鋼管錨樁設(shè)計(jì)與施工

李國輝

上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200090

1 工程概況及周邊情況

1.1 工程概況

某商業(yè)改造項(xiàng)目位于上海市靜安區(qū)西南部，南京西路西段，與靜安寺相對(duì)，北側(cè)有軌交2號(hào)線，東側(cè)有軌交7號(hào)線，西側(cè)有新建軌交14號(hào)線，南側(cè)與靜安公園相接。場地現(xiàn)為下沉式露天廣場，改造后為軌交換乘及公共交通空間。

1.2 周邊情況

下沉式露天廣場始建于1997年，面積約為2 600 m2，底板東北側(cè)局部雨水調(diào)節(jié)池相對(duì)標(biāo)高為－6.50 m。北側(cè)接軌交2號(hào)線靜安寺站5號(hào)出口，西側(cè)緊鄰華山路，東側(cè)為靜安公園入口廣場，南側(cè)為地下2層商場，商場頂板以上有厚3～5 m覆土，為靜安公園人工造山景觀。下沉廣場底板下原有反濾層及設(shè)置鉆孔灌注樁以解決上浮問題，商場下部設(shè)少量灌注樁協(xié)調(diào)與下沉廣場的差異變形。

2 鋼管錨樁設(shè)計(jì)

2.1 工程場地條件

本工程場地位于軌交出入口處，周邊南京西路及華山路有高層建筑及相關(guān)市政管線。地勘報(bào)告提供的樁側(cè)極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值fs和樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值fp數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 fs和fp數(shù)據(jù)

場地淺層地下水屬于潛水，上海市平均地下水埋深在0.50～0.70 m之間，低水位埋深1.50 m，高水位埋深為0.50 m。地下水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性，地下水對(duì)鋼筋結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性，在長期浸水條件下對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋有微腐蝕性，在干濕交替條件下對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋有弱腐蝕性。地下水對(duì)建筑材料腐蝕的防護(hù)，應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50046—2008《工業(yè)建筑防腐設(shè)計(jì)規(guī)程》的規(guī)定。

2.2 樁基設(shè)計(jì)

2.2.1 錨樁樁型確定

鋼管樁雖然具有其他材質(zhì)樁無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，但由于耗鋼量大，故在樁基選型時(shí)，需考慮以下幾方面[1-4]：

1）應(yīng)能在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)滿足承載力及沉降要求。

2）在滿足第1項(xiàng)要求的前提下，較其他樁施工方法經(jīng)濟(jì)。

3）在預(yù)定工期內(nèi)能確保施工，并且不給附近的建筑物帶來不良影響。

4）對(duì)預(yù)料中的今后地基條件及場地周圍狀態(tài)的變化不產(chǎn)生危害。

在錨樁選型初期對(duì)鋼管樁及灌注樁的適用性作了對(duì)比，結(jié)合本工程實(shí)際情況，由于貼近軌交車站，施工作業(yè)面積較小，且該項(xiàng)目承載力為抗浮控制，利用鋼管樁抗壓和抗拔強(qiáng)度大致相等的特性，綜合以上幾條原因，本工程錨樁最終選用鋼管樁。

2.2.2 樁徑及持力層確定

結(jié)合地勘報(bào)告，可作為該項(xiàng)目樁端持力層的主要有⑤3粉質(zhì)黏土層以及⑦1粉砂夾粉質(zhì)黏土，由于需在原結(jié)構(gòu)底板上開孔施工，為了盡可能減少施工過程中對(duì)原有結(jié)構(gòu)的破壞，采取控制樁數(shù)的辦法，即保證單樁豎向抗壓及抗拔承載力相等原則進(jìn)行，選用2種持力層作用下的2種樁徑進(jìn)行對(duì)比分析。當(dāng)采用⑤3粉質(zhì)黏土層時(shí)，樁徑取610 mm，采用⑦1粉砂夾粉質(zhì)黏土?xí)r，樁徑取426 mm，此時(shí)單樁豎向抗壓及抗拔承載力相等。

