微型鋼管樁在建筑地基加固處理中的應(yīng)用探索

摘"要：微型鋼管樁是一種在建筑地基加固處理中常用的樁型，相較于其他的地基加固方法，其具有強(qiáng)度高、造價(jià)低、施工快、影響小的優(yōu)點(diǎn)。本文以一棟主體施工完成的建筑采用微型鋼管樁工藝進(jìn)行地基加固處理的過(guò)程為例，旨在探索該工藝在此類地基加固案例中的設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn)，對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行探索。本文對(duì)建筑沉降量不均勻問(wèn)題進(jìn)行了原因分析、加固方案比選、設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析、施工要點(diǎn)分析，并對(duì)微型鋼管樁施工過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：微型鋼管樁；加固；單樁豎向承載力；復(fù)合地基承載力

近20年以來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)化的進(jìn)程不斷加快，建設(shè)規(guī)模不斷加大，高層建筑成為住宅類建筑的主流。在工程中，高層建筑地基不均勻沉降的問(wèn)題比較普遍，對(duì)這類問(wèn)題，一般采取地基加固處理。

1"微型鋼管樁概述

目前地基加固的方法中常采用壓樁法，采用的樁型有錨桿靜壓樁、樹根樁以及微型鋼管樁。微型鋼管樁是一種直徑小于300mm的鋼樁，相對(duì)于其他的樁型，微型鋼管樁有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）強(qiáng)度高，抗彎能力大，能承受較大的水平力。鋼樁的力學(xué)強(qiáng)度性能優(yōu)于混凝土樁，抗壓標(biāo)準(zhǔn)值和抗拉標(biāo)準(zhǔn)值接近，有良好的抗彎性能以及抗剪性能。

（2）制造和施工方便。鋼材具有良好的加工性能，可加工成方形、矩形等截面，樁尖的加工也簡(jiǎn)單可控。施工時(shí)采用小型鉆孔機(jī)鉆孔后再送樁，施工方便。

（3）接樁簡(jiǎn)便，質(zhì)量可靠。鋼樁接頭構(gòu)造簡(jiǎn)單，可直接對(duì)焊或套管焊接，施工時(shí)方便快捷。鋼樁質(zhì)量輕，運(yùn)輸起吊均安全方便，成本可控。

在建筑地基加固處理中，微型鋼管樁與土體共同作用，形成由樁間土和鋼管樁樁體組成的復(fù)合地基，以提高地基的承載力，防止建筑的進(jìn)一步沉降和傾斜。這種方法是在微型樁和鋼管樁技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的加固方法。微型鋼管樁適用于淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、砂土、碎（礫）石土以及人工填土等地基處理。常用于地基加固、山體抗滑、邊坡加固等，具有強(qiáng)度高、造價(jià)低、施工快、影響小的特點(diǎn)。

本文依托工程案例，介紹在某項(xiàng)目中使用微型鋼管樁進(jìn)行地基加固處理時(shí)在設(shè)計(jì)、施工方面的一些探索經(jīng)驗(yàn)。

2"加固處理中的應(yīng)用探索

2.1"項(xiàng)目工程基本情況

本工程為一棟18層的住宅樓，局部有1層地下室。樓層?xùn)|西方向長(zhǎng)度約為30m，南北方向?qū)挾燃s為12m，標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積295.21m2，總建筑面積5971m2。該住宅樓為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度6度，框架抗震等級(jí)四級(jí)，剪力墻抗震等級(jí)三級(jí)。土層分布情況由上至下分別為：人工填土①層，欠固結(jié)土，具有高壓縮性，平均2.43m；粉質(zhì)黏土②層，中等壓縮性土，平均厚度為3.11m；細(xì)砂③層，強(qiáng)度低，屬高壓縮性土，平均厚度為3.44m；卵石④層，中等偏低壓縮性，平均厚度為6.92m；灰?guī)r⑤層微風(fēng)化，揭露最大層厚為11.70m。原設(shè)計(jì)中地基采用CFG樁進(jìn)行加固處理，CFG樁直徑500mm，采用正方形布置，樁間距1.6m，樁長(zhǎng)約6～13m，單樁承載力特征值512kN，復(fù)合地基承載力特征值350kPa。主樓采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚度為1.2m，根據(jù)建筑功能的需求，筏板在南北方向有高差。筏板高差示意圖如圖1所示。

本工程主體施工完成后，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，樓棟南側(cè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的平均沉降量為3.68mm，北側(cè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的沉降量為9.43mm，樓棟出現(xiàn)沉降不均勻的問(wèn)題，且此時(shí)樓棟尚未交付使用，荷載尚未施加完成。根據(jù)連續(xù)沉降觀測(cè)的結(jié)果判斷，樓棟南側(cè)沉降變化不大，但北側(cè)沉降有繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)。

