管桩挤土效应对邻近构筑物影响

一、引言

在城市化快速发展的当下，基础工程越来越复杂，深基础施工更是如此，其中管桩施工就很关键，管桩挤土效应是重要的一环，这在学术界和工程实践领域都引起了关注。管桩挤土效应，就是在管桩沉桩时，周围土体因桩体插入而产生的位移与变形现象。此现象的出现，对桩基承载能力有影响，对邻近构筑物的安全性与稳定性也有很大影响，在土工和建筑结构领域，影响重大。

二、研究背景与意义

在学术界里，管桩挤土效应是个重要的工程现象，这现象逐渐被研究者广泛关注，涉及到邻近构筑物时，该效应的复杂性和多变性就更加明显了。而大部分现有的研究都集中在单一的管桩或者特定的土体条件，缺少深入的针对特定区域或者具体构筑物类型的情况分析。这既限制了研究的普遍性与适用性，还影响了相关工程实践的安全性与可靠性。

深入探究管桩挤土效应的重要性越来越大。采用像 PLAXIS、ABAQUS 软件这类高水平的数值模拟与实验分析方法，就能很好地揭示土体位移、轴压力变化等多方面的影响机制，能系统地评估挤土效应在不同场景下对构筑物安全性的潜在影响。

三、管桩挤土效应理论

（⟶） 深层土体水平位移机理

在管桩施工过程中，深层土体的水平位移现象是由桩体与土体间的相互作用引起的，尤其是在管桩插入时，周围土体因挤土效应而产生变形。按照地基土力学里的基本原理，挤土效应就是管桩下沉时，周围土体有周期性和非线性位移，这会让土体物理特性与承载能力发生变化，是工程界的一门技术课题。

（ 二） 泄压孔的作用及设计原则

在管桩施工作里，挤土效应是个重要地质力学现象，邻近构筑物的地基可能会因此产生不利影响，结构的稳定性与安全性就会有隐患。这时候，泄压孔的引入就成了缓解挤土效应的有效办法之一。它的主要功能就是提供额外的排水途径，这样能降低土体孔隙水压力，减少挤土导致的地面变形和结构损坏风险。

在设计泄压孔的时候，需考虑泄压孔的数量、位置、直径以及布置方式等。合理设置参数能有效降低周围土体的应力并减少土体位移。例如，文献 [1] 中提出，管桩沉桩过程中，挤土效应的影响范围通常可达到桩径的 9 倍，因而泄压孔需适当分布以覆盖这一范围。泄压孔若过小，可能无法有效延缓土体应力的释放过程，进而引发局部土体的快速沉降或上浮现象，进而加剧地基的不均匀沉降，给邻近建筑带来潜在风险。

四、邻近构筑物受挤土效应影响分析

（-） 局部构筑物沉降与变形

分析邻近构筑物受挤土效应影响时，局部构筑物的沉降与变形现象就特别重要。挤土效应在管桩沉桩过程里，是直接表征土体物理状态变化的，而且它对沉降程度和影响范围与很多因素有着紧密关联。

局部构筑物沉降受多种因素影响，其中桩径、桩土界面的摩擦系数以及施工顺序是至关重要的因素。例如，研究指出，随着 PHC 管桩桩径的增大，土体径向位移和地表隆起都显著增加。桩体对周围土体的干扰很强烈，这现象的物理机制就是如此，特别是在高摩擦系数的时候，径向位移会变大，这样相邻构筑物基底承载力就会降低，沉降或者变形的风险也增加了。

（ 二） 结构抗压能力评估

经由结构力学分析，我们对施工期间土壤力学参数的改变予以详细评估。当管桩在软土层里沉入的时候，土体的弹性模量（Elastic Modulus）还有内摩擦角（Friction Angle）等土质参数会大变化 [2]。 比如，用 ABAQUS 数值模拟，发现土体径向位移和桩径之间是对应的对数关系，而且挤土效应的影响范围能达到九倍桩径。数据表明，桩土界面摩擦系数的提升，不但让土体的径向位移增强了，还让地表隆起现象变小，对邻近结构产生影响。

