锚杆静压桩在高层建筑倾斜断裂管桩加固中的应用

【关键词】 锚杆静压桩；倾斜断裂管桩；地基加固；基础托换 

　　浙江省某住宅小区工程，主要由9幢18层高层建筑、2幢11层小高层、6幢3层多层建筑物组成，全场设有一层地下室，框架剪力墙结构，桩基础采用新型管桩J-PHC-A500-430（110），桩身竖向承载力特征值要求大于2600KN。工程管桩设计桩基持力层为4-4层粉质粘土层，要求桩进入持力层深度≥1.5m，管桩单桩竖向抗压承载力特征值1800KN，设计桩长41m。桩顶嵌入基础50，桩顶标高-6.950m（电梯井承台除外），+0.000相当于黄海高程6.000m。由于该工程地质土层性质较差（该工程地处杭州地区典型的深厚软粘土地域）为主因的多种不利因素的影响下，在土方开挖施工过程中，发生了较为严重的倾斜、裂、断等工程缺陷桩(管桩)，且存在较大比率的桩节接头缺陷现象，经动测检测上述缺陷桩中存在较大比率的Ⅱ、Ⅲ类桩。该工程共有工程桩386根，经检测其中桩身存在裂纹的Ⅱ类桩计76根，约占20%，桩身存在严重裂缝及断裂的Ⅲ类桩116根，约占30%。建设单位、设计单位等相关工程建设单位前期已委托纠偏单位对部分缺陷桩进行了纠偏和灌芯处理。根据规范要求，对于Ⅱ、Ⅲ类桩是不能直接使用，要进行加固处理后方可使用。 

　　1倾斜断裂管桩的特点及处理方法 

　　管桩由于受自然条件、周边环境、地质条件、边坡失稳、基坑开挖、土方开挖及桩基施工操作不当等因素的影响，出现了管桩断裂、倾斜、偏位、强度不够、长度不够等病害。造成了不能满足设计及使用要求，易引起安全隐患。对此类病害工程桩必须结合各种因素进行分析，对单桩能否使用或部分使用进行判断，对桩基进行加固或托换方可使用。高层建筑病害工程桩多以各类灌注桩和管桩为主，通常采用的处理方法有：①对于缺陷出现在较浅部位病害工程桩多采用开挖截桩再接桩的方法；②对于缺陷出现在较深部位轻微病害工程桩多采用高压注射水泥浆加固的方法；③对于缺陷出现在较深部位或底部严重病害工程桩多采用钻孔灌注桩进行加固托换的方法；⑤补入静压锚杆桩。以上方法一、二只能处理部分轻微缺陷，方法三处理范围广，具有荷载传递路径清晰、可靠性大大提高等优点，缺点是施工工期长、施工不便、受施工场地限制。采用方法四锚杆静压桩不仅具有钻孔灌注桩的优点，而且克服了钻孔灌注桩的缺点。同时又由于工期要求紧，经过专家组讨论最终权衡选择了不占工期，空间要求小，施工方便，受力明确的锚杆静压钢筋混凝土预制桩的补桩加固方案。 

　　锚杆静压桩作为一种沉桩方法,是利用原基础底板或桩基承台及上部结构传递来的重量作为压桩反力,通过预埋的锚杆、反力架、千斤顶等压桩设备，将桩段从压桩孔处压入地基土中，然后将桩与基础底板或桩基承台连接形成整体，使新桩基与原建筑物基础共同承担荷载，提高加桩区域的承载力，达到阻止或减少沉降的目的。 

　　锚杆静压桩多用于粉土、粘土、人工填土、淤泥质土等地基土的新建（采用逆作法施工）或已建多层建筑物、中小型构筑物的地基加固、托换、纠偏工程中。锚杆静压桩与其它基础加固或托换技术相比又具有施工时无振动、无噪音、设备简单、操作方便、移动灵活、施工所需空间小的特点。 

