軟土地基施工中打樁工程常見的問題和處理方法

在軟土地區，當基底的土是軟土時，建筑物很少采用淺基礎。僅當基礎設置在厚的硬殼層上，以及其下的軟土的厚度幾乎是均勻的，且下臥的軟粘土的應力增量小，而應力分布又均勻，以致壓縮性粘土層的固結所引起的建筑物的平均沉降和差異沉降能被允許時，才能選用這類不打樁的基礎。因此，在軟土地區除了應用各類灌注樁外，通常采用打入式的預制混凝土樁、鋼樁。

由于軟土的工程地質特性，打樁過程中往往引起種種影響和危害，如：打樁時的應力作用使樁身發生屈服或斷裂，土的抗剪強度效應，使高靈敏度軟粘土沿樁身表面向上溢出，孔隙水壓力的變化使地面產生縱向裂縫，影響樁群四周的穩定性，樁周土側向位移、地面隆起等。

打樁時產生的樁身拉應力影響

打樁系統由墊板（塊）、錘墊、樁帽和專用于混凝土樁或鋼樁的樁墊組成，這個系統模擬成兩個非線性彈簧和一個質量塊。當樁錘錘擊樁頂時，在樁頂產生壓應力波沿樁身由上向下傳播，它的最大強度主要取決于樁錘的錘擊速度、錘重、樁錘的效率、錘墊的剛度和恢復系數等。有效錘擊能量通過式1計算：式中： 樁錘的效率，其值在0～1之間， 考慮在打樁系統（包括樁帽、錘墊、樁墊）中的能量損失系數， 樁錘的額定能量。

錘擊最大應力與樁錘系統的有效錘擊能量有關。研究應力波的形狀和強度的影響因素。由于應力波沿著樁身傳播以及能量在土中的損失而減少了振幅。樁身阻尼一般為0.015～0.020 s/m，軟粘土中阻尼一般約為0.5～1% s/m。

在軟土打樁過程中，由于樁端為軟土層，初始壓應力波在樁端處以反射形成拉應力波向上傳播。在采用錘重輕和落距大時，樁端部分會產生高的張拉應力，反射的張拉應力波超過限值時會使鋼筋產生屈服和樁身接頭脫落，樁身薄弱部分產生斷裂等。在實際工程中，會導致樁身發生屈服或斷裂，嚴重影響樁身的完整性及其承載能力。

為了減少打樁過程中拉應力波的影響，在工程打樁試驗階段，應進行一定量的打樁監控分析，選擇適宜的錘重、落距、錘墊等，監測錘擊系統作用下樁身的最大拉應力和最大壓應力。打樁工程中也有必要進行抽樣監測樁身的拉應力，防止拉應力作用下樁身接頭脫節，樁身屈服或斷裂帶來的嚴重工程隱患。如圖1樁身接頭處脫開的應力監測曲線，有較大的拉應力存在。

 
打樁時軟土抗剪強度效應影響

打樁時自樁側面外1～2倍樁徑的區域內的軟土受到部分重塑，由此引起的高孔隙水壓力可能到達或甚至局部超過了總覆蓋壓力。測試結果指出，含水量的減少會使樁周土密貼樁身，所以拔樁時樁身通常裹著一層薄的堅硬粘土。這層再固結的粘土層，特別是對高靈敏度的原狀土，對樁傳遞荷載到樁周土，和對樁的沉降可能具有很大的影響。打樁時所引起的高孔隙水壓力和土的抗剪強度的減少是引起某些滑坡的直接或部分的原因。

對含有薄砂層時的軟粘土特別有影響，抗剪強度已減少到50%。打樁后重塑粘土的抗剪強度增加非常快。打樁時的另一跡象是打樁阻力的變化，即使在比較短的停歇時間。如更換樁帽上的樁墊或接樁就有明顯的變化。這時為了“激發”樁，一般要求先連打幾擊。抗剪強度在打樁時降低，后來隨著時間提高，在樁身外1～2倍樁徑的區域內抗剪強度降低了，這個區域內粘土不能恢復到初始的抗剪強度，群樁中抗剪強度的降低會在較遠的距離發生。

影響土的重塑因素有：如樁長、打樁的方法和粘土的性質，而主要的是土的靈敏度。對某些超靈敏度的粘土，打樁時重塑后的抗剪強度能夠低到使粘土沿著樁身向上流動，并且會溢到地表面上。

考慮打樁的影響，而在穩定性計算中將抗剪強度減少20%～30%，屬較可靠的方法。在計算中一般假定打樁后1～3個月其土的抗剪強度相當于土的初始抗剪強度。對于靜壓預制樁，其抗剪強度的恢復非常快，試驗表明打入樁后3～5天內其承載力值達到或超過設計的承載力值。

充分認識打樁時的軟土抗剪強度效應影響，能有效分析某些工程滑坡的原因、土坡的穩定性，以及打樁后樁的承載力的恢復狀況。對打樁引起的徑向裂縫及超靈敏度的粘土溢出造成的施工困難，可預先進行詳細的施工可行性設計，考慮超靈敏度的粘土溢出對樁的承載力的影響，防止過多溢出可進行一定量的降水處理。

