敞口式錨桿靜壓鋼管樁在既有建筑基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)中的應(yīng)用*

金裕民 周 園 樓方鑫

1. 偉基建設(shè)集團(tuán)有限公司 杭州 310014； 2. 浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 杭州 311231；3. 浙江耀華建設(shè)集團(tuán)有限公司 杭州 310012

0 引言[1-7]

錨桿靜壓樁施工技術(shù)自20世紀(jì)80年代中期至今，廣泛應(yīng)用于既有建筑物的加固、增層改造及糾偏等工程中。錨桿靜壓樁加固技術(shù)即是在原建筑基礎(chǔ)底板上設(shè)置錨桿以固定壓樁架，再利用建筑結(jié)構(gòu)自重作為壓樁反力，通過(guò)千斤頂將樁段從基礎(chǔ)預(yù)留或開(kāi)鑿的壓樁孔內(nèi)逐段壓入土中，然后將樁與原基礎(chǔ)底板或樁基承臺(tái)連接形成整體，共同承擔(dān)荷載，從而達(dá)到提高加固區(qū)基礎(chǔ)承載力和控制建筑物沉降的目的。

錨桿靜壓樁施工設(shè)備簡(jiǎn)單、施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪聲、無(wú)污染、移動(dòng)靈活、適應(yīng)于狹小空間，可最大限度地減少對(duì)既有上部建筑結(jié)構(gòu)的影響，降低擠土效應(yīng)，減少對(duì)原有基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。因此，我們?cè)谔K州某酒店項(xiàng)目的基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)工程中，經(jīng)初步評(píng)估首選了敞口式錨桿靜壓鋼管樁對(duì)該項(xiàng)目的基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)加固方案。因在蘇南區(qū)域，采用錨桿靜壓鋼管樁對(duì)既有建筑基礎(chǔ)的補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)用不多，所以我們?cè)谑┕ぶ行⌒闹?jǐn)慎，并對(duì)一些工藝作了改進(jìn)，取得了良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。

1 應(yīng)用工程概況

蘇州某酒店項(xiàng)目塔樓：建筑面積約為10萬(wàn)m2，高度99.0 m，地上26 層；裙房為1～3層；地下2 層，埋深約10 m；場(chǎng)地南側(cè)的軌交1號(hào)線正在施工；本工程原基礎(chǔ)采用Φ600～800 mm鉆孔灌注樁，有效樁長(zhǎng)40 m，樁頭直接錨入底板。在2 層地下室施工完成后及上部結(jié)構(gòu)施工至60 m左右，由于投資建設(shè)方對(duì)上部建筑功能平面變更在某些部位增設(shè)了大型設(shè)備，從而增加了整個(gè)建筑的荷載，經(jīng)設(shè)計(jì)院復(fù)核后，需對(duì)相應(yīng)部位進(jìn)行補(bǔ)樁以加強(qiáng)基礎(chǔ)承載力。在技術(shù)方案擬定過(guò)程中，考慮到已建成的地下室共有2 層，為盡可能減少對(duì)南側(cè)地鐵施工的影響，綜合上部結(jié)構(gòu)的荷載要求、地下室底板變形的控制限度、沉樁過(guò)程中對(duì)原有基礎(chǔ)的擠土效應(yīng)、沉樁的可行性、施工難易程度與施工工藝要求及經(jīng)濟(jì)對(duì)比綜合分析后，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算并施工工藝論證，確定在地下室負(fù)2層、凈高4.5 m的空間內(nèi)，選用擠土效應(yīng)相對(duì)較小、樁身強(qiáng)度、樁身抗沖擊、抗裂性能較好的敞口式錨桿靜壓鋼管樁作為加固方式，以達(dá)到基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)要求。

2 錨桿靜壓鋼管樁的設(shè)計(jì)

2.1 場(chǎng)地地質(zhì)條件

工程項(xiàng)目場(chǎng)地位于長(zhǎng)江三角洲南緣，屬?zèng)_、湖積平原地貌。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，場(chǎng)地自然地面以下110 m以內(nèi)的土層按其沉積環(huán)境、成因類型以及土的工程地質(zhì)性質(zhì)，自上而下分為14 個(gè)工程地質(zhì)層，土層主要為飽和黏性土、粉性土與砂性土，地基土層位穩(wěn)定，土質(zhì)較均勻，未見(jiàn)軟弱下臥層。結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料，場(chǎng)地對(duì)本工程有影響的地下水有3層。潛水穩(wěn)定水位標(biāo)高為1.52～1.23 m，自北向南水位略有降低。

酒店塔樓選用⑧1粉土夾粉質(zhì)黏土層作為樁基持力層，裙房選用粉質(zhì)黏土夾粉土層作為樁基持力層。

2.2 錨桿靜壓鋼管樁設(shè)計(jì)

