李靖++李鴻博

摘 要：深層攪拌樁作為軟土地基處理的一種新方法，正越來越多地被應用到基礎工程中去。實踐證明，深層攪拌樁也存在擠土效應。本文結合工程實例，對相關的墻體側向位移和管道沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析，總結出了攪拌樁擠土效應的特點及其在不同的施工工藝所表現(xiàn)出來的規(guī)律，并分析了產生這些規(guī)律的原因。最后用Sagaseta的源-匯理論得到的位移計算公式對這些規(guī)律做了一定的理論分析。

關鍵詞：地基處理；攪拌樁；擠土效應；位移

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A

深層攪拌樁作為一種新型的地基處理形式，自1980年在我國獲得成功后，得到了廣泛的應用。對于深層攪拌樁的施工，一直以來基本忽略了它對周圍環(huán)境的影響。但隨著無數(shù)施工過程的積累，人們逐漸認識到，深層攪拌樁的施工也會產生一定的擠土效應，導致周圍土體的側向位移和地表隆起。在地下管線和地下設施密集的地方進行深層攪拌樁的施工，如果不能很好地控制攪拌樁的施工，擠土效應將造成很大的危害，因此有必要對深層攪拌樁的擠土效應作系統(tǒng)的研究。

1 工程實例分析

1.1 工程概況

該工程為某城市地鐵車站的施工，施工區(qū)域周邊環(huán)境保護是施工過程中的重要環(huán)節(jié)。施工的車站緊貼已有的一個地鐵車站，在施工過程中將對已有車站造成影響，在車站基坑施工過程中對其進行保護是監(jiān)測的主要任務之一。另外施工基坑周圍有大量的地下管線，基坑施工過程中需加強對上述管線的保護。

車站基坑開挖采用攪拌樁維護。在基坑周圍已有車站的地下連續(xù)墻上布置了位移測點，在周圍管線上布置了沉降測點。

本工程攪拌樁采用“兩次噴漿，三次攪拌”，即“兩噴三攪”，攪拌樁長約16米，13到16米由于圍護需要，噴漿量增加一倍。

1.2 數(shù)據(jù)分析

從攪拌樁的施工工藝看，攪拌樁下沉時由于注入了相當體積的漿液，而且在注入漿液的同時，注漿壓力也會對周圍地層產生擠壓作用，因此使得原有的地層產生附加應力和體積擴張，導致了地下連續(xù)墻的側向位移和地下管線的沉降。在此過程中，還會產生超孔隙水壓力，由于飽和粘性土的不排水性，孔隙水壓力的積聚加劇了攪拌樁的擠土效應。對攪拌樁擠土效應大小存在內因和外因兩方面的影響，內因如注漿量、水灰比、水泥摻入量等，外因如施工距離、施工流向等。由于在施工過程中水灰比，水泥摻入量都是一定的，下面我們將著重從外因來討論它對攪拌樁的擠土效應的影響，并且還將總結擠土效應表現(xiàn)出來的一些規(guī)律。

以下圖中，橫坐標表示日期，縱坐標表示位移，其中Q為地下連續(xù)墻墻體位移測點，位移為正表示遠離基坑方向位移，S為管線沉降測點，位移為正表示垂直隆起。

1.3 施工距離對擠土的影響

如圖1，1-7（表示1月7號）到1-10，攪拌樁在離S13較遠的地方施工，S13隆起值基本沒有變化；1-12到1-15，攪拌樁施工地點在S13測點附近，隆起值不斷增大且接近最大值，然后隨著施工地點離測點越來越遠，1-17后隆起值開始回落。

可以發(fā)現(xiàn)，施工地點離測點距離相當遠，可以基本忽略它對測點處的影響，而隆起值的變化主要集中在測點附近施工的時段，所以可以認為：某處受攪拌樁的擠土作用，只是在接近該處的一定范圍內（范圍大小受很多因素影響）的攪拌樁施工會對該處產生擠土效應，距離越近，擠土效應越明顯，超過一定的距離，施工對其基本沒有影響。