（ 三） 预防及减缓措施

在分析管桩挤土对邻近构筑物的影响时，施工应严格按照风险管理进行，全面评估挤土效应。采用有效的工程手段，如优化桩间距、调整施工顺序等，都能大减少挤土带来的土体位移与地表隆起情况。比如，通过研究表明，增大桩间距可有效减小土体位移，从而减缓挤土效应的影响，在桩间距达到一定比例时，土体的位移呈明显减少的趋势 [3]。

施工作业时引入现代监测技术相当关键。例如，利用现场监测技术，实时跟踪土体的位移和孔隙水压力变化，能够为施工过程提供科学数据支持，从而增强对挤土效应的控制能力。

五、工程实例分析

在工程实例分析中，管桩挤土效应的影响可通过具体案例来深入探讨，以揭示其对邻近构筑物的实际影响及应对措施。以澳门轻轨东线北段项目为例，该项目 ES3 车站采用 1.0 米厚地下连续墙支护结构，当土方开挖及支护至最终开挖面时，地连墙深层水平位移累计变化最大值为 +30.89mm 。及后有邻近工地 （ 相距车站约 5 米 ） 同时开始进行 PHC 管桩施工，于是澳门轻轨东线北段项目采用了监测技术以控制邻近工地的 PHC 管桩挤土效应，其结果显示在邻近工地之 PHC 管桩施工期间，虽多次调整打桩顺序以减少挤土效应，然而地连墙深层水平位移累计变化值仍提升至最大值为 +73.78mm_⨀ 。虽然挤土效应的影响范围约为 9 倍桩径 [1]，但由于上述工地的设计管桩间距为 1.8 倍桩径，导致管桩挤土效应累加，产生连索效应，表现为巨大的累积性超孔隙水压力和土体侧向挤压力。这股力量直接作用在已开挖的车站基坑地连墙上，恶化了其受力状态，导致其深层水平位移急剧增大（增幅达 139% ），使整个工程陷入高风险境地。

为缓解 PHC 管桩施工产生的剧烈挤土效应，本研究建议可于管桩施工区域与既有地连墙之间设置一排泄压孔。该措施旨在通过钻孔取土，为超孔隙水压力的消散提供快捷路径，并形成一个允许土体侧向变形的缓冲区域，从而有效隔断或显着削弱累积性侧向应力向基坑支护结构的传递。此举可作为关键的控制手段，弥补单纯调整打桩顺序之不足，确保邻近敏感构筑物的变形处于可控范围之内。

六、结论与展望

本研究就管桩挤土效应在城市化快速发展的大背景下，深入探究了这一效应对深基础工程施工的影响。在全面综述了近年来的研究成果与工程实例后，得出了桩径、桩土界面摩擦系数以及施工顺序等好些因素对挤土效应影响很大。研究表明，挤土效应有局部土体位移的特征，其影响范围能到桩径的九倍，这一发现对工程设计和施工很有参考价值。在实际施工里，科学管理与技术应用的重要性是相当重要的。要有效缓解挤土效应，就要设计泄压孔，这在降低土体孔隙水压力、减少结构损坏风险等方面的作用很重要。在今后工程建设里复杂的土体环境的情况下，只有靠科学地数据分析，先进的数值模拟技术，才能更全面地了解挤土效应及其对环境的影响。在实际施工的时候，我们得关注土体动态监测和实时数据收集，持续调整施工方案，这样才能应对土体环境瞬息万变的情况，降低潜在工程隐患。在此之上，研究就是要给后续的学术探索以及实际应用开拓新的研究方向，给相关工程领域的技术进步和创新提供参考。

参考文献：

[1] 李 宏 伟 ， 杨 光 煜 ， 谢 亮 .PHC 管 桩 挤 土 效 应 分 析 [J]. 土 工 基础 ，2024，38（06）：971-974+981.

[2] 杨大海 ， 汪志甜 ， 刘滨锐 ， 张骏 ， 黄凯 . 土体参数对 PHC 管桩挤土效应的影响 [J]. 建筑结构 ，2020，50（S1）：1106-1110.

[3] 黄毅 . 施工顺序对预制管桩挤土效应的影响分析 [J]. 大众标准化 ，2024，（19）：109-110+113.