制成功： 综合采用开挖深沟减压排水结合复打的措施，成功控制了挤土效应的进一步发展，解决了桩体上浮问题，保障了后续桩基施工的顺利进行和整体工程质量。

5 结论与展望

5.1 主要结论

(1) 挤土效应在饱和软土、紧密布桩条件下危害显著，主要表现为土体位移（隆起/沉降）、孔隙水压力激增、桩体上浮/偏位及邻近构建筑物损坏。

(2) 有效防控挤土效应必须采取“设计预控-施工控制-监测应急”三位一体的综合策略。设计阶段优选桩型、优化桩间距是关键源头控制；施工中灵活应用开口桩尖、排水措施（塑料排水板、降水井）、应力释放孔/沟（消挤孔/抗震沟）及科学安排施工顺序（跳打、控速）是核心控制手段；对已发生的桩体上浮，复打是行之有效的补救措施。

(3) 长沙湘江新区的项目案例证明，在饱和全风化岩层、密集布桩的复杂条件下，开挖深度穿透软土层的抗震沟/消挤孔（深度 ），并辅以沟内填砂石及埋设降水井进行主动排水，能有效提供土体位移空间、加速孔隙水压力消散、阻隔应力传播，是控制强烈挤土效应的有效方法。结合复打工艺，可成功解决桩体上浮问题，保证桩基承载力。

5.2 技术展望

随着信息技术和智能建造的发展，挤土效应防控技术将向更精细化、智能化方向发展：

(1) 智能监测与预警： 利用光纤传感、微机电系统（MEMS）传感器、无线传输等技术，实时监测沉桩过程中的土体位移、孔隙水压力、邻近结构应变等关键参数，建立智能预警平台，实现挤土效应风险的动态评估与即时预警[7]。

(2) 数值模拟指导施工：基于更精确的土体本构模型和施工参数，进行三维有限元数值模拟，预测不同施工方案下的挤土效应影响范围和程度，优化施工参数（如顺序、速率）和防治措施（如沟槽位置、深度）的设计，实现施工前预控。

(3) 新型环保减挤材料与技术： 探索应用可降解、高渗透性的沟槽填充材料，研发低扰动或具有主动应力补偿功能的沉桩新工艺。

参考文献

[1] 中国建筑业协会. 中国建筑业发展报告（2023）[R]. 北京：中国建筑工业出版社, 2023.

[2] JGJ 94-2008, 建筑桩基技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2008.

[3] 王铁梦. 工程结构裂缝控制[M]. 北京：中国建筑工业出版社, 2021.

[4] GB 50007-2011, 建筑地基基础设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2

[5] 刘金砺, 高文生, 邱明兵. 建筑桩基技术规范理解与应用[M]. 北京：中国建筑工业出版社,2008.

[6] JGJ 106-2014, 建筑基桩检测技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2014.

[7] 张季超, 李伍平. 桩基工程挤土效应研究进展[J]. 岩土力学, 2018, 39(11): 3893-3908.