实例分析：极限压力达700t的锚杆静压桩设计
陈望银，戴标兵
[摘 要] 某综合消费圈补桩工程采用了静力压桩技术，设计要求补桩需穿透第⑦层土进入第⑨层土，根据理论计算，桩极限压力可达近700t。根据这一要求，施工单位依据工程特点设计了新型的拉、压相结合的压桩反力架，本文对此作了详细阐述。
[关键词] 沉桩 静压 桩架 锚固 拉杆 压杆
锚杆静压桩是锚杆和静力压桩技术结合形成的一种桩基工艺，其组成的两大部分为抗拔锚杆和静压桩。在锚杆静压桩的压桩过程中，利用液压设备向桩施加一定的压力，而通过锚杆将反力传至已有的结构，如此将桩压至设计标高。它作为一种新的沉桩技术，已在地基加固、补桩、基础托换、纠偏等方面充分发挥出其施工方便、环保、多快省、质量有保证等特点。与其它沉桩技术相比，它具有施工时无振动、无噪声、设备简单、操作方便、移动灵活、可在场地和空间狭窄的条件下施工等优点。通常作法是：利用原基础砼底板，通过锚杆静压桩的设备将桩在砼底板开孔处压入地基土中，然后连接桩的顶部和基础底板，形成整体后使新的桩参与原建筑物的基础（地基）一起承受荷载。
上海地区的土质属于长江三角洲冲积层，基本上是饱和的软粘土层。在以往锚杆静压桩的施工实践中，用于基础托换和纠偏作用的静压桩一般只进入第⑦层土，以第⑦层土作为桩尖持力层。其反力桩架一般是在两个立柱上方安装反力梁，反力梁的下方设置千斤顶，立柱的下端通过锚杆与已有结构基础相连。这种传统的反力装置与基础仅有两个接触面，承受的压桩反力较小，因而压桩深度小。
在上海新世界综合消费圈的补桩工程中，为了保证桩的承载力，设计要求将钢管桩压入第⑨层土下5～6m，总长度达到63m。根据理论计算，桩极限压力可达近700t。穿透第⑦层土、进入第⑨层土的锚杆静压桩目前在上海软土地质的条件下尚无记载。对于如此大吨位超长的锚杆桩，必须对桩架进行改进。
1 工程概况
某综合消费圈位于凤阳路和西藏路夹角处，由现新世界商城和原上海远东娱乐广场组成。其中远东娱乐广场为一停建工程，其两层地下室和两层上部结构已完成，现业主拟将两幢大楼连接为一个整体。由于设计对该娱乐广场进行了结构修改，其自身桩基承载力已不够，除对大楼本身需进行基础托换加固处理外，还应对其外扩部分（两楼连接区域）进行补桩施工。由于连接区域西北角实际场地相当狭小，此处设计了7根锚杆静压桩。锚杆静压桩桩材料为Q345钢管，规格为φ478mm×16mm，单节桩长1.8m，桩距为2~2.5m，并采用种植在两侧结构上的φ32mm钢筋作为抗拔锚杆。其它区域施工条件尚可，设计采用了钻孔灌注桩方案，此种沉桩工艺较为成熟，本文不作介绍。
7根锚杆桩位于两楼之间西北角约4.6m宽、30m长的狭长区域内，该补桩施工区域邻近有地铁一号线隧道通过，并同时穿过新世界商城和原远东广场娱乐城，两隧道中心相距17.239m，最近离锚杆静压桩为4.1m，如图1所示。
两建筑物地下结构最近处净距仅为4m，上海新世界商城原地下围护采用800mm厚、 20m深的地下连续墙；原远东广场一侧为2.4m厚的混凝土大底板。 锚杆桩区域断面图如图2。
2 施工方案确定
补桩所处区域空间相当狭窄，且距离地铁隧道最近仅为4.1m，在补桩施工过程中如何保护地铁结构安全、保证地铁正常营运显得尤为重要，为此，合理选择桩型及施工工艺是关键。
根据以往桩基础施工经验，我们先后考虑了钻孔灌注桩、静压预制砼桩以及锚杆静压桩三种方案。钻孔灌注桩施工周期较长，容易出现坍孔现象，给地铁隧道带来安全隐患；静压预制砼桩挤土现象严重，而且现场条件不容许大型压桩机械进场；而锚杆静压桩施工具有设备简单、操作方便、移动灵活、可在场地和空间狭窄的条件下进行施工等特点，在施工过程中由千斤顶根据入土深度逐段施于不同压力，每一段都需要进行焊接，压桩的进度相对缓慢，对土体影响较小，从而有利于对地铁隧道的保护，因此成为西北角区域补桩方案的首选。
3 桩架设计及其构造
能承受600～700t反力的桩架已不是传统意义上的桩架，除了桩架本身的强度与刚度需满足压桩要求外，还必须增加与结构的锚固点，将近700t的压桩反力可靠传递到结构之上。
根据现场桩位在新世界商城地下围护800mm厚地下连续墙与原远东广场2.4m厚大底板之间的特殊情况，我们设计了拉、压杆相结合的桩架形式。该压桩施工时桩架与原结构之间共有4个接触点，每个接触点种植10根φ32钢筋作为锚杆，压桩时的强大反力传到两边的结构上。桩架形式如图3所示。
整个桩架构造简单，受力合理，该桩架设计具有如下优点。
1）充分利用该区域土方开挖后近3m的有效高度，桩架整体降低，移动、定位更为方便。
2）采用压杆和拉杆共同受力方式，有效分解集中荷载，受力更合理。
