加固軟地基建筑物基礎(chǔ)的錨桿靜壓樁施工技術(shù)研究

白 竺

（北京都市霍普建筑設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430000）

部分建筑物使用年限過長(zhǎng)，沒有進(jìn)行有效地加固維護(hù)，容易受形變作用影響導(dǎo)致建筑物處于失穩(wěn)狀態(tài)，從而出現(xiàn)使用性能受限問題；另一方面，很多軟土地基建筑物受土質(zhì)變化的影響，會(huì)出現(xiàn)明顯的不均勻沉降問題，導(dǎo)致建筑物傾斜開裂，甚至徹底損壞。為提高軟土地基的承載力，降低建筑物負(fù)載，需要設(shè)計(jì)一種有效的軟地基建筑物加固施工技術(shù)。

事實(shí)上，軟土地基的厚度較深，整體含水量較高，具有良好的壓縮性能，但強(qiáng)度不足，不滿足部分大型建筑的施工要求，在施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)地基破壞[1]，建筑物移動(dòng)等問題。錨桿靜壓樁是一種新型反力壓樁，主要根據(jù)錨桿的錨固作用進(jìn)行建筑物加固，降低建筑物的荷載，避免建筑物出現(xiàn)沉降、傾斜等問題[2]。錨桿靜壓樁施工使用的工具較簡(jiǎn)單，不會(huì)影響施工工期，而且施工靈活性較強(qiáng)，因此被廣泛地應(yīng)用在大多數(shù)軟土地基施工中，但常規(guī)的錨桿靜壓樁軟土地基加固施工技術(shù)的錨桿預(yù)埋過程復(fù)雜，易受膨脹鋼筋砼樁帽形變作用影響，導(dǎo)致建筑物垂直沉降過高[3]，因此，需要設(shè)計(jì)一種全新的加固軟地基建筑物基礎(chǔ)的錨桿靜壓樁施工技術(shù)，降低錨桿預(yù)埋難度。

1 加固軟地基建筑物基礎(chǔ)的錨桿靜壓樁施工技術(shù)

1.1 鑿壓安裝錨桿靜壓樁

在軟地基的背景下[4-5]，為了解決由于膨脹鋼筋砼樁帽形變作用，導(dǎo)致的建筑物垂直沉降過高問題，降低錨桿靜壓樁的預(yù)埋難度，該文使用荷載預(yù)留技術(shù)埋設(shè)靜壓通過樁[6]，使其與建筑的基礎(chǔ)板有效連接。對(duì)需要進(jìn)行荷載預(yù)留的靜壓樁進(jìn)行表面清理和處理，確保樁身表面無油污、水泥疙瘩等雜物。然后安裝導(dǎo)管，在靜壓樁上預(yù)留需要進(jìn)行荷載預(yù)留的位置，即錨桿孔，安裝直徑適當(dāng)?shù)膶?dǎo)管，并且將導(dǎo)管與靜壓樁的鋼筋焊接牢固。通過導(dǎo)管注入高強(qiáng)度的漿液，使導(dǎo)管周圍的土壤形成一個(gè)穩(wěn)定的密實(shí)區(qū)域，同時(shí)也填充了導(dǎo)管和靜壓樁之間的縫隙。然后，在已經(jīng)注漿的導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)行鉆孔，并且將鉆孔內(nèi)的泥沙、碎石等雜物清除干凈，將預(yù)埋件通過導(dǎo)管放入鉆孔內(nèi)，并且使其與注漿區(qū)域緊密結(jié)合，確保預(yù)埋件與靜壓樁之間的連接牢固。需要注意的是在預(yù)留出安裝樁孔中，添加反力架，從而將承臺(tái)作為支架承載支座反力，增加建筑物的承載力。

鑿壓安裝的錨桿靜壓樁的單樁縱向承載力需要預(yù)先進(jìn)行計(jì)算，確保其低于樁體的自重[7]，除此之外，鑿壓的孔口需要比原始的樁截面長(zhǎng)。鑿壓的錨桿靜壓樁必須貼近建筑墻體放置，樁身材料使用方形鋼筋混凝土，保證其邊長(zhǎng)為200mm～300mm，每段靜壓樁都需要根據(jù)建筑高度及施工條件進(jìn)行檢查，計(jì)算樁內(nèi)的主筋直徑，確保樁身的強(qiáng)度滿足錨桿靜壓樁鑿壓安裝需求，此時(shí)的安裝示意圖如圖1 所示。

