靜壓樁托換加固實(shí)例分析

丁小強(qiáng)，王　鑫

（陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司，陜西西安710000）

靜壓樁托換加固實(shí)例分析

丁小強(qiáng)*，王鑫

（陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司，陜西西安710000）

靜壓樁托換技術(shù)是進(jìn)行已有建筑地基基礎(chǔ)加固的一種有效措施。通過對某煤礦瓦斯抽采泵房因水浸泡導(dǎo)致過量不均勻沉降地基托換加固實(shí)例的分析，闡述靜壓樁托換加固原理和設(shè)計、施工要點(diǎn)及應(yīng)該注意的問題。

靜壓樁；地基加固；預(yù)制樁；托換技術(shù)

靜壓樁托換技術(shù)是采用靜壓的方式進(jìn)行沉樁，主要運(yùn)用在建筑物地基加固補(bǔ)強(qiáng)、加層改造、基坑開挖支護(hù)抗滑等工程中。靜壓樁一般有以下幾種類型：頂承靜壓樁、自承靜壓樁、錨桿靜壓樁等。本文的靜壓樁托換采用的是頂承靜壓樁，即用液壓千斤頂在建筑物提供的反力作用下將預(yù)制方樁壓入地層當(dāng)中。我們采用該技術(shù)成功地對寶雞地區(qū)某煤礦瓦斯泵房（以下簡稱泵房）地基進(jìn)行了加固處理。結(jié)合工程實(shí)例，闡述靜壓樁托換加固原理、設(shè)計和施工要點(diǎn)。

1　工程概況

擬加固泵房東西長48m，南北寬27.5m，高12m，為單層鋼架結(jié)構(gòu)，工字鋼樁承重，下設(shè)獨(dú)立基礎(chǔ)，尺寸（長×寬×高）為3.6m×3.0m×0.6m，基礎(chǔ)下鋪設(shè)30cm碎石墊層，地基處理采用CFG復(fù)合地基，樁徑400mm，理論樁長進(jìn)入有效持力層。

該泵房地基屬于半開挖半回填地基，場地南部為原始山體開挖，地層性質(zhì)良好，北部原為山谷，2008年回填完畢。本次沉降開裂主要是北面墻體和鋼柱。

該泵房2012年初建成，不久以北側(cè)墻體中間的鋼柱為中心即出現(xiàn)裂縫，鋼柱兩側(cè)出現(xiàn)豎向裂縫，內(nèi)外通透，外墻出現(xiàn)外傾趨勢，沿磚縫外墻體出現(xiàn)橫向裂縫，最大縫寬約2cm，長1～2m，向東西兩側(cè)逐漸減小。經(jīng)貼騎縫紙條觀察，紙條時間不長即繃緊斷裂，表明地基沉降仍在繼續(xù)，沉降最大約20cm，已嚴(yán)重危及泵房的正常使用。泵房場地位于寶雞麟游縣山區(qū)，地貌單元屬殘塬溝壑梁峁相間的低中山。本次發(fā)生沉降的區(qū)域，主要是填方區(qū)。補(bǔ)勘得知該填土區(qū)主要地層自上而下依次為：

（1）素填土：濕，可塑，局部為流塑，主要由粘性土組成，含鈣質(zhì)結(jié)核、植物根系等，下部混少量煤矸石，具微濕陷性。層厚20.40～22.90m。

（2）黃土：褐黃色，硬塑—堅硬，具針孔、蟲孔，可見蝸牛殼，鈣質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)均勻。本層未揭穿、揭露厚度18.00m。

2　災(zāi)害原因分析與地基加固處理方案

2.1災(zāi)害原因分析

經(jīng)過對廠區(qū)周圍踏勘，為了核實(shí)初步推測，在泵房北側(cè)緊挨墻體布置鉆孔3個，鉆孔取樣補(bǔ)勘，考慮到后期方案設(shè)計，鉆孔設(shè)計深度以進(jìn)入原始地層為準(zhǔn)。根據(jù)歷史資料、補(bǔ)勘資料得到下面幾點(diǎn)認(rèn)識：

