坑式靜壓樁在樁筏基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)中的應(yīng)用

王　振，惠　冰，江　海，彭國斌，嚴(yán)紀(jì)興，郁章劍

（山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250100）

坑式靜壓樁在樁筏基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)中的應(yīng)用

王振*，惠冰，江海，彭國斌，嚴(yán)紀(jì)興，郁章劍

（山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250100）

依據(jù)具體工程實(shí)例，針對樁筏基礎(chǔ)承載力不足的問題，提出采用坑式靜壓樁的方式來增補(bǔ)鋼管樁，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)地基承載力的目的。工程施工中采用動態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工，施工中和施工后對構(gòu)筑物進(jìn)行沉降觀測，補(bǔ)強(qiáng)效果滿足設(shè)計(jì)要求。

坑式靜壓樁；樁筏基礎(chǔ)；地基加固；承載力

1　概述

坑式靜壓樁是將千斤頂頂升原理與靜力壓樁技術(shù)融合為一體的新型樁基技術(shù)［1］，在已建建筑的基礎(chǔ)下挖出導(dǎo)坑，將上部建筑物的自重作為反力，利用千斤頂將鋼管或預(yù)制樁逐節(jié)壓入土中，具有針對性強(qiáng)、效果明顯、反彈小的優(yōu)點(diǎn)。

某工程脫硫系統(tǒng)石灰石粉倉基礎(chǔ)形式為環(huán)形筏板（外徑18.5m，內(nèi)徑12.1m，筏板高度1.7m），樁基采用PHC500AB100-23，原設(shè)計(jì)單樁豎向抗壓承載力特征值為2530kN，實(shí)測單樁豎向抗壓承載力特征值為1200kN，不滿足設(shè)計(jì)要求。原設(shè)計(jì)單位通過上部荷載等措施進(jìn)行優(yōu)化后，石灰石粉倉樁頂豎向荷載仍大于既有管樁承載力，需進(jìn)行加固處理。

2　工程地質(zhì)與水文條件

2.1工程地質(zhì)條件

場區(qū)地貌單元屬于山前沖積平原，各土層層位穩(wěn)定，厚度一致，地表為素填土，填土層以下為交互分布的粉質(zhì)粘土、粉土。各主要土層分布情況如下：

（1）素填土：黃褐色，以粉質(zhì)粘土為主，層厚0.6～2.0m。

（2）粉質(zhì)粘土：黃褐色，含少量云母片，可塑，稍有光澤反應(yīng)，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，層厚3.2～5.2m。

（3）粉質(zhì)粘土：灰褐色，含少量鈣質(zhì)結(jié)核、云母片，可塑，稍有光澤反應(yīng)，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，層厚4.8～8.4m。

（4）粉土：黃褐色，含少量鐵質(zhì)氧化物，云母片，粘粒含量較高，夾黃褐色粉質(zhì)粘土，稍濕—濕，密實(shí)，無光澤反應(yīng)，搖振反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度及韌性低，層厚1.2～4.0m。

（5）粉質(zhì)粘土：黃褐色，含少量鈣質(zhì)結(jié)核、云母片，可塑，稍有光澤反應(yīng)，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，層厚1.5～3.4m。

（6）粉土：黃褐色，含少量鐵質(zhì)氧化物、云母片，粘粒含量較高，夾黃褐色粉質(zhì)粘土層，濕，密實(shí)，無光澤反應(yīng)，搖振反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度及韌性低，層厚4.6～6.9m。

（7）粉質(zhì)粘土：黃褐—灰褐色，含鐵質(zhì)氧化物、鈣質(zhì)結(jié)核，夾棕褐色粘土層，可塑—硬塑，稍有光澤反應(yīng)，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等，最大揭露厚度13.7m。

2.2水文地質(zhì)條件

地下水類型為第四系孔隙潛水，水位埋深大于20m。

3　加固設(shè)計(jì)

3.1加固原則

由于石灰石粉倉主體已完工，不適宜在建筑物內(nèi)鑿洞打樁，且主體及基礎(chǔ)自重較大，能夠提供坑式靜壓樁所需反力，因而通過坑式靜壓樁增補(bǔ)鋼管樁是最佳方案。