圖1 錨桿靜壓樁鑿壓安裝示意圖

由圖1 可知，當(dāng)靜壓樁樁身承受拉應(yīng)力時(shí)，可以通過壓樁孔進(jìn)行焊接，使其符合基礎(chǔ)承臺(tái)的承載要求。除此之外，錨桿使用焊箍螺栓材料，其露出頂面的長(zhǎng)度應(yīng)小于120mm。

1.2 錨桿靜壓樁樁基托換加固

待錨桿靜壓樁鑿壓安裝完畢后，需要進(jìn)行樁基托換加固，錨桿靜壓樁樁基托換加固方法是一種常用的樁基加固方法，首先劃分軟土地基建筑物加固區(qū)域，在確定建筑物加固區(qū)域后，對(duì)需要加固的樁基進(jìn)行預(yù)處理，包括清理表面雜物、削平不平整部分和修補(bǔ)裂縫等，確保加固區(qū)域清潔無雜物，并且在一定程度上消除軟土地基建筑物存在的隱患。在預(yù)處理完成后，進(jìn)行建筑物托換，通過千斤頂?shù)容o助工具，將樁基逐漸托起，使其與靜壓樁進(jìn)行緊密地結(jié)合，保證樁基與靜壓樁之間的力學(xué)聯(lián)系。其次，根據(jù)坑外的地形變層關(guān)系調(diào)整基托阻力[8]，將靜壓樁的下端插入基巖中，解決建筑縱向沉降問題，此時(shí)需要計(jì)算樁基托的最大形變量δ，如公式（1）所示。

式中：M為靜壓樁長(zhǎng)度，W為鋼管柱外徑，在均勻荷載作用下，錨桿靜壓樁的最大拉力也發(fā)生了變化，此時(shí)的靜壓樁抗彎強(qiáng)度q如公式（2）所示。

式中：f為側(cè)面荷載，d為內(nèi)徑，D為柱身最大拉力，E為支梁寬度，根據(jù)上述計(jì)算的靜壓樁樁基托換參數(shù)[9]，可以設(shè)置一個(gè)基礎(chǔ)沉降處理懸臂支架，將支架的兩端與靜壓樁樁基固定，該支架結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 樁基托換靜壓樁支架

由圖2 可知，使用上述的樁基托換支架可以有效地進(jìn)行嵌固，連接靜壓樁樁頂，使建筑荷載均勻分布，從而減少建筑的形變量。除此之外，在樁基托換加固后，樁身的承載力得到了提高，避免加固樁基偏離原始位置，降低建筑施工的形變風(fēng)險(xiǎn)。需要注意的是在完成錨桿靜壓樁樁基托換加固后，需要進(jìn)行樁基托換加固檢查驗(yàn)收，嚴(yán)格按照檢查驗(yàn)收規(guī)范制度，對(duì)加固后的樁基進(jìn)行檢查驗(yàn)收，保證加固效果達(dá)到預(yù)期要求。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

X 研究區(qū)域?qū)儆诖笾行徒ㄖこ?，?duì)該工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察可知大部分建筑筏板位于粉質(zhì)黏土上，地基土的承載力偏低，為典型的軟土地基工程，該研究區(qū)域地基的天然孔隙比低于1.5，由湖泊沉積而成，該建筑工程的軟土具有3個(gè)特點(diǎn)，首先，軟土的沉降量偏高，容易出現(xiàn)建筑持續(xù)沉降問題。其次，地基沉降速率快，現(xiàn)場(chǎng)勘查可知，該研究區(qū)域的日沉降量接近1mm，某些特殊天氣下可達(dá)2mm，容易發(fā)生不均勻沉降。最后，研究區(qū)域地基的沉降時(shí)間較長(zhǎng)，具有一定的流變特性，建筑不易達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在施工過程中，某工程的地基持力層不斷壓縮，地基土易發(fā)生剪切破壞，已經(jīng)在不同程度上出現(xiàn)了建筑傾斜濕陷問題，研究區(qū)域的軟土地基組成物理學(xué)性質(zhì)見表1。

表1 地基軟土物理學(xué)性質(zhì)

由表1 可知，研究區(qū)域地基組成復(fù)雜，根據(jù)軟土的物理學(xué)性質(zhì)可以設(shè)置若干個(gè)施工沉降觀測(cè)點(diǎn)，如圖3 所示。

圖3 研究區(qū)域沉降觀測(cè)點(diǎn)

由圖3 可知，根據(jù)上述設(shè)置的觀測(cè)點(diǎn)，在施工過程中選擇在沉降較高的一側(cè)使用錨桿靜壓樁加固，根據(jù)建筑物的自重反力作用將錨桿插入地基中，使建筑物與錨桿成為一體，持續(xù)提供樁基反力。