（1）北側(cè)地基23m以上為素填黃土，回填時未分層夯實(shí)，屬欠固結(jié)地層。

（2）中間鉆孔開孔至孔深11.5m段，填土呈流塑—軟塑狀態(tài)，含水量大，工程性質(zhì)不良；另外兩處鉆孔填土呈可塑狀態(tài)，具微濕陷性，中—高壓縮性。這與泵房沉降在東西向呈中心輻射狀相符合。

（3）調(diào)查得知，在泵房基礎(chǔ)填方區(qū)下部曾埋設(shè)有過水管道，廢棄后，未曾封堵處理，在管道源頭發(fā)現(xiàn)，仍有少量積水流入管道中。

綜合上述幾點(diǎn)認(rèn)識，災(zāi)害主因是基礎(chǔ)持力層局部被水長期浸泡濕陷、軟化，并對樁體產(chǎn)生負(fù)摩阻力，地基承載力大幅度降低，導(dǎo)致地基土過量不均勻沉降，這是造成建筑物墻體嚴(yán)重開裂的主要原因。

2.2確定加固方案及靜壓樁托換工作原理

對既有建筑物基礎(chǔ)加固采用樁托換的方法主要有頂承靜壓樁、自承靜壓樁、錨桿靜壓樁等。經(jīng)過對幾種方案的對比，考慮施工現(xiàn)場較偏遠(yuǎn)，原建筑上部荷載足夠大，最終決定采用靜壓樁托換方案，靜壓樁樁體為鋼筋混凝土預(yù)制方樁，每根樁由若干短樁組成，短樁長度一般有1.0m、1.2m和1.5m，斷面尺寸為200mm× 200mm，首根樁一般采用帶300mm長的錐角形狀樁尖的短樁，施工中各短樁用焊接連接。

靜壓樁地基加固托換的基本工作原理：利用原有建筑物的自重做反力，采用靜力壓樁法將樁體逐段壓入地基中。由于預(yù)制樁直徑小，故基本可忽略樁端阻力，即可把它看成由樁身與地基土的摩擦力構(gòu)成承載力的純摩擦樁。經(jīng)托換后，靜壓樁與原基礎(chǔ)用混凝土澆筑在一起，由于樁頂向上存在反力，從而可快速減小原地基壓力，樁頂直接支撐上部結(jié)構(gòu)荷載，控制地基不再產(chǎn)生新的沉降，達(dá)到加固的目的。

3　設(shè)計與施工技術(shù)

3.1預(yù)制樁樁身結(jié)構(gòu)

（1）本工程采用樁截面為200mm×200mm，平樁樁長為1.0m、1.2m、1.5m，尖樁樁長為1.5m，錐角50°。尖樁頭的樁尖為?20mm的圓鋼，位于樁截面投影中心，誤差不超過2mm。詳見圖1預(yù)制樁設(shè)計圖。

（2）預(yù)制樁采用C30混凝土，主筋4?12Ⅰ級鋼，箍筋6?150Ⅱ級鋼，主筋保護(hù)層厚度25mm，主筋與樁頭鋼板焊接。

3.2布樁原則

根據(jù)該泵房地基不均勻沉降造成墻體開裂特點(diǎn)，以在結(jié)構(gòu)受力節(jié)點(diǎn)布樁的原則，確定在泵房北側(cè)墻體的9根支撐鋼柱的獨(dú)立基礎(chǔ)下布置靜壓樁，每個獨(dú)立基礎(chǔ)下對稱布樁4根，均勻布在原CFG樁基間隙中，共布樁36根，樁長約為15m左右，以終止壓力滿足要求為準(zhǔn)，樁端進(jìn)入力學(xué)性能較好的地層中。具體樁位見圖2鋼柱下樁位平面詳圖。

