坑式靜壓樁在舊樓加固改造中的應用

張喜軍

（甘肅省建筑科學研究院(集團)有限公司，甘肅 蘭州 730070）

1 引言

坑式靜壓樁就是把千斤頂頂升原理以及靜力壓樁工藝融合成一體的重要樁基技術，在已建建筑的前提下進一步挖掘出導坑，把上端建筑物的自重當作反力，通過千斤頂把鋼管或者預制樁漸漸壓到土中，這就充分地發(fā)揮了其高效性且反彈低的優(yōu)勢。在某項目中，其樁基采取PHC500AB100-23，原本設計單樁豎向抗壓負荷力值大約為2 530 kN，在實際測量中，其值為1 200 kN，因而難以契合設計標準。原設計單位在利用上端荷載等方法予以改善后，其石灰石粉倉樁頂豎向荷載依然超出既有管樁承載力，此時就要提供必要的加固處置。

2 項目地質及水文基礎條件

場區(qū)地貌單元是山前沖積平原，且各土層層位相對平穩(wěn)，厚度統(tǒng)一，地表屬于素填土，填土層之下是交互布局的粉質粘土以及粉土。且各個重要土層布局情況如下：其一，素填土。呈現(xiàn)為黃褐色，以粉質粘土成分為主，且層厚大約在0.6～2 m之間。其二，粉質粘土。外部呈現(xiàn)為黃褐色，包括了部分云母片，可塑，具備一定的光澤，且并無搖振現(xiàn)象，整體干強度及韌性中等，層厚大約在3.2～5.2 m之間。其三，粉質粘土。呈灰褐色，包含了部分鈣質結核、云母片，具備一定的光澤，且并無搖振現(xiàn)象，整體干強度及韌性中等，層厚大約在4.8～8.4 m之間。其四，粉土。呈黃褐色，包含部分鐵質氧化物以及云母片，粘粒含量相對很高，同時還摻雜部分黃褐色粉質粘土，并無光澤反應，但是搖振反應明顯。其五，粉質粘土。呈黃褐色，包含部分鈣質結核以及云母片，可塑，且并無搖振現(xiàn)象，整體干強度及韌性中等，層厚大約在1.5～3.4 m之間。其六，粉土。呈黃褐色，包含部分鐵質氧化物以及云母片，且粘粒含量不低，同時還摻雜部分黃褐色粉質粘土層，并無光澤反應，且搖振反應明顯，層厚大約在4.6～6.9 m之間。其七，粉質粘土。呈黃褐—灰褐色，包含了部分鐵質氧化物以及鈣質結核，揭露厚度大約為13.7 m。針對該地水文地質條件，其地下水屬于第四系孔隙潛水，水位埋深超過20 m。

3 加固設計分析

3.1 靜壓樁地基加固基本原則分析

為了進一步確保在舊樓荷載及活荷載作用之下，地基沉降能夠保持平穩(wěn)，并不會出現(xiàn)其他較為明顯的不均勻沉降問題。此時采取坑式靜壓樁托換法進一步加固舊樓。此時在選取樁體的過程中，優(yōu)先選取鋼筋混凝土預制樁，各樁通過若干段構成，且每段直徑大約在1.5 m左右，且斷面尺寸大約為200 mm×200 mm之間。在實際作業(yè)過程中，各個樁體連接位置，可優(yōu)先采取焊接予以聯(lián)結。

3.2 靜壓樁地基加固工作原理分析

在已經挖掘基礎的下托換坑中，相關人員可以利用原本建筑物上端結構自重作為主要的支反力，接著再使用千斤頂把預制鋼筋混凝土樁漸漸地壓到地基內部。在通過托換之后，相關人員要把樁和原基礎聯(lián)結在一塊，如此一來就能夠遏制樁頂回彈并構成樁頂向上反力，進而迅速縮減原地基壓力，樁頂迅速支承上部結構荷載，使得地基不會再出現(xiàn)新一輪的下沉。

3.3 坑式靜壓樁在舊樓加固方案中的分析

依據原本設計部門給出的上部荷載、樁頂反力以及樁基計算書等方面的信息，同時再充分考量筏板前提下地基土負荷效應，通過一系列的復核計算之后，其石灰石粉倉的樁頂豎向荷載大約為1 412 kN，而復合基樁的實際承載力大約是1 217 kN，如此一來就能夠增補鋼管樁，最少的承載力即6 345 kN。

