錨桿靜壓鋼管技術(shù)在軟土地基加固中應(yīng)用

張辰田

（雄安新區(qū)規(guī)劃建設(shè)局，河北 保定 071703）

0 引言

當(dāng)前大量工程需要在軟土地區(qū)實施，這也對建設(shè)工程各環(huán)節(jié)提出了越來越高的要求。倘若勘察設(shè)計不到位、監(jiān)管工作的不細(xì)心、施工質(zhì)量的不過關(guān)等一系列問題出現(xiàn)，就會導(dǎo)致建筑物在使用過程中出現(xiàn)地基下沉、上部結(jié)構(gòu)開裂、整體傾斜等現(xiàn)象，工程事故時有發(fā)生且形式復(fù)雜多變，對人們的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。如果不及時采取合適的技術(shù)手段加固和糾偏原建筑，將會使建筑物整體埋下傾覆的嚴(yán)重隱患。因此加強對軟基加固技術(shù)研究具有重要意義。當(dāng)前關(guān)于軟基加固技術(shù)研究，具有代表性研究較多：鄧勇華[1]重點對公路工程軟土地基特點與常用的幾種軟基處理方法進(jìn)行對比分析，如深層水泥攪拌法、強夯法、排水固結(jié)法。曹永華，李衛(wèi)，劉天韻[2]共同研究用平板泡沫搭設(shè)的浮橋，提供了一個穩(wěn)定性可以滿足使用要求的作業(yè)面，實現(xiàn)了超軟土上的材料倒運。結(jié)合浮橋搭設(shè)的隔水擋埝，實現(xiàn)了大面積超軟土的分區(qū)加固。通過泥面鋪設(shè)編織布和無紡布，實現(xiàn)了超軟泥面打設(shè)排水板。最后給出了典型工程應(yīng)用。賈鈺仁[3]研究表明：通過合理選取CFG 樁設(shè)計參數(shù)，并對其施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，CFG 樁基加固技術(shù)有效改善了軟土地基的強度與穩(wěn)定性，減少了軟土地基在后續(xù)施工與運營過程中的沉降，確保了鐵路路基沉降滿足設(shè)計要求，從而提高了鐵路的運行舒適性與安全性。關(guān)于房屋建筑軟基加固技術(shù)研究，黃濤[4]研究認(rèn)為高層住宅建筑施工對于軟土地承載力的要求較高，他僅研究了對軟土地基進(jìn)行預(yù)加固，研究結(jié)果表明預(yù)加固能夠提高建筑工程的施工質(zhì)量，符合實際建筑工程的施工要求。周海鵬[5]分析了國內(nèi)房屋建設(shè)工程中軟土地基施工現(xiàn)狀和施工處理特點，并對軟土地基相關(guān)處理技術(shù)進(jìn)行闡述，最后就軟土地基處理的管理要求進(jìn)行強調(diào)，對于提高房屋建設(shè)工程中軟土地基處理具有一定的借鑒意義。但將錨桿靜壓鋼管技術(shù)應(yīng)用軟土地基加固研究并不是很多，筆者發(fā)現(xiàn)只有張繼文[6]以含缺陷樁的原群樁基礎(chǔ)為加固對象，研究錨桿靜壓加固樁參數(shù)對加固效果的影響，最后通過分析鋼管樁長期持荷試驗結(jié)果，得到了軟土蠕變對于樁基長期沉降的影響。而將錨桿靜壓鋼管技術(shù)應(yīng)用于房屋、住宅等的軟土地基加固研究更是罕見。由于錨桿靜壓鋼管技術(shù)具有施工過程不會發(fā)生噪音，沒有震動，沒有油煙，環(huán)保性較高，而且一天24 小時施工，不受季節(jié)性約束，且移位靈活，加固機理直觀可靠，對周圍建筑影響小，經(jīng)濟效益高，是軟土地基加固中一種非常理想的加固技術(shù)，適合在城市建筑工程項目中應(yīng)用，由此本文將以我國南方某小區(qū)高層住宅為例，探討錨桿靜壓鋼管技術(shù)在軟基加固中應(yīng)用。

1 基本概念簡述

錨桿靜壓鋼管技術(shù)：就是一種建筑施工過程中的加固技術(shù)。在建筑施工中，以建筑物的重量作為反作用力，運用事先準(zhǔn)備好的施工設(shè)備，如抗拔錨桿，壓樁架和千斤頂，把鋼管運用施工設(shè)備分段分批地壓入施工區(qū)域的土體中，增大壓樁的壓力，使其達(dá)到原始設(shè)計需求的兩倍。完成之后再在樁孔內(nèi)插入錨固鋼筋，并灌入混凝土封樁。在我國的建筑業(yè)中已經(jīng)使用多年，反響很好，錨桿靜壓樁在建筑施工中，被用于地基加固、托換、糾偏等方面，具備很多優(yōu)勢，應(yīng)用范圍也很廣泛[7]。