3.3終止壓力

滿足《既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范》（JGJ 123-2012）第6.6.3.4條要求，樁尖達(dá)單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk的1.5倍相應(yīng)深度的土層內(nèi)。

根據(jù)設(shè)計院提供的結(jié)構(gòu)載荷，單個鋼柱下荷載為963.8kN，由于原有CFG樁下沉嚴(yán)重，設(shè)計時不考慮其承載力。則單個靜壓樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值Rk設(shè)計為241kN，取Rk=250kN。根據(jù)上述規(guī)范，每根樁壓樁終止壓力不小于380kN。

3.4施工工藝

（1）靜壓樁施工程序如下：按樁位平面布置實(shí)地定樁位→貼近外墻散水挖操作坑→地梁下鑿洞→首樁就位→樁頂上放置千斤頂→地面油泵加壓觀測記錄→坑下操作壓樁→用墊塊調(diào)整千斤頂活塞桿→校正樁身垂直度→接樁→焊樁→壓樁→結(jié)束壓樁→樁式托換→塞入托換鋼管用鐵錘打緊鋼鍥→并排2臺千斤頂同步泄壓至零→拆除托換裝置→坑洞回填至樁端下0.1m→澆灌混凝土承臺→恢復(fù)地面原有地貌。詳見圖3靜壓樁托換剖面示意圖。

（2）托換坑開挖尺寸，以能夠施工為原則，本次操作坑的開挖、后期回填均按設(shè)計要求施工，詳見圖4操作坑開挖、回填圖。

（3）壓樁施工總體采用間樁施工法，導(dǎo)坑內(nèi)壓樁順序先內(nèi)后外，先西后東，避免施工過程中托換坑開挖引起的附加沉降，確保建筑物安全。

（4）托換鋼管采用直徑為159mm，壁厚5mm無縫鋼管。導(dǎo)坑采用三七灰土回填夯實(shí)，上部鋼管托換段采用C30混凝土灌注，詳見圖4操作坑開挖、回填圖。

4　微型靜壓樁托換地基成果的分析評價

（1）本工程布樁36根，樁平均入土深度16.89m，平均托換壓力為403.3kN，是設(shè)計平均壓樁終止壓力的1.1倍，從而有效阻止了樁頂?shù)幕貜?，并形成樁頂向上的反力，使地基不再產(chǎn)生新的沉降。墻體裂縫在施工過程中就開始呈閉合趨勢，證明了這一點(diǎn)。

（2）本工程地基災(zāi)害，主因是回填土黃土被水浸泡濕陷軟化，局部產(chǎn)生不均勻沉降，因此建議：對已廢棄水管道進(jìn)行排查封堵，同時對泵房附近所有水管進(jìn)行檢修更新，從根源上截斷水源；對泵房北側(cè)外散水進(jìn)行加寬，修建雨水排水渠。后期在建筑使用過程中，加強(qiáng)防水、排水措施，避免地基土再被水浸泡。

（3）該泵房從加固完至今，經(jīng)沉降觀測，沒有發(fā)現(xiàn)新的不均勻沉降，上部結(jié)構(gòu)裂縫未進(jìn)一步加大，說明靜壓樁托換加固是成功的。

5　施工中可能存在的問題

（1）壓樁施工時，要隨時觀察油缸儀表盤上荷載的變化，若表上的壓力忽高忽低，壓力不穩(wěn)，除了檢查油路系統(tǒng)有無故障外，重點(diǎn)分析樁尖是否觸入塊石、砂礫層等。若如此，應(yīng)采用縮小壓力級別，增加壓樁時間，平穩(wěn)過渡穿過復(fù)雜地層。

（2）壓樁工程中，可能出現(xiàn)導(dǎo)坑中樁體傾斜，主要原因有：①樁體未對中，導(dǎo)致施力點(diǎn)跑偏；②對縫焊接時，樁體不垂直；③地層不均勻。針對①、②問題，可重新選擇施力點(diǎn)或切割焊縫，找正垂直面重新焊接；針對③可將裸露的樁體用角鋼四角包裹，焊接連接，用千斤頂水平方向糾正傾斜后連同角鋼一同壓入地層。