錨桿靜壓鋼管樁屬于摩擦樁型，設(shè)計(jì)時(shí)單樁承載力特征值由地基條件、樁身強(qiáng)度、上部結(jié)構(gòu)荷載、現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)結(jié)果等因素共同確定。

由于錨桿靜壓樁施工是由上部結(jié)構(gòu)自重提供壓樁力，因此在確定單樁承載力特征值時(shí)，要求總的壓樁力不得超過(guò)上部結(jié)構(gòu)所能提供的總荷載值。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)要求單樁承載力為2 750 kN。故選用樁徑600 mm、壁厚16 mm、Q345B級(jí)敞口鋼管樁，樁長(zhǎng)27 m，分成每段1.5 m，共18 段。地下室底板基礎(chǔ)需加固的施工區(qū)域面積約為290 m2，總共需補(bǔ)加25 根鋼管樁，分為5 個(gè)區(qū)域施工，配備一套壓樁設(shè)備從區(qū)域1開(kāi)始依次施工。因區(qū)域1補(bǔ)樁量較為密集，考慮到沉樁的擠土效應(yīng)，施工時(shí)由中間向兩邊依次進(jìn)行，如圖1所示。

圖1 補(bǔ)樁位置平面

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選取12#樁作為試樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，按550 kN為一級(jí)加載，確定單樁極限承載力為5 500 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 樁架設(shè)計(jì)

由于本工程室內(nèi)壓樁施工操作空間非常有限，地下室負(fù)2層凈高僅為4.5 m，故樁架高度只能控制在4 m，而壓樁能量須大于6 000 kN。樁架支撐桿的鋼材受力要求和直徑尺寸均經(jīng)過(guò)計(jì)算確定，且反力支承桿的承插孔孔距與千斤頂?shù)男谐谈叨认噙m應(yīng)。依據(jù)上述要求，施工時(shí)2 榀樁架按如圖2布置。

樁位放線定位后將錨桿孔位標(biāo)出，誤差不得超過(guò)2 mm，鉆至地下室底板1m孔深，清孔后即用硫磺膠泥燒化灌入孔內(nèi)，將錨桿插入凝固，養(yǎng)護(hù)達(dá)到強(qiáng)度后即可開(kāi)展壓樁施工。

圖2 樁架側(cè)面

4 施工工藝要點(diǎn)

4.1 底板鑿孔

根據(jù)地下室已建成建筑軸線，準(zhǔn)確定出樁位十字中心線；參照中心線開(kāi)鑿壓樁洞口，切斷原底板鋼筋，鑿穿厚1.2 m已建成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)底板。因考慮到地下水位對(duì)壓樁的影響，設(shè)計(jì)鑿洞尺寸定為700 mm×900 mm，長(zhǎng)向900 mm的多余空間為放置潛泵抽水。為便于施工過(guò)程中及完成后的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)將水準(zhǔn)標(biāo)高1 m線引至壓樁部位附近的柱或剪力墻上，以作為參照，控制補(bǔ)樁后擠土效應(yīng)及地下水位的影響可能引起的地下室底板反拱變形。

4.2 引孔

在已完工的基礎(chǔ)工程上進(jìn)行補(bǔ)樁，由于土體已處于被擠密的狀態(tài)，為緩解補(bǔ)樁施工過(guò)程中對(duì)已完工的樁基產(chǎn)生水平擠土效應(yīng)，同時(shí)降低沉樁難度，確保樁底能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，故在安裝樁架前根據(jù)土質(zhì)情況采用螺旋鉆機(jī)取土引孔，引孔Φ400 mm，引孔深度20 m。引孔取土后，減小了樁尖進(jìn)入土層的阻力，提高了施工效率。沉樁時(shí)雖較未引孔前擠土量減小，樁四周土層對(duì)樁的摩阻力有所降低，但在樁周土重新固結(jié)后，土層對(duì)樁身的側(cè)摩阻力重新恢復(fù)，故引孔措施并不影響樁身承載力。

4.3 樁段連接

焊接前，檢查樁段接頭部位的上下樁節(jié)是否處于同一軸線、垂直度是否滿足要求；對(duì)接焊縫強(qiáng)度等級(jí)為二級(jí)，對(duì)焊縫進(jìn)行20％的超聲波探測(cè)試驗(yàn)；焊接時(shí)，每段樁在接頭鋼管壁處制作成45°坡口，以保證焊縫的密實(shí)，且樁兩側(cè)同時(shí)施焊，對(duì)稱受力，等強(qiáng)連接，以減小壓樁過(guò)程中樁身變形，確保樁身質(zhì)量。