2 工程概況

本論文以南方某小區(qū)高層住宅為例，闡述錨桿靜壓鋼管技術(shù)在軟土地基加固中的應(yīng)用[2]。地址位于海南省某市的一個靠近海邊的地方。小區(qū)內(nèi)共有27 棟11 層高層住宅及1～2F 配套用房，該小區(qū)住宅的基礎(chǔ)形式為承臺樁基礎(chǔ)，沒有地下室結(jié)構(gòu)。這個小區(qū)的高層建筑都存在一定范圍的沉降。論文選取其中的一棟樓房作為研究對象，展開分析探討，這棟樓為11 層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑高度是31.9m。建筑總面積是5 460m2?；A(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，樁采用預(yù)應(yīng)力離心混凝土空心方樁。這棟建筑物的四周都是大片的水域。距離北側(cè)大約300m 的地方是一條河流，距離南側(cè)0.5km 的地方，是為了美化小區(qū)而建造的人工湖。距離該建筑小區(qū)1.4km 的地方則是浩瀚無際的大海。該建筑小區(qū)所在地的地下土層成分主要為填土和淤泥質(zhì)土。它的土層特征分布如圖1 所示。

圖1 某建筑小區(qū)地下土層分布特征示意圖

第①層是雜填土，厚度0.7～3.7m。第②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，厚度1～5m。該土層的特點是流塑，壓縮性，很大很高，其中摻雜有黑色有機質(zhì)條帶，局部有軟塑狀粉質(zhì)黏土，土質(zhì)顆粒大小不等，均勻性差。第③I 層是粉質(zhì)黏土夾粉土，這一土層的分布特點是比較均勻，厚度大約在6～7m 之間。土質(zhì)軟塑，狀態(tài)為厚層，內(nèi)部摻雜有很多粉土團塊，它的部分區(qū)域主要的土質(zhì)結(jié)構(gòu)是粉土，呈現(xiàn)的層次為，由稍密過渡到中密狀，土質(zhì)特點：土質(zhì)顆粒參差不齊，均勻性差。③II 層土質(zhì)主要是粉土，特點是由稍密過渡到中密，土質(zhì)較濕，表現(xiàn)形式為厚層狀，土質(zhì)中摻雜有一些貝殼碎片，壓縮性低，土質(zhì)不夠均勻。這一層局部分布，是第③⑴層的夾層，第③⑵層是粉土，土質(zhì)特征分布規(guī)律為由稍密過渡到中密，粉土層中摻雜有一些貝殼碎片，壓縮性偏低，其中還有一黏性土薄層，土質(zhì)顆粒大小不等，不夠均勻。第③III 層為粉質(zhì)黏土夾粉土，厚度4～5m。軟塑，中等壓縮性。摻雜有很多粉土團塊，部分區(qū)域以粉土為主，分布狀態(tài)為稍密-中密狀，土質(zhì)顆粒大小不等。第③IV層粉質(zhì)黏土摻雜著粉土，這一層的厚度為5～6m。軟塑，厚層狀，中等壓縮性，摻雜有很多粉土團塊，部分區(qū)域的土質(zhì)主要是粉土，分布的狀態(tài)呈稍密-中密狀，土質(zhì)顆粒大小不等。第③IV ⑴層是粉土，組織的密度為中度，濕度很大，厚層狀，其中摻雜有一些貝類碎片，導(dǎo)致該土層的壓縮性很低，土質(zhì)顆粒也大小不等，均勻性差。第④層的土質(zhì)主要成分是淤泥質(zhì)黏土，流塑，壓縮性很大，其中還含有一粉土薄層，土質(zhì)顆粒大小不等，均勻性差，部分區(qū)域含有軟塑狀粉質(zhì)黏土。這一層的層底埋深通常情況下為33～41.6m，層厚7.7～15.9m。第⑤1層土質(zhì)的主要成分為粉質(zhì)黏土夾粉土，厚度為5～10.5m，軟塑，厚層狀，壓縮性居中，其中摻雜著很多粉土團塊，部分區(qū)域為粉土，土質(zhì)均勻性一般。⑤11 層土質(zhì)為粉土，密度居中。濕度很大，厚層狀，其中摻雜著一些貝殼碎片，中等偏低壓縮性，其中摻雜一黏性土薄層，土質(zhì)均勻性差。⑤I 層為夾層。⑤II 層的土質(zhì)是粉質(zhì)黏土夾粉土，土層的厚度為1.5～5.7m，軟塑，厚層狀，中等壓縮性，土層中摻雜著很多粉土團塊，部分區(qū)域的土質(zhì)是以粉土為主，呈中密狀，土質(zhì)顆粒大小不等，均勻性一般。⑤III 層土質(zhì)為粉土，厚度在2.0～5.0m，中密，其中摻雜著一些貝殼碎片。土質(zhì)的壓縮性很低，摻雜著黏性土薄層，土質(zhì)顆粒大小不一，均勻性一般。這一層的土質(zhì)特別好。部分區(qū)域缺失，是⑤II 層的夾層[8]。