3.2加固方案

根據(jù)原設(shè)計(jì)單位提供的上部荷載、樁頂反力、樁基計(jì)算書等資料，并考慮筏板基礎(chǔ)下地基土承載效應(yīng)，經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算，石灰石粉倉的樁頂豎向荷載平均值為1412kN，復(fù)合基樁的承載力為1217kN，增補(bǔ)鋼管樁至少應(yīng)提供6345kN承載力。

考慮施工中補(bǔ)樁對稱性原則，在石灰石粉倉環(huán)形筏板基礎(chǔ)下由外向內(nèi)依次設(shè)置2排環(huán)形均勻分布的鋼管樁（如圖1所示），從外側(cè)起第1排鋼管樁與第1排既有管樁位于同一排上，鋼管樁設(shè)置在相鄰兩根既有管樁中間，樁長7m，單樁豎向抗壓承載力特征值110kN；第2排鋼管樁與第2排既有管樁位于同一排上，鋼管樁設(shè)置在相鄰兩根既有管樁中間，樁長12m，單樁豎向抗壓承載力特征值210kN。鋼管樁采用Q235鋼管，外徑219mm，壁厚6.5mm。鋼管樁與筏板之間通過植筋并澆筑灌漿料等措施連成整體。

表1　各土層物理力學(xué)參數(shù)

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008），分別對單樁豎向抗壓極限承載力、樁土與地基土總抗力、樁頂最大豎向力、沉降量進(jìn)行計(jì)算，能夠滿足要求。

圖1　石灰石粉倉樁位布置圖

4　坑式靜壓樁施工工藝

坑式靜壓樁施工工藝流程如圖2所示。

圖2　施工工藝流程

坑式靜壓樁在本工程中的具體應(yīng)用如下：

（1）分區(qū)域、對稱進(jìn)行工作坑的開挖及施工鋼管樁。

（2）鋼管樁施工時(shí)，在第一節(jié)樁底安裝錐形鋼樁尖，樁頂上安置T型樁帽、千斤頂及測力傳感器，再驅(qū)動千斤頂壓樁，每壓入下一節(jié)樁后，再接上一節(jié)樁。

（3）鋼管樁施工時(shí)，為保證樁垂直度，對壓樁支架進(jìn)行了改進(jìn)，首先將千斤頂與支架通過鋼板固定為一個(gè)整體，然后在樁位正上方鉆定位孔，將支架中心正對定位孔，同時(shí)在筏板底部打碰撞螺栓固定支架，最后運(yùn)用斜撐和長方形鋼箍將支架固定。采用水平尺和鉛錘確定垂直度。

（4）鋼管樁各節(jié)的連接處采用焊接接頭，接樁處的坡口應(yīng)為45°，焊縫等級為二級，施工中對焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢測，檢測結(jié)果為Ⅰ級或Ⅱ級。

（5）在除最上一節(jié)外的鋼管樁內(nèi)灌注水泥漿，采用P.O42.5水泥，水灰比0.5。在水泥漿凝固過程中，加強(qiáng)回灌，以防止水泥漿凝固收縮，待水泥漿凝固后施工最上一節(jié)鋼管樁。

（6）在基礎(chǔ)底面混凝土上鉆孔植筋，植筋深度為0.3m，基礎(chǔ)底面以下引出的鋼筋長度也為0.3m。

（7）根據(jù)基礎(chǔ)底面和倒數(shù)第二節(jié)鋼管樁之間的距離，截取鋼管，并在上、下兩端側(cè)壁上各預(yù)留?10mm返氣孔和灌漿孔。

（8）將基礎(chǔ)底面引出的鋼筋放入最上一節(jié)鋼管樁內(nèi)，并將該節(jié)鋼管下端與倒數(shù)第二節(jié)鋼管樁焊接，上端與基礎(chǔ)底面空隙用環(huán)氧樹脂封堵密實(shí)。

（9）從灌漿孔中灌入灌漿料，待返氣孔冒漿后將返氣孔堵塞，并加壓至0.1～0.2MPa，然后封堵灌漿孔。

（10）施工中對石灰石粉倉周邊進(jìn)行沉降觀測，均勻設(shè)置S1、S2、S3、S4四個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，如圖3所示。

圖3　石灰石粉倉周邊各監(jiān)測點(diǎn)