1.4 施工流向對擠土的影響

在其它因素相同的情況下，不同施工流向會對擠土效應的大小產生影響。我們取了兩組距離很接近的測點，即認為其它影響因素大致相同，考慮不同流向對它們隆起值的影響。

如圖2，S13附近攪拌樁是朝同一個方向施工，而S14附近是由兩邊同時向中間施工，可以看出，S14隆起值出現(xiàn)的最大值明顯比S13大，由此可見，由兩邊同時向中間施工擠土效應更明顯。

同時，如果先施工內排樁，然后再進行外排的攪拌樁施工，由于內排樁會形成一個屏障，擠土效應也會減弱。

1.5 成樁數(shù)量對擠土的影響

成樁數(shù)量的多少對擠土效應的大小有著直接的影響。圖3為Q3測點處地下連續(xù)墻在不同深度處的位移變化曲線。

11-6在Q3附近施工最里層單排樁時，Q3位移很小，變化不大，擠土效應很??；11-7，11-8沒有施工，位移馬上回彈；而11-9到11-12在Q3附近施工余下幾排樁，成樁數(shù)量是單排時的2倍多，位移量急劇增加，接近最大值。可以認為，施工的攪拌樁數(shù)量越多，擠土效應就越大。一次連續(xù)成樁數(shù)量的增加，位移值和隆起值也會急劇增加，兩者不是同一量級的增長。在上面的例子中，攪拌樁的一次成樁數(shù)量增加了一倍多，但位移卻增加10倍左右，擠土效應的增加非常明顯。

1.6 沿深度的影響規(guī)律

圖4統(tǒng)計了 Q9測點處地下連續(xù)墻沿深度出現(xiàn)的最大位移：

由圖3和圖4可以看出：

1）沿著深度連續(xù)墻水平位移變化規(guī)律是基本一致的；

2）除了接近地表和底部范圍出現(xiàn)的水平位移很小外，沿著攪拌樁深度的其它區(qū)域都有較明顯的位移，且擠土效應對周圍土體側向位移影響最大的區(qū)域出現(xiàn)在樁的中部。

圖5是統(tǒng)計測點Q3，Q4，Q8， Q9， Q10， Q11， Q12現(xiàn)最大位移的位置：

由圖5可以看出，地下連續(xù)墻出現(xiàn)最大水平位移的位置大約在13-14米左右。

考慮現(xiàn)場因素，原因可能有以下幾點：

1）施工因素：13～16米攪拌樁施工時由于結構的需要，噴漿量增加一倍，因此該段受到的擾動應該更大；

2）土質條件的因素：該段屬于中高壓縮性土，壓縮模量小，變形容易。

綜合以上因素，如果把地下墻最下端看作固定段，位移最大值應該出現(xiàn)在13～16米，與實測數(shù)據(jù)吻合。

1.7 滯后現(xiàn)象的分析

在分析過程中，我們發(fā)現(xiàn)某些位移出現(xiàn)滯后現(xiàn)象。攪拌樁不在測點附近施工，位移或隆起值沒有立刻停止，而是有一到兩天繼續(xù)增長。

如圖4，Q3附近的攪拌樁在11-12全部完成，但Q3的水平位移在11-13仍然有增長，直到11-14才開始回落。擠土效應有一天左右的滯后。

滯后效應在國內相關文章中尚未見論述，但隨著今后施工過程中對周圍環(huán)境保護要求的不斷提高，攪拌樁施工擠土效應的滯后現(xiàn)象受重視的程度必將越來越高。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，攪拌樁施工時擠土效應的滯后效果不是很明顯，只有在大批連續(xù)成樁時才表現(xiàn)出來，當成樁數(shù)量很小時，基本可以忽略。