2.2"建筑沉降原因分析

北側(cè)沉降有繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)這一現(xiàn)象引起了建設(shè)單位的高度重視，立即組織勘察單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位以及檢測(cè)單位共同商討、分析原因。經(jīng)過(guò)相關(guān)參建方的分析討論，該項(xiàng)目沉降不均勻的可能原因有兩點(diǎn)：一是筏板高差處石粉回填土施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo);二是地基處理施工質(zhì)量驗(yàn)收環(huán)節(jié)管理不到位。

（1）筏板高差處石粉回填土施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。本工程北側(cè)的基礎(chǔ)底面比南側(cè)的基礎(chǔ)地面高出約2m，筏板基礎(chǔ)采用變標(biāo)高設(shè)計(jì)。這種變標(biāo)高筏板基礎(chǔ)正確的施工方式應(yīng)為CFG樁樁頂標(biāo)高跟隨筏板標(biāo)高變化，以確?；A(chǔ)傳力的直接和穩(wěn)定。但施工方因?yàn)檫M(jìn)度要求，施工時(shí)將北側(cè)CFG樁樁頂降低至與南側(cè)齊平，待CFG樁全部施工完畢后，再用石粉（回填材料）將北側(cè)區(qū)域回填至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高。經(jīng)調(diào)查回填施工記錄得知，施工方進(jìn)行回填作業(yè)時(shí)，未按照“分層鋪攤，分層壓實(shí)”的要求進(jìn)行施工作業(yè)，導(dǎo)致2m厚的石粉回填土壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)。

（2）地基處理施工質(zhì)量驗(yàn)收環(huán)節(jié)管理不到位。根據(jù)檢測(cè)公司提供的《工程質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告》，本工程檢測(cè)了三根CFG樁的承載力，檢測(cè)方法為靜載試驗(yàn)，結(jié)果顯示三根樁的承載力均不滿足設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。復(fù)合地基承載力檢測(cè)結(jié)果顯示，三個(gè)測(cè)點(diǎn)的復(fù)合地基承載力檢測(cè)結(jié)果中有一處未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，復(fù)合地基承載力檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

在CFG樁承載力檢測(cè)環(huán)節(jié)中，檢測(cè)報(bào)告明確指出CFG樁承載力未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位未進(jìn)行補(bǔ)樁處理。復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果顯示2#檢測(cè)點(diǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的情況，雖然后續(xù)擴(kuò)大檢測(cè)的結(jié)果滿足，但此問(wèn)題仍然未引起設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位的充分重視，錯(cuò)過(guò)了彌補(bǔ)地基承載力不足的最好時(shí)機(jī)。

2.3"建筑加固方案比選

根據(jù)參建各方的商討，最終決定對(duì)本工程進(jìn)行地基加固處理。對(duì)于本工程出現(xiàn)的沉降不均勻的問(wèn)題，有兩種常用的地基加固方式，一種是采用錨桿靜壓樁，一種是采用微型鋼管樁。

錨桿靜壓樁即利用建筑自重作為反力，用千斤頂將樁段從基礎(chǔ)底壓入持力層，通過(guò)樁周土和樁端土提供承載力。錨桿靜壓樁需要先在基礎(chǔ)內(nèi)植筋，通過(guò)鋼筋與原有基礎(chǔ)連接，以提供壓樁時(shí)的平衡力。此種加固方式需要先安裝好反力架，并將反力架與原有基礎(chǔ)通過(guò)植筋連接，施工工期較長(zhǎng)。由于樓棟沉降的持續(xù)發(fā)展以及項(xiàng)目工期的要求，錨桿靜壓樁不適用于該項(xiàng)目。

微型鋼管樁通過(guò)小型鉆孔機(jī)先引孔，再將微型鋼管樁壓入土層中，然后進(jìn)行化學(xué)注漿，保證樁體與土體的有效融合，形成復(fù)合地基提高地基承載力。此種方式施工簡(jiǎn)便、可在狹小的空間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，微型鋼管樁對(duì)土層的穿透性好、工期短、質(zhì)量可控。

經(jīng)過(guò)方案比選，參建各方最終確定使用微型鋼管樁對(duì)原有地基進(jìn)行加固處理。

2.4"加固設(shè)計(jì)要點(diǎn)