3）桩架采用单件组合形式，每单件重量不超过1.5t，便于安装。
4）因原结构不可避免存在误差，拉杆和压杆采用可调节形式，精确对中桩身。
5）采用手拉葫芦形式降低了操作人员劳动强度。
6）钢结构构件采用机械开孔，销具磨平、铣光，保证了安装精度。
7）整个桩身构造很好地解决了现场环境的制约，满足了施工需要。
桩架构造如图4所示。作用原理：千斤顶7施加压力于钢管桩1上，反力通过上梁8传递给两侧立柱5，再通过立柱传递给下梁9及拉杆2和压杆3，这样压桩反力就由桩架两侧结构基础承担。
桩架主要构件所采用的材料：大梁400mm×400mmH型钢，立柱350mm×150mm×14mm方钢，拉杆150mm×20mm钢板（两片），压杆250mm×250mm×14mm方钢。
4 施工方案及施工方法
施工工艺流程如图5所示。
4.1 施工准备
1）施工前，在一组钢管锚杆桩的位置先挖去3.5m深的土，地墙位置处挖至地墙内侧，另一侧则进行1：1放坡。
2）在暴露的两侧地下墙和底板内侧的上端及下端采用“喜力得”技术种植φ32mm钢筋作为压桩时的锚杆，并焊接钢预埋件作为桩架底部钢梁的支承点。预埋件详图以及桩架与埋件的连接方式分别见图6、图7所示。
3）根据桩架大样图现场拼装桩架。由于桩架将承受约700t的上拔力，因此各部位连接件在确保牢固后才能进行施工，同时检查液压系统元件接头油管是否松动、破损及各连接件是否漏油。
4）本工程每节桩长为1.8m，钢管桩加工及进场应根据施工顺序及进度配套并及时进场，根据桩长确定各规格长度的数量。
5）钢管桩进场堆放场地要平整，堆放高度不宜太高（不超过3层），防止受压变形。钢管桩两侧用楔块塞牢，防止滑动。
4.2 压桩施工
4.2.1 准备工作
1）压桩前，会同监理及工程有关人员认真验收钢管桩、锚筋的质量以及压桩的位置，并在两侧结构上弹出桩位中心线，确保桩位正确。
2）压桩架根据设计压桩力进行加工配试、验收，检查各部件满足压桩要求，以适宜压桩条件。检查液压系统元件接头油管是否松动、破损、漏油。
3）对压桩的高压油泵压力表仪器进行计量测试，计算是否符合要求及油泵的油箱是否有足够的液压油。
4）按标准进行施工用电的布置，检查电源线的绝缘状况，电源线必须进漏电保护开关。
5）各部件连接完成后必须进行试压及安全检查，待检查无误后方可正常进行。
4.2.2 流程介绍
1）桩架安装时应均衡拧紧与锚杆的连接螺栓，保持平面内外垂直，底座固定牢靠，防止桩架晃动，在沉桩过程中随时检查并调整。
2）用葫芦将桩段起吊就位扶直，套主桩帽使千斤顶与桩段轴线保证在一垂直线上，待检查桩位正确、垂直度符合规范和设计要求时方可开始压桩作业。初施预压力时力求轻压，以保证桩的垂直度，当发生倾斜时及时纠正或拔出重新就位。重复进行压桩和接桩。
3）接桩：下节桩应在地坪面上冒高250mm~300mm工作高度，安装内衬套，均匀对称施焊、焊缝饱满。
4）压桩：每节桩长1.8m，施工应匀速、连续，每20cm为一次进尺压桩。严格控制压桩垂直度，控制桩的入土深度，正确压至桩的设计标高（以标高控制为依据）。
5）压桩时应一次到位，否则会因停歇时间过长使压桩阻力增大，难以施工，如有特殊情况必须中途停歇，需将桩尖留在软土中，且停歇时间不得超过24小时。
6）做好每根桩的实测数据记录，做到边做边记录。
7）压桩完、未浇砼之前，在桩孔顶加盖钢板以防杂物掉入孔内，发生安全事故。
8）本次压桩极限压力需达近700t，根据压力计算结果，在未压至第7层土之前，仅需一只320T的千斤顶，而穿透第七层土时压力值突增，需增加一只500t的千斤顶，两只千斤顶一起工作，达到设计要求。
5 实施效果及结论
本次补桩工程共7根锚杆静压桩，从2003年9月24日开始压桩施工（图8），于2003年11月1日结束施工。平均5天一根，整个施工过程中进行全程监控，并记录钢管桩入土深度与压力之间的变化。从过程来看，穿透第⑦层压力峰值可达到620t，当穿透第⑦层进入第⑧层时，压力急速降低，最小只有305t，根据桩的入土深度结合地质报告，确信第⑦层已穿透。当桩入土深度达到54 m时，压力值又开始增加，并逐节累积增加，入土速度开始减慢，平均2.5小时一节，反弹也开始增大，当压力值接近700t时，反力架的大梁开始出现弹性形变，根据入土深度和地质报告判断已进入第⑨层土（粉细砂层）。
1）利用我们自己开发设计的大吨位桩架构造简单、受力合理，成功地将钢管桩压入了第⑨层土中。
2）对本工程而言，在保证邻近地铁隧道的安全前提下按设计要求进行补桩，采用锚杆静压桩是一种有效的措施。
3）锚杆静压桩工艺由于较小的挤土、排土效应和较为缓慢的压桩施工速度，再结合现场条件设计制造出与之相适应的反力架装置，能广泛可靠地应用于各类工程中。