　　2桩型选择 

　　高层建筑中原桩基一般采用桩身长、截面大、强度高、承载力大的桩，为了能使加固桩与原桩基能尽量协调工作，应选择截面大、强度高、承载力大的桩；锚杆静压桩是挤土型桩，截面过大势必导致排土挤土效应过大，对周边桩、建筑物和管线造成挤压位移，应选择截面不过于大的桩；考虑到施工空间和操作方便的要求，桩截面不宜过大、桩段不宜过长；考虑单桩承载力的大小合理选择钢筋混凝土方桩。鉴于上述因素在高层建筑病害工程桩加固中一般采用300×300mm的钢筋混凝土预制方桩。针对本工程由于Ⅲ类桩分布不均匀，锚杆静压桩的布置充分考虑了整体与局部的平衡，对照原设计图经过认真核算，同时合并了部分承台和加强了联梁的刚度，合理布置了桩位；考虑到管桩和桩基协同工作的要求，锚杆静压杆入土深度要求与原管桩的入土深度基本一致（即在同一持力层中）；桩截面考虑到单桩承载力的要求采用300×300mm，桩段混凝土强度采用C35。 

　　3设计与施工工艺 

　　3．1桩基设计。在进行锚杆静压桩设计过程中，首先要对高层建筑病害工程桩缺陷程度进行分析，对其单桩竖向承载力进行确定，能否继续参与工作或部分参与工作或不参与工作；其次要结合上部何载情况和原桩基设计情况；第三要根据现场桩基位置分布和施工空间情况，分析确定用于加固或托换的锚杆静压桩的设计单桩竖向承载力Pａ和数量及分布情况。 

　　锚杆静压桩设计最终压桩力按下式计算： 

　　Ｐｐ（Ｌ）＝Ｋｐ・Ｐａ 

　　式中：Ｋｐ压桩力系数。在触变性粘土中，当桩长小于２０ｍ时，Ｋｐ一般取１.５；非触变性粘土（如填土），Ｋｐ取２.０； 

　　Ｐｐ（Ｌ）设计最终压桩力； 

　　Ｌ桩最终入土深度（ｍ）； 

　　Ｐａ设计单桩竖向承载力； 

　　由于桩基要求单桩竖向承载力高，桩身采用强度较高的材料，一般混凝土强度不小于C35级；桩段长度考虑到施工净空高度和施工机具情况，一般采用２.０m、２.５m、３.０m；考虑到高层建筑抗震要求即桩基承载水平力或拔力，桩基应考虑刚度要求，桩段的连接应采用焊接接头。 

　　3．2桩基承台设计及底板成孔设计。采用锚杆静压桩加固或托换高层建筑病害工程桩的方案一般在进行承台或底板施工前就已确定，因此在进行承台或底板时应预先留出压桩孔。其构造见图1所示。 

　　3．3锚杆设计。锚杆是锚杆静压桩施工过程中核心受力构件，锚杆的设计选择是否合理和锚杆的埋设是否牢固是压桩能否实施的关键。 

　　根据单桩竖向承载力的大小确定锚杆的数量和型号，一般采用四根或八根锚杆，锚杆一般采用棒材进行加工而成，棒材型号由受力和锚杆数量确定。锚杆的长度要满足锚固深度要求（一般可采用10～12倍棒材直径，并不小于300mm）及锚杆露出承台或底板顶面长度应满足压桩机具要求一般不小于120mm。 

　　锚杆埋设首先要准确定出埋设位置，其次埋设深度要略大于锚固深度要求，同时应将锚杆与承台或底板内的部分钢筋焊接，确保锚杆埋设准确牢固。 

　　3.4主要施工工艺及要求 

　　3.4.1施工工艺流程：确定桩位孔及定位→锚杆加工制作及埋设（桩体预制）→桩位孔及锚杆养护和保护→安装压桩反力架→第一节桩就位、校正→压桩→深度及压力值记录→下节桩就位、校正→焊接接桩→压桩→…→压桩到设计要求→最终深度及压桩力验收→拆除压桩反力架→切割桩头→清孔（配制微膨胀早强混凝土）→封桩。 

　　3.4.2主要施工工艺要求：①桩体制作：钢筋混凝土预制桩段严格按配筋设计制作、桩身平直、外形尺寸误差不大于±5mm，端部平整；②桩体连接：桩段采用焊接连接。焊接前应再次检查接头部位处理情况及上下节桩是否在同一轴线上、是否垂直、符合要求方可施焊；焊接时两名焊工在桩两侧同时施焊，以保证对称受力，减小变形；焊接后应检查焊接质量，若有漏焊或焊缝高度不够，应及时补焊。其构造见图2所示。 