微型鋼管樁復(fù)合地基其本質(zhì)是通過(guò)樁的作用對(duì)原有地基承載力進(jìn)行增強(qiáng)，以達(dá)到加固的目的，其豎向單樁承載力的計(jì)算和復(fù)合地基承載力的計(jì)算均遵循《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》以及《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。對(duì)于本工程中的微型鋼管樁，在進(jìn)行單樁豎向承載力計(jì)算時(shí)應(yīng)注意考慮新近石粉回填土的負(fù)摩阻力影響，在進(jìn)行復(fù)合地基計(jì)算時(shí)，可考慮原有CFG樁對(duì)地基土承載力的提高作用。

單樁豎向承載力計(jì)算。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，鋼管樁的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下列公式計(jì)算：

設(shè)計(jì)選用的微型鋼管樁樁徑160mm，其周長(zhǎng)為502mm，截面面積為20096mm2。根據(jù)本工程地質(zhì)勘察報(bào)告，微型鋼管樁施工區(qū)域的土層厚度分別為：石粉填土層2m，細(xì)砂③層5m，卵石④層6m，進(jìn)入較完整灰?guī)r⑤2層1m，預(yù)計(jì)樁長(zhǎng)14m左右。微型鋼管樁穿越的土層的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值分別為：石粉填土層-20kPa，細(xì)砂③層15kPa，卵石④層120kPa，進(jìn)入較完整灰?guī)r⑤2層230kPa，持力層較完整灰?guī)r⑤2層極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值10000kPa。單樁承載力特征值的安全系數(shù)K=2。本工程微型鋼管樁單樁豎向承載力特征值計(jì)算結(jié)果如表3所示。需要注意的是，在微型鋼管樁單樁豎向承載力計(jì)算過(guò)程中石粉填土層由于是新近填土，應(yīng)考慮其負(fù)摩阻力的作用，計(jì)算時(shí)其中性點(diǎn)以上的樁長(zhǎng)取1m。最終微型鋼管樁的單樁豎向承載力應(yīng)通過(guò)試樁結(jié)果確定。

復(fù)合地基承載力計(jì)算。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，復(fù)合地基承載力計(jì)算公式如下：

FSPK=λMRA/AP+β（1-M）FSK

設(shè)計(jì)選用的微型鋼管樁間距為1600mm，梅花形布置，由此可計(jì)算得面積置換率為0.009，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，F(xiàn)SK取80kPa，λ取0.9，β取0.9，則微型鋼管樁復(fù)合地基承載力FSPK=215kPa。按檢測(cè)報(bào)告提供的CFG樁最低的極限承載力值為539kN，其特征值為269kN，CFG樁復(fù)合地基承載力FSPK=161kPa。采用微型鋼管樁進(jìn)行地基加固處理后，微型鋼管樁和CFG樁兩者共同對(duì)原有地基承載力有提高作用，最終的復(fù)合地基承載力應(yīng)為兩種復(fù)合地基承載力之和，即215+161=376kPa。根據(jù)計(jì)算表明，經(jīng)過(guò)微型鋼管樁加固處理后的復(fù)合地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.5"加固施工要點(diǎn)

（1）試樁。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》的要求，本工程擬選取工程總樁數(shù)1%且不少于3根樁用于試樁，選取的樁不應(yīng)是工程樁。本工程共計(jì)88根鋼管微型樁，經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理與建設(shè)單位共同商定，本工程選取3根樁進(jìn)行試樁。

根據(jù)表4試樁的結(jié)果，3根微型鋼管樁的單樁豎向極限承載力實(shí)測(cè)值均大于設(shè)計(jì)要求。

（2）成孔。微型鋼管樁成孔質(zhì)量應(yīng)控制放線定位質(zhì)量以及樁孔垂直度。首先，應(yīng)對(duì)每個(gè)樁位進(jìn)行放線定位，依據(jù)施工圖紙精準(zhǔn)進(jìn)行放線作業(yè)，放線完成復(fù)核無(wú)誤后方可進(jìn)行下一步的鉆孔作業(yè)。其次，鉆機(jī)鉆孔時(shí)應(yīng)注意控制鉆機(jī)鉆頭的垂直度，鉆頭的垂直度直接決定了鉆孔的垂直度，而垂直度偏差是微型鋼管樁質(zhì)量驗(yàn)收的主控項(xiàng)目之一，開始鉆孔時(shí)應(yīng)采用經(jīng)緯儀復(fù)核鉆頭的垂直度。