打樁引起的孔隙水壓力影響

打樁引起的高孔隙水壓力一般隨著粘土的抗剪強度的增加而增加，隨著樁距的減小而增加，群樁的抗剪強度的增加一般大于單樁。打樁后的孔隙水壓力值是總覆蓋壓力的3～4倍。軟粘土的孔隙水壓力最大增量相當于5～7 ， 是粘土的不排水抗剪強度。該值與在理想彈塑性介質中無限長圓柱形孔擴張理論分析而推導出來的理論值是十分一致的。由于樁身表面處的孔隙水壓力可能很高，以致打樁時會發生水力劈裂和打樁周圍產生一組徑向的裂縫。

這些徑向裂縫使超孔隙水壓力迅速消散。當樁周孔隙水壓力相當于土中的初始側向有效應力時，徑向裂縫就會閉合。此后，孔隙水壓力的消散就會變慢。排水主要是離開樁朝徑向流動，打樁引起的高孔隙水壓力會影響樁群四周范圍內的穩定性，特別是在層狀的粘土中。

為了有效控制打樁引起的孔隙水壓力的影響，在樁身表面上附以排水板的方法，在打樁時可減少孔隙水壓力。試驗數據表明由于排水而減少了初始孔隙水壓力50%。也可通過預鉆孔的方法進行減少打樁時的孔隙水壓力。

打樁引起的地面隆起問題

打樁可能引起較大的地面隆起，特別在樁距很小和樁長很大時尤其如此。沿著樁的上部向上的力超過了樁的下部拔出的阻力時，地面隆起能將鄰樁抬起。由于打樁時孔隙水壓力的迅速消散和土的固結，以及部分飽和土內的氣體壓縮等，隆起土的總體積常常明顯地少于樁的總體積。在深坑開挖中，當樁的間距比較小的時候（少于4～5倍樁徑），通常坑面隆起大約是0.5m，特別是對底面隆起安全系數取得比較低時，深坑開挖的隆起是比較大的。

在軟土中樁的打入會增加土中的側向壓力，當樁距小時，則側向壓力的增加就大。應力增加所取決的因素有：粘土的壓縮性和粘土的抗剪強度。在高靈敏度粘土中打樁時，土經重塑后的稠度變成類似重液的稠度。樁表面的側壓力就相當于重液的側壓力。打樁引起的土體隆起，使周圍樁產生側向位移及上拔現象，對樁身質量及承載能力的影響較大，樁身上拔使樁尖于樁端土產生間隙。

延伸閱讀：配備智能打樁系統優勢

隨著新基建時代以及施工信息化時代的來到，現在傳統施工方式逐步被替代，傳統施工目前在人員成本、材料成本和機械成本都是越來越高的，施工成本不斷地在攀升。其次現在對工程質量要求越來越嚴格的狀態下，現有的質量控制的方法和質量數據溯源、質量監管方法存在嚴重不足，現有的施工管理和組織的方式也是嚴重滯后于施工流程，包括施工工藝，以及現在信息化的狀態。

那么在這兩個難點上我們采用北斗導航定位系統、各種傳感器、數傳終端等物聯網手段獲取工程施工過程信息，上傳到云平臺，保證數據安全，并用北斗定位系統和BIM技術對工程進行精確設計和模擬，減少施工失誤和重復施工。實現工程可視化智能管理，以提高工程管理信息化水平，改善工程質量。

我們對現有的樁基進行了信息化的改造，這里核心的改造的傳感器還是北斗的高精度定位終端，分別安在樁機的不同的部位，同時也加裝在其他的傳感器，比如說電流傳感器、樁基垂直深度監測的子單元，通過這種信息化改造，它就把傳統的面向打樁的機械化設備變成了具有智能信息的智能化施工的裝備，在施工的過程當中，我們對于樁長、垂直度、打樁的灌注量以及承載的負荷，都可以實時的監測。

系統主要實現以下核心功能：

利用北斗定位系統，實現鉆機姿態調整與鉆桿就位引導，代替傳統的人工放樣;
采用自動化監測手段，實現對施工過程中鉆孔深度、樁身垂直度、提鉆速率、鉆機電流的實時監測，對孔深不足進行現場提示;
分析、判斷終孔電流，對終孔電流不足的情況進行現場提示;
通過灌注量傳感器，對拖泵灌注量進行監測，達到設計灌注量后，自動停止灌注，特別適合負樁灌注時節約成本混凝土用量。
開發后端管理平臺，建立監測數據庫，提供形象進度展示與質量管理功能，實現對指定數據的查詢、分析與統計。
監測數據自動存儲、自動續傳，防斷電丟失，操作簡易，實現全天候作業;
數據格式規范化，監測設備能夠有足夠高的耐久性、抗震性。

樁身垂直度： 監測精度：±0.5° 驗收標準：≤±1%
鉆孔深度：   監測精度：±15mm+1ppm 驗收標準：≤±10cm
平面位置：   監測精度：±10mm+1ppm 驗收標準：≤±5cm
提鉆速率：   監測精度：±0.02m/min

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