錨桿靜壓鋼管混凝土樁在建筑沉降加固中的應(yīng)用

中國五冶集團(tuán)有限公司 上海 201900

1 背景介紹

1.1 工程概況

海峽大橋二線通道工程是福建平潭綜合實驗區(qū)面向內(nèi)地的陸路門戶節(jié)點(diǎn)和橋頭堡。項目總占地面積約157 000 m2，由出入?yún)^(qū)服務(wù)樓、連廊及卡口、監(jiān)管倉庫和司機(jī)休息室、室外工程組成。工程重點(diǎn)部分為出入?yún)^(qū)服務(wù)樓和連廊，建筑面積約16 000 m2，出區(qū)服務(wù)樓與入?yún)^(qū)服務(wù)樓分別坐落在金井灣大道兩側(cè)，通過橫跨金井灣大道的1#連廊連接，象征著臺灣與大陸“手牽手、心連心”，其建設(shè)進(jìn)展備受社會各界關(guān)注。其出入?yún)^(qū)服務(wù)樓為4層建筑，建筑高度均為20.85 m；1#連廊為2層建筑，長度92 m，1層為進(jìn)出通道，2層為人行通道（圖1）。

圖1 海峽大橋二線通道工程鳥瞰

1.2 結(jié)構(gòu)概況

已建入?yún)^(qū)服務(wù)樓主體為地上4層，地下1層，現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑高度為20.85 m，總占地面積約2 733 m2，是多層辦公建筑。其±0.00 m相當(dāng)于絕對高程+10.70 m，室外地坪絕對高程為+10.25 m。建筑物采用筏板基礎(chǔ)，筏板頂高程為+6.20 m，筏板厚1 000 mm，筏板底絕對高程為+5.20 m，筏板下設(shè)置厚200 mm的C20（內(nèi)加防腐劑）混凝土墊層，筏板上部為厚300 mm的C20細(xì)石混凝土。

1.3 建筑沉降

入?yún)^(qū)服務(wù)樓于2014年9月20日基礎(chǔ)驗收合格，2013年11月1日主體驗收合格，隨后進(jìn)入裝飾裝修作業(yè)，至2014年3月31日入?yún)^(qū)服務(wù)樓施工完畢并交付使用。

入?yún)^(qū)服務(wù)樓自2015年4月1日開始進(jìn)行基礎(chǔ)加固的施工，至2015年6月15日鋼管混凝土樁壓樁完畢，從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)基礎(chǔ)加固后的建筑物沉降已得到明顯控制。

1.4 地質(zhì)情況

擬加固處理建筑物為平潭綜合實驗區(qū)海峽大橋二線通道工程的入?yún)^(qū)服務(wù)樓，位于平潭縣北厝鎮(zhèn)娘宮村。場地北側(cè)為山坡地，南側(cè)鄰海（部分為灘涂地），西側(cè)接平潭海峽大橋。原始地貌為海灘沖淤積，現(xiàn)場地土層的表層為新近吹填砂，厚度為6.46～7.45 m，堆填時間小于1 a，故土質(zhì)較松散，尚未固結(jié)完成。吹填砂下臥淤泥質(zhì)土，厚度為11.10～15.70 m。原建筑物軟基處理采用CFG樁，樁距1.60 m、樁徑50 mm，呈正三角形布置。場地先排水后鋪填厚500 mm碎石墊層作褥墊層，墊層上下各鋪設(shè)1層雙向玻纖格柵。建筑周邊場地同樣采用CFG樁作軟基處理，樁距1.80 m、樁徑500 mm，呈正三角形布置[1-2]。

2 方案選擇和實施

2.1 方案選擇

入?yún)^(qū)服務(wù)樓為筏板基礎(chǔ)，梁底凈高為3.40 m，同時地下室梁底分布著消防管道、通風(fēng)管道以及電纜橋架，地下室有效的工作空間僅為3 m。目前該工程已交付使用，為消除不必要的社會影響及不影響國建及海關(guān)單位的正常運(yùn)行使用，必須選擇適用于淤泥質(zhì)土及狹小空間且施工時無振動、噪聲小、無污染的加固方式。