（3）送樁。微型鋼管樁送樁質(zhì)量應(yīng)控制樁身質(zhì)量以及樁身垂直度。首先，應(yīng)檢驗(yàn)微型鋼管樁的樁身質(zhì)量，樁徑不足、樁身彎曲或破損的微型鋼管樁屬于不合格產(chǎn)品，應(yīng)做退場(chǎng)處理，不得用于工程項(xiàng)目中。其次，送樁過(guò)程中應(yīng)注意控制樁身的垂直度，在施工孔位旁應(yīng)設(shè)置兩臺(tái)經(jīng)緯儀，使用經(jīng)緯儀來(lái)檢測(cè)地面與樁身的垂直度，確保樁身垂直度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。兩臺(tái)經(jīng)緯儀與樁身成90度設(shè)置，以控制樁身兩個(gè)方向的垂直度。送樁前期應(yīng)慢速均勻，如發(fā)現(xiàn)垂直度偏差，應(yīng)立即停機(jī)校正，當(dāng)樁入土深度達(dá)到2m以上時(shí)，嚴(yán)禁采用通過(guò)機(jī)身扳回糾偏的方法，必要時(shí)應(yīng)拔出鋼管樁，重新校正后再送樁。接樁時(shí)應(yīng)先檢測(cè)鋼管樁的垂直度，上下兩根樁身的中心線應(yīng)一致并保持垂直，避免上下樁不垂直導(dǎo)致的垂直誤差在送樁過(guò)程中不斷累計(jì)的問(wèn)題。

（4）注漿。微型鋼管樁注漿質(zhì)量應(yīng)控制孔內(nèi)注漿質(zhì)量以及孔外注漿質(zhì)量。注漿質(zhì)量控制首先應(yīng)檢驗(yàn)注漿材料是否滿足設(shè)計(jì)要求，本工程孔內(nèi)注漿采用C30細(xì)石混凝土，孔外（樁身與土體之間）采用化學(xué)灌漿料?？變?nèi)灌漿管與微型鋼管樁樁身一同送入樁孔中，送樁完畢后，通過(guò)注漿管將C30細(xì)石混凝土送入樁身內(nèi)。注漿時(shí)應(yīng)緩慢穩(wěn)定地提升注漿管，保證細(xì)石混凝土填充密實(shí)?？淄庾{應(yīng)保持適當(dāng)壓力，保證樁土形成整體，共同作用。

2.6"加固實(shí)際效果

本工程在微型鋼管樁的施工過(guò)程中，也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。在鉆孔完成將近1/3時(shí)，出現(xiàn)了樓棟沉降加大的趨勢(shì)，經(jīng)參建各方商討分析，樓棟沉降加大的原因極有可能是鉆機(jī)鉆孔對(duì)石粉回填層的擾動(dòng)，破壞了原有的土力平衡條件。對(duì)此，參建各方?jīng)Q定暫停鉆孔施工，對(duì)已成孔的樁位進(jìn)行送樁和注漿處理，同時(shí)在后續(xù)的施工中，采用“邊成孔，邊成樁”的施工方案，以降低施工對(duì)石粉回填層的擾動(dòng)影響。改變施工方案后，經(jīng)觀測(cè)未再出現(xiàn)沉降急速加大的情況。

本項(xiàng)目的地基加固處理施工作業(yè)完成后，檢測(cè)單位對(duì)該樓棟的沉降量進(jìn)行了持續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果表明，該樓棟沉降持續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)已停止，樓棟沉降趨于穩(wěn)定，樓棟的整體沉降量和沉降差符合規(guī)范要求。微型鋼管樁地基加固工藝在該項(xiàng)目中取得了良好效果。樓棟的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)見表5，表5中1#2#3#點(diǎn)位于樓棟南側(cè)，4#5#6#點(diǎn)位于樓棟北側(cè)。

3"結(jié)論

本文通過(guò)某工程案例對(duì)微型鋼管樁在建筑地基加固處理中的應(yīng)用進(jìn)行了分析和探索，對(duì)沉降量不均勻問(wèn)題進(jìn)行了原因分析、加固方案比選、設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析、施工要點(diǎn)分析，并對(duì)微型鋼管樁施工過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行了探討。微型鋼管樁質(zhì)量可靠、成本可控、施工簡(jiǎn)便，是一種科學(xué)可行的地基加固方式，只要在加固設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)施工，就會(huì)達(dá)到良好的加固效果。

我國(guó)的建筑行業(yè)經(jīng)過(guò)了數(shù)十年的高速發(fā)展，目前建筑也正在由高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型，工程建設(shè)的相關(guān)各方應(yīng)秉持科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的工作態(tài)度，認(rèn)真地完成每一個(gè)項(xiàng)目。

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基金項(xiàng)目：廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2022年校級(jí)在線精品課程［建筑識(shí)圖與房屋構(gòu)造（下）］

作者簡(jiǎn)介：陳冬（1983—"），男，漢族，廣西桂林人，學(xué)士，高級(jí)職稱，研究方向：建筑工程技術(shù)、建設(shè)工程監(jiān)理。