（3）在壓樁時，發(fā)現(xiàn)停工時間長短直接影響2次壓樁的阻力，即壓樁的阻力將隨停工時間的增加而增大。因此，認(rèn)為壓樁壓力將達(dá)到極限值時，一般不允許停壓。故有條件的可備用一套設(shè)備。

（4）對于地層復(fù)雜的地基，為了在壓樁前較準(zhǔn)確的控制樁的長度和可能遇到的假持力層，條件允許時，加固前，在所要壓樁的邊緣做一靜力觸探，根據(jù)靜力觸探比貫入阻力和靜探深度確定每根樁的壓入程度。一般在比貫入阻力小于1.60MPa時，壓樁容易，在1.60～2.10MPa時，也可壓入，但要縮小加力級別，控制壓樁速度。

（5）對于一般粘性土地層，壓樁時首樁可不用尖樁；砂礫層、卵石層及雜填土地層時，尖樁不可少，一方面有利于樁的壓入，同時可增加樁的垂直度。

（6）由于地層構(gòu)造存在差異，在達(dá)到極限壓力后很難預(yù)料接樁的長度，因此，為了節(jié)省成本方便起見，建議預(yù)制一部分50mm長的短樁備用；托換段長度控制在400mm以內(nèi)，且必須用混凝土澆筑托換鋼管段，達(dá)到防腐加固的效果。

（7）采用靜壓預(yù)制樁進(jìn)行基礎(chǔ)托換，壓樁過程一般都會帶來附加沉降，設(shè)計時應(yīng)加以注意。減小附加沉降的措施有：采用盡量小的樁身斷面；布樁密度不宜過大；壓樁施工宜跳打并盡快封樁。

（8）布樁時應(yīng)進(jìn)行壓樁方案設(shè)計，做好前期的補(bǔ)勘工作，掌握地層情況，對可能遇到的困難做到認(rèn)真分析并準(zhǔn)備相應(yīng)的處理措施。

6　總結(jié)

工程實(shí)踐證明，靜壓樁托換工藝能成功用于既有建筑物地基加固處理工程中，其施工工藝有廣闊的應(yīng)用前景，總結(jié)其優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）靜力壓樁適用與粘性土到卵石各個地層，使用地層范圍廣；可在窄小地段施工，受施工場地限制?。粰C(jī)理明確，可操作性強(qiáng)，具有較強(qiáng)的直觀性和可控性。

（2）壓樁過程油壓表讀數(shù)直接反映各層地基的承載性能，過程監(jiān)控性強(qiáng)，結(jié)果有保證，并直接反映地基土的狀況。

（3）靜壓施工，無嚴(yán)重震動和噪音且無污染；施工工程基本不影響被加固建筑的正常使用。

在靜壓樁托換施工過程中，同樣還存在一些值得思考的地方，諸如：壓樁順序影響最后加固結(jié)果、時間效應(yīng)對樁承載力的影響趨勢、樁徑與樁數(shù)的優(yōu)化匹配等。今后應(yīng)對此類問題進(jìn)行深入思考研究，并進(jìn)一步發(fā)展和完善相關(guān)規(guī)范，使得靜壓樁托換工藝成熟化、規(guī)范化，能夠在更多的建筑物加固中的發(fā)揮重要作用。

［1］林奇.靜壓預(yù)制短樁在基礎(chǔ)托換中的應(yīng)用［J］.土工基礎(chǔ)，2003，17（4）：33-35.

［2］葉書麟，等.地基處理與托換技術(shù)［M］.中國建筑工業(yè)出版社，1994.

［3］JGJ123-2012既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范［S］.

U443

A

1004-5716（2016）07-0196-04

2015-07-24

2015-07-27

丁小強(qiáng)（1987-），男（漢族），陜西寶雞人，助理工程師，現(xiàn)從事工程勘察和地基基礎(chǔ)相關(guān)工作。