4.4 壓樁監(jiān)控

壓樁過(guò)程中，用經(jīng)緯儀監(jiān)控壓樁的垂直度，并實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)；當(dāng)每段樁頂高出底板頂面800 mm時(shí)，開(kāi)始下一節(jié)樁的接樁電焊，并采用超聲波法檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量，合格后方可進(jìn)行續(xù)節(jié)樁管的壓樁。為避免土體的后固結(jié)影響壓樁，盡量縮短樁段進(jìn)入黏性土后的停歇時(shí)間，焊接及焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)控制在20 min內(nèi)完成，18 節(jié)樁段壓樁施工連續(xù)進(jìn)行；施工期間，須注意控制沉樁速率，盡可能地減小擠土效應(yīng)，除區(qū)域1補(bǔ)樁布置較密集部分管樁壓樁時(shí)間超過(guò)了24 h，其余的壓樁時(shí)間約維持在17～19 h；此外，施工過(guò)程中嚴(yán)格控制壓樁力總和不得超過(guò)原基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)所發(fā)揮的重力，防止基礎(chǔ)上抬造成原結(jié)構(gòu)破壞；原則上，壓樁以標(biāo)高控制為主，但由于施工過(guò)程中存在土體過(guò)于密實(shí)及地下水位等各種因素，有部分樁未達(dá)到原設(shè)計(jì)標(biāo)高要求的，但壓力值已超過(guò)4 000 kN，可認(rèn)為滿足設(shè)計(jì)要求，超出標(biāo)高部分的樁身用乙炔氧氣切割至設(shè)計(jì)標(biāo)高，即完成壓樁工序。

4.5 封樁及洞口封堵

壓樁完成后，除壓樁時(shí)涌入的土外，樁孔內(nèi)可用砂石填至距樁口2 m處，再開(kāi)始封樁并填堵洞口。在抽出樁管中的地下水的同時(shí)，樁管上部須放置已制作好的樁頭鋼筋籠，并與底板錨固長(zhǎng)度不小于40d且不小于500 mm，在面層另加雙向鋼筋網(wǎng)片，再與開(kāi)孔時(shí)已被切斷的底板上下層面作鋼筋焊接，搭接焊縫長(zhǎng)250 mm。為防止?jié)B漏，澆筑混凝土前需在鑿開(kāi)的原底板切開(kāi)處放置遇水膨脹止水條，上部采用C45微膨脹混凝土澆筑封堵至原地下室底板頂面標(biāo)高，且最后在補(bǔ)樁部位再澆筑厚100 mm加筋混凝土板封閉，以確保不滲水。封樁施工節(jié)點(diǎn)如圖3、圖4所示。

全部壓樁完成后，參照引出的水準(zhǔn)標(biāo)高1 m線，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明底板未出現(xiàn)反拱，效果良好。

5 結(jié)語(yǔ)

敞口式錨桿靜壓鋼管樁廣泛應(yīng)用于既有建筑加固、增層改造及糾偏工程中，但需鑿穿1.2 m地下室底板進(jìn)行既有高層建筑基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)的工程案例尚為鮮見(jiàn)，對(duì)其施工技術(shù)存在相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)。通過(guò)施工過(guò)程中對(duì)原有基礎(chǔ)采取變形控制、防滲措施等，順利完成了本項(xiàng)目高層建筑的基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)施工，為后續(xù)在蘇南地區(qū)類似工程推廣此工法的應(yīng)用提供了案例參考。

（a）在已完工的基礎(chǔ)工程上進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，在不影響補(bǔ)樁樁身承載力的前提下進(jìn)行壓樁前的取土引孔可以克服土體被擠密后的沉樁困難，從一定程度上提高了施工效率，減小了補(bǔ)樁沉樁過(guò)程中對(duì)已完工樁基的擠土效應(yīng)；另一方面，沉樁過(guò)程中，以水準(zhǔn)標(biāo)高1m線為參照，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)底板在施工過(guò)程中的底板變形情況，有效地控制了底板的反拱變形。

圖3 封樁洞口節(jié)點(diǎn)

圖4 工程施工現(xiàn)場(chǎng)

（b）壓樁過(guò)程中，考慮到土體后固結(jié)對(duì)沉樁施工的影響，應(yīng)特別注意控制每個(gè)樁段的接樁時(shí)間，在盡可能縮短接樁時(shí)間的情況下，要嚴(yán)格控制沉樁速率，避免沉樁過(guò)快引起的擠土使得原樁基上浮。

（c）本工程開(kāi)鑿地下室底板，洞口封堵前在原底板切開(kāi)處放置遇水膨脹止水條，再采用更高一級(jí)標(biāo)號(hào)的C45微膨脹混凝土澆筑，可避免壓樁位置出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。