1）從擠土效應(yīng)分析評(píng)價(jià)2種樁型。由于鋼管樁屬于擠土樁，在飽和黏性土中影響更為明顯，該項(xiàng)目有幾根樁離軌交車站原有結(jié)構(gòu)最近為1.7 m，采用φ610 mm鋼管樁的擠土效應(yīng)比采用φ426 mm鋼管樁的明顯，對(duì)周圍土造成的擾動(dòng)相對(duì)較大。

2）從施工及經(jīng)濟(jì)性方面評(píng)價(jià)2種樁型。由于單樁承載力相同，但對(duì)于單節(jié)樁而言，φ610 mm鋼管樁壓樁所需壓樁力更大，對(duì)原底板破壞的可能性更大。表2為該項(xiàng)目2種樁型下的經(jīng)濟(jì)性比較。

表2 經(jīng)濟(jì)性比較(單位:萬元)

綜合以上各方面，本項(xiàng)目最終決定采用φ426 mm樁徑，持力層選在⑦1粉砂夾粉質(zhì)黏土。

3 施工措施

1）錨桿樁樁孔需在原有底板上新開孔，開孔采用排孔切割法。由于原底板下設(shè)置有疏水層，排孔切割必須分2次進(jìn)行，施工過程中要做好引水排水措施，預(yù)防地下水上涌，同時(shí)埋設(shè)反力錨桿。

2）鋼管樁抗壓承載力較大，屬大噸位錨桿靜壓樁，所有壓樁反力均來自原結(jié)構(gòu)底板。經(jīng)復(fù)核，原結(jié)構(gòu)底板強(qiáng)度不足以提供相應(yīng)反力，需在壓樁前或壓樁過程中采取底板加強(qiáng)或壓樁鎖樁二次施工反力平衡法。經(jīng)過多方面比較，并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，最終選用壓樁鎖樁二次施工反力平衡法進(jìn)行樁基施工。樁基施工前需把原建筑面層鑿除。壓樁鎖樁二次施工反力平衡法具體施工方法是：第1根樁先壓一半長度，在壓樁力達(dá)到1 200 kN時(shí)（具體可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整）停止壓樁，并在鋼管樁沿底板上表面用鋼牛腿焊接成“¤”形，這樣就把這根樁臨時(shí)變成了抗拔樁，再跳開一個(gè)樁位壓第2根樁并同樣鎖樁，待相應(yīng)樁位的底板邊都有臨時(shí)反力樁的抗拔力以后，再回壓第1根樁，以此完成全部樁基施工。按照2根樁為一組的原理，也可以選擇3根樁或者按需要選擇多根樁作為一施工組進(jìn)行二次施工反力平衡法施工。根據(jù)本工程實(shí)際情況，最終選用3根樁進(jìn)行試樁，并進(jìn)行多次試壓，以取得詳細(xì)數(shù)據(jù)為后面正式壓樁提供依據(jù)（圖1）。

圖1 錨桿靜壓樁壓樁力曲線

3）項(xiàng)目中存在少部分樁鄰近現(xiàn)有軌交車站，沉樁施工過程中需采取引孔措施，以減少對(duì)相鄰建筑物和地下管線的影響，施工過程中適當(dāng)控制沉樁速度。引孔措施采用在開口鋼管壓進(jìn)土層約5 m時(shí)（即鋼管樁的垂直度已經(jīng)穩(wěn)定，土塞進(jìn)入鋼管2～3 m）開始鋼管內(nèi)取土，鋼管內(nèi)取土的優(yōu)點(diǎn)是避免了先鉆孔再下鋼管。建議貼近現(xiàn)有軌交車站的鋼管樁的前10 m壓樁速度控制為1 m/h，具體可根據(jù)施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)隨時(shí)調(diào)整，確保不影響現(xiàn)有建筑物及軌交正常運(yùn)行。

4 結(jié)語

1）通過以上具體項(xiàng)目，從設(shè)計(jì)及施工措施方面分析，當(dāng)需要在既有建筑物附近加建或新建建筑物且施工場地較小時(shí)，可考慮采用鋼管樁作為錨樁[5-6]。

2）當(dāng)既有建筑物原結(jié)構(gòu)不足以提供錨樁施工反力時(shí)，可考慮采用壓樁鎖樁二次施工方法。

3）為了減少擠土樁對(duì)既有建筑物結(jié)構(gòu)的影響，需要控制壓樁速度及采取引孔措施。