錨桿靜壓樁適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土和人工填土等地基土的基礎(chǔ)加固工程。錨桿靜壓樁利用建筑物自重作為壓樁反力，無需使用大型壓樁機(jī)械，壓樁反力架及樁段長度均可以隨工作面高度而定。其施工機(jī)具輕巧，操作簡便，施工時無振動、無污染、噪聲小。另外相對其他基礎(chǔ)加固方法，如：旋噴樁法、灌注樁法、樹根樁法、注漿法等在加固引孔過程中都會將地基的土體進(jìn)行破壞，減弱地基承載力，且經(jīng)較長固化時間才能形成強(qiáng)度，引起施工拖帶沉降。而錨桿靜壓樁法屬于擠壓樁，在壓樁過程中，對周圍土體產(chǎn)生擠密作用，能增加地基承載力，同時錨桿靜壓鋼管樁封樁鋼筋施工完成后即形成作用，迅速制止建筑物沉降。

雖然鋼管混凝土樁的鋼管直徑和壁厚比鋼管樁有所減小，但鋼管混凝土樁樁芯混凝土增強(qiáng)了鋼管的穩(wěn)定性，同時鋼管壁對樁芯混凝土產(chǎn)生約束作用，使樁芯混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高了樁芯混凝土的抗壓強(qiáng)度，因此提高了樁的承載力，減少了施工成本。鋼筋混凝土預(yù)制樁的配筋是根據(jù)搬運(yùn)、吊裝和壓樁時的應(yīng)力設(shè)計的，遠(yuǎn)超過正常工作荷載的要求，用鋼量大。鋼筋混凝土預(yù)制樁質(zhì)量約為鋼管的2倍，在地下室運(yùn)輸、接樁極不方便。綜上所述，錨桿靜壓鋼管混凝土樁是入?yún)^(qū)服務(wù)樓加固的最佳選擇。

2.2 方案實施

主要施工工序為：測量、放線→鉆機(jī)鉆穿筏板成孔→引孔至淤泥層→錨桿植筋施工→利用錨桿靜壓法壓入鋼管樁→鋼管樁內(nèi)側(cè)澆筑C40混凝土→錨桿孔清理，焊接封樁鋼筋→封樁→養(yǎng)護(hù)。

2.2.1 鉆機(jī)成孔

采用φ325 mm鉆頭取芯成孔，孔垂直度偏差≤0.20%，孔徑不得小于400 mm。取芯引孔至褥墊層下500 mm處，可探明樁孔是否與CFG樁相碰，若有相碰應(yīng)進(jìn)行移孔、重鉆；若與CFG樁不相碰，則采用φ273 mm泥漿護(hù)壁引孔至進(jìn)入淤泥質(zhì)土層2 m。

2.2.2 引孔施工

為防止穿越褥墊層和回填中砂層時坍孔，在引孔前先進(jìn)行注漿，注漿24 h后開始引孔。采用φ273 mm鉆頭引孔至進(jìn)入淤泥質(zhì)土層2 m。

2.2.3 錨桿植筋施工

1） 彈線定位。根據(jù)變更設(shè)計圖紙的鋼筋數(shù)量及位置，標(biāo)注出植筋位置。經(jīng)質(zhì)檢部門驗收，位置符合設(shè)計要求后才可以鉆孔。

2） 鉆孔。用沖擊鉆鉆孔，鋼筋φ28 mm，鉆頭選用φ40 mm的合金鉆頭。鉆孔深度取800 mm，鉆頭始終與筏板保持垂直。

3） 洗孔。洗孔是植筋中最重要的一個環(huán)節(jié)，因為孔鉆完后內(nèi)部會有很多灰粉、灰渣，直接影響植筋的質(zhì)量，所以一定要把孔內(nèi)雜物清理干凈。方法是：用不掉毛的毛刷，套上加長棒，伸至孔底，來回反復(fù)抽動，把灰塵和碎渣帶出，再用空壓機(jī)吹出浮塵。吹完后再用脫脂棉蘸酒精或丙酮擦洗孔壁，但不能用水擦洗，因為用酒精或丙酮容易揮發(fā)，水不易揮發(fā)，再者用水后孔內(nèi)不會很快干燥。洗孔完成后需要經(jīng)質(zhì)檢部門驗收，再進(jìn)行自檢，合格后報監(jiān)理驗收，驗收合格后方可注膠。