（11）為增強(qiáng)工作坑區(qū)域樁的側(cè)阻力，采用C15混凝土進(jìn)行回填，為彌補(bǔ)回填混凝土與基礎(chǔ)底面之間的間隙，回填前在工作坑頂預(yù)留注漿管，在回填完之后，利用注漿管多次灌注水泥漿，以填補(bǔ)空隙。

5　坑式靜壓樁遇到問題探討

（1）施工中壓樁力一般不小于單樁豎向承載力特征值的2倍，但部分樁不滿足此條件，間隔2～3d后，壓樁力能夠增大至甚至超過單樁豎向承載力特征值的2倍，存在壓力滯后現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在其他工程也同樣存在［2］，造成這種現(xiàn)象的原因主要有以下幾點(diǎn)：①樁周土在沉樁過程中被擠壓擾動，強(qiáng)度顯著降低，粘性土的觸變作用使損失的強(qiáng)度隨時(shí)間逐步恢復(fù)；②壓樁過程中，樁的擠壓是土體的總應(yīng)力增加，超孔隙水壓力增加，沉樁結(jié)束后，超孔隙水壓力逐漸消散，從而使樁周土產(chǎn)生固結(jié)，土的強(qiáng)度逐漸恢復(fù)甚至可能超過其初始強(qiáng)度。

（2）壓樁過程中，壓樁力在前幾節(jié)施工中變化較小，壓至0.5倍有效樁長后，壓樁力存在突變，如圖4所示，這是由于樁尖從軟土層穿越至硬土層側(cè)阻力增大引起的；同時(shí)2-10號樁在壓至較高值后又存在一定程度的下降，這說明2-10號區(qū)域穿越了軟—硬—軟3種地層的結(jié)果［3］。

（3）石灰石粉倉沉降數(shù)據(jù)如圖5所示。數(shù)據(jù)顯示，施工期間（2015-11-14～2015-12-09）各測點(diǎn)沉降存在起伏，但沉降變化較小；2015年12月10日回填完成后，沉降急劇增大，這與石灰石粉倉增加荷載有關(guān)，但在一個(gè)月以后，沉降趨于穩(wěn)定。另外，各觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)相差不大，說明沉降為均勻沉降，且沉降值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于200mm的設(shè)計(jì)要求。

圖4　壓樁長度—壓樁力關(guān)系圖

圖5　石灰石粉倉時(shí)間—沉降量曲線圖

6　結(jié)論

通過坑式靜壓樁在樁筏基礎(chǔ)加固工程中的成功運(yùn)用，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）對于施工空間狹小，不允許破壞且自重較大的建筑物，利用坑式靜壓樁加固是切實(shí)可行的，具有針對性強(qiáng)、可控性好的優(yōu)點(diǎn)。

（2）將千斤頂與支架固定為一個(gè)整體，能夠更有效地保證樁的垂直度。

（3）在工作坑頂部設(shè)置注漿管進(jìn)行回填后補(bǔ)漿，能夠有效填補(bǔ)混凝土回填時(shí)留下的空隙。

（4）鋼管樁的壓樁力存在時(shí)效性和突變性，這與壓樁過程中的土的觸變性、孔隙水壓力、以及地層變化情況有關(guān)。

（5）加固過程中及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測沉降，根據(jù)監(jiān)測反饋信息決定是否進(jìn)行下一道工序，堅(jiān)持“動態(tài)化設(shè)計(jì)，信息化施工”的理念，確保加固建筑的安全。

［1］史佩棟，等.深基礎(chǔ)工程特殊技術(shù)問題［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］李林，張會林.某住宅樓裂縫事故的檢測鑒定及坑式靜壓樁托換［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2006，40（10）：102-104.

［3］鄧學(xué)支.靜壓樁壓樁力與承載力關(guān)系研究［D］.東南大學(xué)，2006.

TU473.1

B

1004-5716（2016）08-0024-03

2016-03-29

2016-03-30

中國冶金地質(zhì)總局山東局青年科技基金、中國冶金地質(zhì)總局山東局科技基金資助項(xiàng)目。

王振（1986-），男（漢族），山東聊城人，工程師，現(xiàn)從事巖土工程設(shè)計(jì)及施工工作。