3 沉降分析

這個小區(qū)的高層住宅在施工建設(shè)的時候，施工單位就邀請相關(guān)的測量單位對整個住宅樓的建筑主體展開了詳細(xì)的觀測。該棟建筑物設(shè)置了8 個觀測點。分別是建筑物的4 個角和中間的混凝土結(jié)構(gòu)的墻體部分。具體的觀測點的平面設(shè)置如圖2 所示。

圖2 建筑物監(jiān)測點平面示意圖

這個高層住宅的具體情況如下，長40.2m，寬12.32m。竣工于2019 年3 月。整棟住宅小區(qū)的累計沉降量大約150mm?？梢詼y得它的沉降速率大約為1.5mm/d，本次觀測發(fā)現(xiàn)，整棟小區(qū)發(fā)生沉降較為均衡，整棟建筑并沒有出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。經(jīng)過分析認(rèn)為，因為該小區(qū)住宅在施工建設(shè)的時候運用的是樁基基礎(chǔ)，那么它的沉降量有些過大，經(jīng)過研究探討得出的結(jié)論有以下幾個方面：第一，施工建筑區(qū)的地下土層中存在著大量的淤泥質(zhì)土，而且土層的含水量非常大，壓縮性也非常大，這樣就使得泥土的承載力太小，會導(dǎo)致地面上的建筑物出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)傾斜變形等。第二，測量單位在觀測過程中對該建筑也有了很多了解。這棟高層住宅在施工前期的圖紙設(shè)計中，樁長原本設(shè)定為40m，后來在具體的施工過程中，因為受一些自然條件和人為因素的制約，樁長進(jìn)行了調(diào)整，減少到25m 左右，持力層的承載力被人為減小。在該建筑的地下土層中存在粉質(zhì)黏土夾粉土，壓縮性較弱，這樣的情況就制約了他的基礎(chǔ)承載力不能夠達(dá)到設(shè)計的要求標(biāo)準(zhǔn)。第三，小區(qū)的高層住宅對地下土層結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有建筑樁基礎(chǔ)持力層的下面存在一層淤泥質(zhì)黏土，壓縮性很高，土層的厚度大概為7.7～15.9m。這一層土受到附加應(yīng)力的影響，出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，發(fā)生變形。這樣就使得整個高層小區(qū)住宅基礎(chǔ)下降，各方面的專家根據(jù)實際的數(shù)據(jù)和相關(guān)情況，決定采用錨桿靜壓樁加固措施，使樁長達(dá)到設(shè)計的持力層。

4 地基加固方案設(shè)計

小區(qū)的高層住宅建筑的沉降和傾斜都是均衡的，這種情況下，采用錨桿靜壓樁加固[3],就能夠很有效控制該住宅小區(qū)的高層建筑的沉降，靜壓錨桿樁采用鋼管樁，規(guī)格為直徑（d）是377mm，鋼管的壁厚（h）為10mm 質(zhì)Q360b，壓樁工序施工操作結(jié)束后，在樁內(nèi)灌注C20 細(xì)石混凝土，樁長超過46m,樁身插入⑤II 層粉土必須大于1m。單樁承載力特征值為1 000kN，壓樁力要大于2 000 kN,參考該住宅小區(qū)的重量，安插了40 根錨桿樁，靜壓樁采用雙控。如果在加固過程中需要停下的時候，鋼管樁的一端安插于軟土層中，停壓的時長不能大于1d。鋼管樁的尖端必須符合設(shè)計要求的深度，在壓樁施工操作過程中，如果壓樁力大于設(shè)計單樁承載力1.5 倍，時長大于5min 的時候要停止壓樁，接樁施工工藝如圖2。具體的操作過程中要注意以下幾項：第一，承臺需進(jìn)行水磨鉆配合人工風(fēng)鎬開孔，出現(xiàn)孔頂窄、孔底寬的梯形孔，要求標(biāo)準(zhǔn)為上口邊長L＜450mm，下口邊長L＜550mm，在施工過程中，一定要注意保護好承臺，不讓它因施工造成損傷。第二，壓樁架必須維系垂直狀態(tài)，錨固螺栓需要隨時隨地擰緊松動的螺母；第三，施工操作過程中，就位的樁節(jié)需維系豎直狀態(tài)，這樣才可以讓千斤頂、樁節(jié)及壓樁孔軸線重臺，壓樁要墊上鋼板或者是樁墊，安裝好鋼樁帽之后才可以開展壓樁工作。