4）鋼筋處理。鋼筋錨固部分要清除表面銹跡及其他污物，采用角向磨光機(jī)配鋼絲刷除銹，打磨至露出金屬光澤為止，若鋼筋銹蝕嚴(yán)重，則要用稀鹽酸浸泡除銹10～15 min后，用石灰水中和，再用清水沖洗擦干后方可使用。

5）注膠。注膠要從孔底開始，這樣可以排出孔內(nèi)的空氣，為了使鋼筋植入后孔內(nèi)膠液飽滿，又不能使膠液外流，孔內(nèi)注膠應(yīng)達(dá)到孔深的1/3。

6）植筋。先將配制好的結(jié)構(gòu)膠注入孔內(nèi)，并將結(jié)構(gòu)膠涂于鋼筋錨固端（宜2～3 mm），然后緩慢將鋼筋插入孔內(nèi)，同時要求鋼筋旋轉(zhuǎn)，使結(jié)構(gòu)膠從孔口溢出，排出孔內(nèi)空氣，鋼筋外露300 mm。

7）養(yǎng)護(hù)。植筋施工完畢后注意保護(hù)，24 h之內(nèi)嚴(yán)禁有任何擾動，以保證結(jié)構(gòu)膠的正常固化。

8）檢測試驗。在植筋前，要對所用鋼筋及植筋膠進(jìn)行現(xiàn)場拉拔試驗，以確定鋼筋及植筋膠是否符合設(shè)計要求。

2.2.4 樁段制作、連接

樁段采用焊接連接。焊接前應(yīng)再次檢查接頭部位處理情況及上下節(jié)樁是否在同一軸線上、是否垂直，符合要求方可施焊；焊接時2名焊工在樁兩側(cè)同時施焊，以保證對稱受力，減小變形；焊接后應(yīng)檢查焊接質(zhì)量，若有漏焊或焊縫高度不夠，應(yīng)及時補(bǔ)焊[3-5]。

2.2.5 鋼管混凝土樁樁尖制作

為了避免樁頭在壓樁過程中發(fā)生變形或開裂，導(dǎo)致管內(nèi)進(jìn)水進(jìn)泥，樁頭處需進(jìn)行加強(qiáng)處理（圖2）。

圖2 鋼管混凝土樁樁尖構(gòu)造

2.2.6 壓樁施工

2014年11月，習(xí)近平在全軍政治工作會議上發(fā)表重要講話，提出“要提高政治工作信息化、法治化、科學(xué)化水平”［8］，也為思想政治工作的改革指明了前進(jìn)的方向。

壓樁反力架安裝要保持垂直，應(yīng)均衡擰緊錨固螺栓、螺帽，在壓樁過程中應(yīng)隨時擰緊松動的螺帽；在錨桿受力較大時應(yīng)使用多個螺帽疊加使用。樁段在壓入時的垂直度極為重要，因此除了在初始就位時校核垂直度以外，還應(yīng)在壓樁時進(jìn)行全程連續(xù)控制，每節(jié)樁的垂直度應(yīng)控制在1/1 000以內(nèi)；同時應(yīng)保持千斤頂與樁段軸線在同一垂直線上，千斤頂施加的壓力中心與截面形心重合，千斤頂安放偏差不大于2 mm。

室內(nèi)鋼管混凝土樁不應(yīng)同時集中在一處施工，多臺設(shè)備同時施工時，同一軸線上不應(yīng)超過2根樁。

壓樁應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，盡量減少接樁時間，中途不得長時間停頓，以免土體固結(jié)、超靜水壓力消散，引起摩阻力劇增。如必須中途停頓時，樁尖應(yīng)停留在軟土層中，且停留時間不宜超過24 h。如遇到壓力急劇地增加，則可能遇碎石障礙物或壓入較硬土層，這時液壓系統(tǒng)可采用“稍壓入→持荷→再壓入→再持荷”的方式，直至達(dá)到設(shè)計深度或承載力。