　　③压桩工艺：压桩反力架安装要保持垂直应均衡拧紧锚固螺栓、螺帽，在压桩过程中应随时拧紧松动的螺帽；在锚杆受力较大时应使用多个螺帽叠加使用。 

　　桩段在压入时垂直度极为重要，因此除了在初始就位时校核垂直度极外应在压桩时全程连续控制，每节桩的垂直度应控制在1/1000以内；同时应保持千斤顶与桩段轴线在同一垂直线上，千斤顶施加的压力中心与截面形心重合，千斤顶安放偏差不大于2mm。 

　　压桩时不宜数台压桩设备在同一承台上施工，施工期间，压桩力总和不得超过该基础及上部结构的自重，防止基础上抬造成结构破坏。 

　　压桩应连续进行，尽量减少接桩时间，中途不得长时间停顿，以免土体固结超静水压力消散，引起摩阻力剧增。如必须中途停顿时，桩尖应停留在软土层中，且停留时间不宜超过24小时。如遇到压力急剧的增加可能遇碎石障碍物或压入较硬土层，这时液压系统可采用稍压入，持荷，再压入，再持荷，直至达到设计深度或承载力。 

　　压桩过程应做好记录，采用以最终压桩力控制为主、以桩长控制为辅的双控原则。 

　　④封桩工艺：封桩施工是压桩过程中又一个关键环节。桩和承台及混凝土底板能否连接牢固，承载力是否达到要求，联结节点形式是否合理，都是封桩后桩能否发挥作用的关键。其构造见图3所示。 

　　封桩前，桩顶应设计和规范要求截断至设计标高：混凝土桩段桩顶应平整无松动混凝土；为加强桩和承台或混凝土底板的连接应将锚杆相互连接起来，以便形成封桩桩帽；清理桩孔内的渣滓及水。 

　　封桩采用比原底板或承台混凝土标高高一级的C35或C40早强微膨胀混凝土，注意振捣密实，加强养护。 

　　4加固效果 

　　本工程在整个施工过程，由于补桩是在上部结构能够提供足够反力的情况下才能实施，故对该楼的监测必须加强，该楼在建至五层时，观测结果反应出该楼向北方向有倾斜，此时暂停上部施工，迅速对北侧补桩加紧施工，然后再有规律的分布施工其它桩，后经观测该楼沉降均匀，达到规范要求，加固完成后，桩基达到设计标准，效果良好。我们利用锚杆静压桩技术特殊工艺，充分利用其特点，改进桩型、桩材、压桩设备，将其应用到高层建筑中桩基加固和托换中，取得了成功。为高层建筑病害工程桩加固提出一种更方便、更合理、更有效、更经济的加固方法。 

　　5结束语 

　　由于锚杆静压桩采用了静压方式，避免了冲击应力，对桩周土体的隆起及水平挤压较小，从而降低了对周围环境的影响；所补静压桩对邻近的原工程桩影响较小；该工艺采用的施工机具简单，对施工现场条件要求不高；该工艺施工无振动、无噪音、无污染；可与上部结构同时进行施工，又可在该建筑物投入使用后，在不影响其它部分正常使用的情况下进行施工；该工艺受力明确，传力路径清晰。利用该工艺优势和特点，对桩段进行合理选型、对锚杆和压桩反力架进行合理加强，用来处理高层建筑病害工程桩具有独到之处。为从根本上解决裂缝、断桩问题，应严格控制进场管桩质量，制定切实可行施工方案，在土方开挖过程中应严格按设计和已审批挖土方案进行分层开挖，避免挖土机械对工程桩碰撞或土体挤压，确保工程桩质量。 

　　参考文献 

　　1彭振斌主编．托换工程设计计算与施工.中国地质大学出版社，1997 

　　2史佩栋主编．建（构）筑物地基基础特殊技术.人民交通出版社,2004 

　　3叶书麟等编著．地基处理与托换技术.中国建筑工业出版社，2005 

　　4中华人民共和国行业标准，锚杆静压桩技术规程YBJ227-91，1991