在沉降觀測(cè)的過程中，首先根據(jù)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的位置進(jìn)行沉降速率分析，記錄此時(shí)的沉降量與沉降差值，判斷建筑物的傾斜狀態(tài)，此時(shí)可以根據(jù)建筑物的荷載變化確定建筑物的形心與中心，設(shè)置10 個(gè)荷載計(jì)算區(qū)域，這些荷載計(jì)算區(qū)域的荷載重心值為184kN～507kN，力臂長(zhǎng)度小于11.1m，待形心與重心計(jì)算完畢后即可分析后續(xù)的施工結(jié)果。

2.2 施工結(jié)果與討論

為驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的加固軟地基建筑物基礎(chǔ)的錨桿靜壓樁施工技術(shù)的實(shí)際施工效果，該文根據(jù)軟土地基建筑承載要求進(jìn)行了施工效果分析，在軟土地基建筑物加固施工完畢后選取某個(gè)中心加固點(diǎn)進(jìn)行觀察，錨樁反壓施工效果如圖4 所示。

圖4 錨樁反壓加固施工效果圖

由圖4 可知，各個(gè)錨樁反壓加固施工點(diǎn)的承載力較高，利用千斤頂增加荷載可以提高基礎(chǔ)底板的下拉力，有效地固定基礎(chǔ)底板，避免建筑物出現(xiàn)垂直沉降，除此之外，上述錨樁反壓點(diǎn)的支撐效果均較好，反力板與反力梁連接緊密，共同作用于筏板頂部，為了提高筏板的連接支撐承載力，該文在錨樁反壓加固點(diǎn)還添加了混凝土墊塊，確保了鋼管樁的平衡性，降低了建筑物在軟土地基的沉降深度。此時(shí)，錨桿靜壓樁兩側(cè)的支撐夾角為90°，處于穩(wěn)定支撐狀態(tài)，可以最大程度上加強(qiáng)了軟土地基建筑施工的可靠性，為進(jìn)一步判斷各個(gè)封裝鋼筋連接點(diǎn)的縱向沉降，該文選取了PT500-SZY 沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)軟土地基建筑加固各個(gè)施工點(diǎn)位的沉降變化情況。

PT500-SZY 沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀可以根據(jù)內(nèi)部設(shè)置的儲(chǔ)液罐頁(yè)面變化準(zhǔn)確地反映出軟土地基的微小沉降，除此之外，該沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀主要使用連通器原理設(shè)置了若干個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，通過對(duì)比基準(zhǔn)點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)高的高度變化來分析建筑物的縱向沉降，有效地提高了監(jiān)測(cè)精度，符合該文的軟土地基建筑加固施工效果分析需求，PT500-SZY 沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀的參數(shù)見表2。

表2 PT500-SZY 沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀參數(shù)

由表2 可知，PT500-SZY 沉降動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)儀的性能良好，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)沉降監(jiān)測(cè)，整體的沉降監(jiān)測(cè)誤差較低，符合施工結(jié)果分析需求，可以使用該沉降監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)該文設(shè)計(jì)的軟土地基建筑物錨桿靜壓樁加固施工技術(shù)施工后，各個(gè)封裝鋼筋連接點(diǎn)的縱向沉降位移，并將其與施工最高允許縱向沉降位移對(duì)比，錨桿靜壓樁加固施工效果見表3。

表3 錨桿靜壓樁加固施工結(jié)果

由表3 可知，使用該文設(shè)計(jì)的軟土地基建筑物錨桿靜壓樁加固施工技術(shù)施工后，各個(gè)封裝鋼筋連接點(diǎn)的縱向沉降位移均低于施工最高允許縱向沉降位移，證明該文設(shè)計(jì)的軟土地基建筑物錨桿靜壓樁加固施工技術(shù)的加固效果較好，加固可靠性較高，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在城市建設(shè)與發(fā)展背景下，我國(guó)的建筑工程數(shù)量越來越多，受地質(zhì)條件的影響，部分軟土地基建筑的可靠性相對(duì)較差，易出現(xiàn)建筑傾斜，沉降等問題，不利于建筑的正常使用，錨桿靜壓樁施工可以降低建筑荷載力，提高建筑在軟土地基的施工可靠性。因此，該文設(shè)計(jì)了一種軟土地基建筑物錨桿靜壓樁加固施工技術(shù)，進(jìn)行施工效果分析，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的軟土地基建筑物錨桿靜壓樁加固施工技術(shù)的施工效果較好，加固可靠性較高，具有一定的應(yīng)用價(jià)值，為軟土地基建筑施工優(yōu)化做出貢獻(xiàn)。