壓樁過程應(yīng)做好記錄，以終壓力控制為主，樁長進(jìn)入持力層深度作為參考。

2.2.7 樁芯混凝土施工

樁芯混凝土的水膠比應(yīng)控制在0.45及以下。鋼管內(nèi)混凝土的澆筑工作宜連續(xù)進(jìn)行，若間歇時，時間不應(yīng)超過混凝土的終凝時間。

2.2.8 封樁工藝

封樁施工是壓樁過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。樁和混凝土底板能否連接牢固，承載力是否達(dá)到要求，連接節(jié)點(diǎn)形式是否合理，都是封樁后樁能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵。

封樁前，樁頂應(yīng)按設(shè)計和規(guī)范要求截斷至設(shè)計標(biāo)高：鋼管樁段采用氧割進(jìn)行切斷；鋼管樁內(nèi)用C40混凝土填充；為加強(qiáng)樁和混凝土底板的連接，應(yīng)將地下室筏板鋼筋相互連接，以便形成封樁樁帽；清理樁孔內(nèi)的渣滓及水。

封樁采用C40微膨脹混凝土，注意振搗密實，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。待全部樁壓完，樁頭密封結(jié)束，做最后驗收。

2.3 存在的問題及改進(jìn)方式

2.3.1 筏板取孔施工困難

筏板引孔要求φ325 mm，筏板厚度1 000 mm，下設(shè)厚200 mm的C20墊層，上設(shè)厚300 mm的C20細(xì)石混凝土，筏板總厚度達(dá)到1 500 mm，φ325 mm鉆頭鉆機(jī)取芯困難，鉆頭磨損嚴(yán)重。而采用風(fēng)鎬破除，需要較大工作面，取孔直徑達(dá)到500 mm，且進(jìn)度緩慢。

改進(jìn)方式：采用φ180 mm鉆頭，沿鉆孔周長方向分6次取芯成孔。

2.3.2 地下室凈空不足

地下室梁下凈空僅3.40 m，梁下分布著消防管道、通風(fēng)管道以及電纜橋架，實際利用空間僅3 m，施工操作困難。

改進(jìn)方式：根據(jù)地下室實際工作面加工高度3 m的壓樁反力架，每段鋼管樁均加工為2 m。

2.3.3 回填區(qū)域鋼管樁壓入困難

壓樁過程中所有鋼管樁需穿透褥墊層及回填中砂層，局部區(qū)域含回填塊石，鋼管樁遇阻力無法壓入。

改進(jìn)方式：在壓樁前采用φ89 mm鉆頭引孔至淤泥層2 m，并注入水泥漿，注漿24 h后用φ273 mm鉆頭引孔至淤泥層面。

2.3.4 樁長過大，難以保證成樁質(zhì)量

鋼管樁長度約為35 m，上部9 m處需放設(shè)鋼筋籠，混凝土一次性連續(xù)澆筑，混凝土自由傾落高度太高會造成混凝土離析，無法保證成樁質(zhì)量。

改進(jìn)方式：每壓入1～2段（2～4 m）鋼管樁即開始澆筑樁芯混凝土，并振搗密實，下段鋼管樁澆筑時，振動棒需插入上段澆筑的鋼管樁500 mm，相鄰2段鋼管樁樁芯混凝土澆筑的間隔時間不得大于混凝土初凝時間。待上部9 m處的鋼管樁全部壓入后，再放入鋼筋籠，沿鋼管樁內(nèi)壁側(cè)澆筑混凝土，振動棒隨著混凝土的澆筑慢慢提升，保證樁芯混凝土振搗密實[6-7]。

3 結(jié)語

目前入?yún)^(qū)服務(wù)樓的沉降已得到有效控制。從開始加固施工至鋼管混凝土樁形成作用僅僅花了75 d。錨桿靜壓鋼管混凝土樁能適用入?yún)^(qū)服務(wù)樓狹小的施工空間及特殊地質(zhì)條件的建筑物沉降的基礎(chǔ)加固工程。另鋼管混凝土樁與承載力相當(dāng)?shù)匿摴軜断啾龋摴苡昧棵黠@減少。因此使用錨桿靜壓鋼管混凝土樁，不但能迅速制止建筑物沉降，不產(chǎn)生拖帶沉降，施工工期短，而且加固費(fèi)用低廉，施工操作簡單，加固安全可靠，值得大范圍推廣應(yīng)用。