但是，由于在作業(yè)期間按照補樁原則，在石灰石粉倉環(huán)形筏板前提下，從外至內順次安排兩環(huán)形均衡布局的鋼管樁，如此一來，就能夠保證從外側到鋼管樁與首排之間，不僅會使管樁處在同一排上，同時也會讓鋼管樁安置于相鄰兩處相應的管樁中端，樁長大致為7 m，而單樁豎向抗壓負荷力值大約是110 kN；第二排鋼管樁和第二排原本管樁處統(tǒng)一的位置，而鋼管樁安置于相鄰兩處既定的管樁中端，樁長大約為12 m，而單樁豎向抗壓負荷值為210 kN。鋼管樁采取Q235鋼管，外徑即219 mm，壁厚6.5 mm。利用植筋連接鋼管樁和筏板，接著再澆筑灌漿料，如此一來就構成一項總體。

依據我國《建筑樁基技術規(guī)范》，要求相關人員對單樁豎向抗壓最大負荷力、樁土以及地基土整體抗力、樁頂最大豎向力、沉降量予以估算，由此達到既定標準。

4 坑式靜壓樁施工工藝分析

坑式靜壓樁在本項目中的實際應用闡述如下：

首先，相關人員分范圍、對稱挖掘工作坑，同時處理鋼管樁。

其次，在進行鋼管樁作業(yè)的過程中，要求在首節(jié)樁底裝配錐形鋼樁尖，于樁頂上設置T型樁帽、千斤頂以及測力傳感設施，接著再繼續(xù)驅動千斤頂壓樁，每嵌入下一節(jié)樁時就要繼續(xù)接上一節(jié)樁。

第三，在進行鋼管樁作業(yè)期間，為了確保樁垂直度合理，此時就要求改善壓樁支架，先利用鋼板穩(wěn)固千斤頂以及支架，接著再在樁位正上方進一步鉆定位孔，把支架中心對準定位孔，接著于筏板下端設置撞螺栓穩(wěn)固支架，最后再充分利用斜撐以及長方形鋼箍穩(wěn)固各個支架。值得注意的是，此時要采取水平尺以及鉛錘明確實際垂直度。

第四，針對鋼管樁各節(jié)的銜接位置，施工人員要優(yōu)先采取焊接接頭，而針對接樁位置的坡口，要求設置45°，焊縫等級屬于二級，在作業(yè)過程中，要求及時探傷檢測焊縫進行超聲波，檢測結果分為Ⅰ級或者Ⅱ級。

第五，除了最上一節(jié)之外的鋼管樁中灌注水泥漿，采取P.O42.5水泥，且水灰比為0.5。在凝固水泥漿期間，注意回灌，如此一來就能夠避免水泥漿凝固緊縮，等到水泥漿凝結之后方可繼續(xù)下一節(jié)的鋼管樁作業(yè)。

第六，在基礎底面混凝土上鉆孔植筋，植筋深度大約是0.3 m，且基礎底面之下引出的鋼筋直徑大約是0.3 m。

第七，依據基礎底面與倒數(shù)二節(jié)鋼管樁間的間隔，施工人員需要截留鋼管，同時在上、下兩側壁上各自留出大約10 mm的返氣孔以及灌漿孔。

第八，施工人員要把基礎底面延伸出的鋼筋放置在最前面的鋼管樁中，同時還要求把這一節(jié)鋼管下側和倒數(shù)第二節(jié)鋼管樁聯(lián)結在一起，而上側和基礎底面縫隙，就要求采取環(huán)氧樹脂予以嚴密封堵。