1.8 回彈

攪拌樁遠離該處施工，擠土效應逐漸衰減時，位移會出現(xiàn)回彈。如圖6，1-17以后攪拌樁的擠土效應逐漸消失，隆起值不斷回彈，但幅度很小，并逐漸趨于平緩。

孔隙水壓力的影響是出現(xiàn)回彈現(xiàn)象的主要原因。在施工期間擠土會產生超孔隙水壓力，由于不飽和粘性土的不排水性，孔隙水壓力不斷增大，增加了擠土效應；而當停止施工，孔隙水壓力會慢慢消散，土中應力減小，因此位移會有一定的回彈；但是孔隙水壓力的消散比積聚慢的多，因此回彈很緩慢，并且也不會恢復到原來的數(shù)值，而是到一定的數(shù)值就基本不在變化。因此回彈量也只會到一定的數(shù)值，希望位移能回彈到原來的狀態(tài)是不可能的。

2 理論分析

分析打樁對環(huán)境的影響以往用較多利用圓孔擴張理論，研究打樁在土體中產生的擠壓力，從而推算土體的位移。經(jīng)典的圓孔擴張理論有一個缺點，即將一維的圓孔擴張解應用于樁體貫入這樣一個三維問題，導致其解只與徑向坐標有關，而與豎直坐標無關，并忽略了孔壁豎向摩擦力的影響。因此使用圓孔擴張理論來分析攪拌樁的擠土效應，特別是在群樁施工以及綜合考慮其它因素的情況下，顯得非常困難。

本文利用Sagaseta的源-匯理論，考慮攪拌樁施工的擠土效應。詳細推導過程請參見文獻。由此得到的單根攪拌樁施工時引起的土體中某點的位移為：

豎向位移：

根據(jù)文獻對該公式的分析結果，越接近樁體，地表隆起值越大；對于樁周土體的水平位移，除了接近地表和樁尖下部區(qū)域水平位移較小外，樁身的絕大部分，都會產生一定的水平位移，且在中部達到最大。水平位移會隨著離樁軸線距離的增加而逐漸減小。這與1.2.1節(jié)，1.2.4節(jié)分析的現(xiàn)象都是相符的。

考慮群樁效應時，可以利用以下的公式計算：

這些系數(shù)即綜合考慮了1.2.2節(jié)，1.2.3節(jié)所述的影響，這也是對擠土效應影響最為明顯的兩個因素。筆者認為應該根據(jù)不同的工程情況總結這些系數(shù)。

同時對于不同地質條件，孔隙水壓力的變化，以及1.2.5所述的滯后現(xiàn)象等等因素，由于條件太復雜，公式都沒有考慮到，有待于今后繼續(xù)研究。

3 結語

本文根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，總結了攪拌樁擠土效應的一些規(guī)律，同時利用由Sagaseta的源-匯理論得到的位移計算公式對這些規(guī)律做了一定的理論研究：

（1）在深層攪拌樁的施工因素的影響下，離施工樁的距離越近，一次連續(xù)成樁的數(shù)量越多，擠土效應越大，造成的墻體水平位移和管線的隆起值就越大。同時不同的施工流程也會對擠土效應的大小造成一定的影響；

（2）周圍土體受攪拌樁擠土效應影響出現(xiàn)最大水平位移的深度，應該出現(xiàn)在攪拌樁中部附近，同時如果某一深度注漿量顯著增加的話，該段擾動也會顯著增大，綜合地層的因素，即壓縮模量的大小，可以估計出現(xiàn)最大位移的深度；

（3）擠土效應會有一定的滯后，并且在附近沒有攪拌樁施工時，位移和隆起值有一定的回彈。

相應于這些因素，施工中可以采取一些措施來減少擠土效應的影響，如減少成樁數(shù)量，減緩成樁速率，挖設卸壓槽等等。

由于該研究課題在工程實踐上有重要的意義，因此今后需要搜集更多更全面的資料：如不同的地質條件，不同的水灰比，不同的施工速率等等進行全面的分析；尋求更合適的力學模型，從理論上對攪拌樁施工時土體周圍的情況進行更準確的模擬；對群樁效應作進一步的探討；擬合出實用的公式，對施工進行指導等。

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（本文審稿 柳立生）