圖3 靜壓錨桿樁接樁施工工藝

5 地基加固

按照該小區(qū)高層住宅沉降監(jiān)測報告數(shù)據(jù)，第1 步要對沉降面積比較大的地方開展壓樁施工，由于在小區(qū)高層住宅的底部設(shè)置了預(yù)應(yīng)力方樁，而且這個高層住宅的外墻已經(jīng)裝飾完畢，建筑的承臺基礎(chǔ)面積很小，這就給設(shè)置錨桿樁帶來了難度。尤其是一些很窄小的區(qū)域，如樓梯間，電梯井筒等必須先調(diào)整好位置或者加大基礎(chǔ)承臺的面積才可以展開施工[5]。在具體的施工建筑過程中，容易出現(xiàn)以下問題：第一，外墻的影響，由于該小區(qū)的建筑外墻外部承臺面積很小，無法進(jìn)行施工操作，可把外部錨桿樁設(shè)置到室內(nèi)，為了達(dá)到施工效果，必須讓其和設(shè)計中原有的室內(nèi)樁對稱布置，如BX6 軸、BX10 軸、BX20 軸及BX24 軸承臺。第二，由于電梯已經(jīng)安裝完畢，電梯井筒內(nèi)部樁的安裝就沒有空間可以進(jìn)行操作，所以為了施工安裝。需要把電梯井筒內(nèi)設(shè)計中原有的BX8 軸、BX22 軸的外側(cè)承臺做進(jìn)一步的深加工，把其面積加大，高度加高，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，澆筑早強灌漿料，待其成型穩(wěn)固后，再展開施工操作。第三，由于高層住宅的樓梯間第一階梯段影響，不能開展壓樁操作，承臺基礎(chǔ)樁位間距太小，不能移樁，通過與建筑單位進(jìn)行溝通，刨掉第一階梯進(jìn)行壓樁施工，之后再重新澆筑第一階梯。第四，因為原來的施工單位偷工減料，導(dǎo)致承臺混凝土的澆筑質(zhì)量特別差。進(jìn)行錨桿樁施工的時候，由于壓樁力超過了承臺的承載力范圍，而導(dǎo)致承臺出現(xiàn)開裂、破損等現(xiàn)象。原高層住宅的承臺不能夠進(jìn)行錨桿施工[9]，所以，需要先把破損承臺重新加高，由原承臺800mm 增至1 200mm。第五，按照專家提出的建議，補樁后的承臺抗沖切能力降低，為了解決這一難題，可以把原承臺由800mm 增加至1 000mm。

6 加固效果分析

在壓樁施工的時候，建筑物的沉降幅度越來越大。壓樁施工自2021 年2 月10 日開始，到5 月15 日結(jié)束，在將近一百天的時間內(nèi)，建筑物的沉降幅度是108.7mm。根據(jù)具體的施工情況和相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，可以找到沉降的主要原因，是向壓樁帶來的附加沉降[7]。壓樁施工過程中，樁端的阻力與樁側(cè)的摩擦力使土體下降。壓樁施工中，樁周圍土體強度降低，導(dǎo)致原地基的平均壓縮模量下降，因為受到荷載的影響，出現(xiàn)變形。為了解決這一問題，在2021 年3 月7 日，施工單位進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力封樁，到了2021 年10 月15 日，再一次對建筑物沉降情況進(jìn)行觀測，各監(jiān)測點的沉降速率為0.31mm/d。沉降幅度越來越小，到了2021 年年底的時候，該高層住宅沉降率就下降到0.08 mm/d。按照《建筑物沉降觀測辦法》（DGJ32/J 18-2006）規(guī)定，該高層住宅小區(qū)達(dá)到竣工標(biāo)準(zhǔn)[10]。

7 結(jié)論

通過論述南方某小區(qū)高層住宅采用錨桿靜壓樁技術(shù)對軟土地基進(jìn)行加固，根據(jù)觀測到的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以充分認(rèn)定它在建設(shè)施工中的可行性。只要慎重設(shè)計、慎重施工，掌握好施工步驟，處理好新老基礎(chǔ)的承載力和上部結(jié)構(gòu)的整體剛度，可以大大地降低土建造價，縮短施工周期。取得了較好的經(jīng)濟效率與社會效率，在舊城改造過程中能夠廣泛應(yīng)用。