第九，從灌漿孔內繼續(xù)注入灌漿料，等到返氣孔冒漿之后，再堵塞好返氣孔，同時要求繼續(xù)加壓到0.1～0.2 MPa，接著再繼續(xù)堵塞灌漿孔。

第十，在作業(yè)過程中，施工人員還要求實時監(jiān)測石灰石粉倉周邊的沉降情況，均勻地設置S1、S2、S3以及S4四處監(jiān)測點。

第十一，為了進一步提升工作坑區(qū)域樁中的側阻力，此時要求利用C15混凝土完成回填，為了縮小回填混凝土和基礎底面間的縫隙，在實際回填之前，施工人員還需要在工作坑頂留出一定的注漿管，在回填結束之后，再繼續(xù)采取注漿管繼續(xù)灌注水泥漿，如此一來就能夠穩(wěn)步填充縫隙。

5 坑式靜壓樁施工的主要問題分析

首先，施工期間的壓樁力通常不低于單樁豎向承載力特征值的兩倍，不過依然有部分樁無法契合該條件，在相隔2～3 d后，壓樁力可以提升到單樁豎向承載力特征值的兩倍，由此出現(xiàn)壓力滯后的問題，該問題在其他項目中也依然存在，引發(fā)這一問題的原因包括如下幾點：其一，樁周土在沉樁期間被擠壓擾動，大幅度減小了強度，粘性土的觸變效用能夠使損失程度減小。其二，在實際壓樁期間，樁的擠壓環(huán)節(jié)能夠提升土體的總應力，增加超孔隙水壓力，而一旦沉樁結束，此時的超孔隙水壓力就會漸漸消失，進而固結樁周土，土的強度漸漸回歸或者超過其原本強度。其二，在實際壓樁期間，壓樁力在前幾節(jié)施工中浮動不明顯，而壓到0.5倍樁長之后，此時壓樁力就會出現(xiàn)快速變化，這主要是因為樁尖從軟土層穿越到硬土層側阻力上升引發(fā)的。而且2至10號樁在壓到較高值之后，還會出現(xiàn)相應降低，如此一來就代表2至10號區(qū)域穿過了軟—硬—軟三種不同的地層。第三，在施工期間，各個測點出現(xiàn)了不同程度的沉降起伏，不過沉降變化相對很小。而在部分回填工作結束之后，沉降水平明顯上升，這可能與石灰石粉倉增加荷載相關，不過在30 d后，沉降又漸漸趨于平穩(wěn)。除此之外，各個觀測點信息區(qū)別不大，這就代表沉降屬于均勻沉降，同時沉降值達到了低于200 mm的設計標準。除此之外，在施工中還會遇到的其他問題，比如當西側樁體壓到第十節(jié)的情況下，此時壓樁力高達38 MPa，這就說明壓樁力已經契合設計標準，壓樁深度為16.5 m，而由于并未契合設計持力層，在進一步進行試壓之后，觀察到樁體已經處在微微晃動的情況下，而且在壓樁力高達40 MPa的情況下爆樁，樁頭混凝土迅速下落，這就可以估算出樁體在第十節(jié)樁壓入后遭到大石等阻礙物，此時施工人員要及時清理樁頭壓松散的混凝土，繼續(xù)鑿平，接著再切斷上部外露的鋼筋，因為它們的壓樁力契合設計標準，那么就可以要求在其上焊接預埋板后，在上方連接一個1.2 m的樁體封樁，同時還要求在樁體周邊灌出一定的微膨脹混凝土，與原基礎墊層合為整體。

6 結束語

根據坑式靜壓樁在舊樓加固改造中的應用，可以獲得如下結論：首先，針對工程空間較為狹小，不允許受損且自重相對較大的建筑體，采取坑式靜壓樁加固具備可行性，同時還能夠充分發(fā)揮針對性強且可控程度高的優(yōu)勢。其次，施工人員將千斤頂和支架穩(wěn)固成一個整體，如此一來就可以更為高效地提升樁的垂直度。第三，在工作坑上端，安置注漿管完成回填后的補漿工作，可以在一定程度上填充混凝土回填過程中遺留的縫隙。第四，鋼管樁的壓樁力具備時效性以及突變性，這在很大程度上受壓樁期間土的觸變性、孔隙水壓力以及地層變化方面的影響。第五，在實際加固期間，相關人員要實時監(jiān)測沉降情況，然后依據監(jiān)測反饋情況決定是否開始下一個環(huán)節(jié)，牢牢秉持“動態(tài)設計，信息作業(yè)”的基本理念，從而保證加固建筑工程的安全可靠性。