钢筋桩在某厂房加固中的应用

苏振明

摘要：文章从理论上对钢筋桩进行了阐述，并结合工程实例，介绍了钢筋桩在某厂房加固中的应用，对从事工程设计、施工的技术人员，特别是对于加固补强的人员，具有一定的参考价值。

关键词：钢筋桩；厂房加固；加固补强

中图分类号：TU375

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0153-02

钢筋桩是将粗钢筋(钢筋直径≥25mm)作为竖向结构构件直接打入地下，粗钢筋作为受力构件直接承担上部结构传来的竖向荷载。钢筋桩属于柔性桩，一般仅适合用于基岩埋深较浅，上部土层为黏土或亚黏土的土层，桩尖打人基岩一定深度，作为支点，桩身置于土层中，土对钢筋桩的侧向压力起到侧向支承作用，钢筋桩的稳定性主要取决于桩侧土层的抗剪中，土对钢筋桩的支承力则取决于桩尖处于基岩的强度和桩尖进入基岩的深度。

钢筋桩一般是按端承桩考虑，钢筋桩并不能考虑由它承担基础上的全部荷载，仅起到减少基底应力的作用。在工程加固中采用钢筋对基础加固补强的应用实例并不多见，其主要原因有：

首先，钢筋桩是柔性桩，而且桩的直径较细，直接用钢筋桩来承担竖向荷载，桩的稳定性问题是其主要弱点。

其次，采用钢筋桩加固工程的实践太小，相关的试验资料比较匮乏，一般设计单位和业主不敢采用。

再次，由于钢材的锈蚀原因，直接将钢筋打入在潮湿的土层中，钢筋的耐久性令人担心。

由于钢筋桩的施工工艺非常简单，施工速度快，钢筋桩的长度方向的连接处理直接和简便，因此，这种桩特别适合用于场地狭窄，净空低矮的工程地基的加固。目前在工程地基加固领域中广泛采用树根桩、锚杆静压桩等微型桩的同时，在遇到特殊的施工场地和环境条件的地基加固方案选择时，钢筋桩也不失为一种有效的加固手段，值得研究与开发。

一、钢筋桩的应用范围

采用钢筋桩对地基进行加固补强有一定的局限性，这种方法对工程的土质、基岩的深度以及基础的形式均有要求，当这类基础发生了如下问题，就可以考虑采用钢筋桩进行加固补强：

1.地基和基础承载力不足时；

2.由于地质勘察、设计和施工原因，建筑物建成后，发生不均匀沉降；

3.建筑的地基基础加固：

4.土体边坡稳定加固等。

二、钢筋桩施工的主要特点

1.钢筋桩的打桩施工对施工场地要求不高。

2.钢筋桩打桩施工时噪音小，振动小，对周边建筑物影响小。

3.钢筋桩施工过程所有操作都可在地面上进行，比较方便。

4.钢筋桩与原有基础承台联结成一个整体，基础与钢筋桩共同工作，承担上部荷载。

5.钢筋桩的桩径很小，因而施工对原有的建筑物的基础和承台几乎不产生扰动。

三、工程实例

(一)工程概况

某厂试验车间接跨工程，长30m，跨度为(15+21)m，厂房高度13m，基础做法是：素混凝土垫层上做混凝土杯口基础，杯口基础下设计未考虑做桩基础；厂房上部结构为钢筋混凝土排架结构。距离本车间东山墙5m处一幢6层楼的综合办公楼。

该厂房基础处于坳钩地段，场地各层土层的厚度和性质在垂直和水平方向上有一定差异，且底部是基岩风化带面起伏较大，坡度最大可达到20°～30°，厂房荷载分布不均匀，山墙处集中荷载较大，内设30t桥式吊车1台。

接跨工程刚竣工后不满1年，厂房就出现了较严重的使用功能方面的问题，主要问题如下：东山墙与屋面板的交接处被拉裂开，防水卷材被拉裂，出现漏水现象；东山墙与边柱已经分离，且整个山墙朝东外倾斜；厂房沿墙面出现不同程度的裂缝，裂缝在(16)-(17)处尤为严重，窗间墙处已出现45电气斜裂缝，并已贯通。从整个厂房来看，裂缝的主要特点是：

1.伸缩缝处的裂缝是上宽下窄；

2.山墙与抗风柱、边柱间的裂缝是上大下小；

3.厂房北面的裂缝比南面多；

4.厂房地坪上的裂缝在接跨轴线(16)-(17)突然增加，并且裂缝的走向是平行于横轴线，被裂缝分割出的两块地坪之间出现了西高东低的现状。

经对裂缝产生的原因分析，主要是接跨厂房车间是建造在地质的坳沟地段，场地各土层的厚度和性质在垂直和水平方向存在着一定的差异，且土层底部基岩风化带面起伏较大，起伏坡度最大可达20°～30°，厂房的上部荷载分布不均匀，山墙处的集中荷载较大，因此，实际裂缝所产生的现状基本与地质报告所描述的基岩起伏情况相吻合。

由于厂房的裂缝还在随时间继续发展(现场测试裂缝按速度按8mm／月的速度发展)，裂缝的发展已严重影响到厂房的正常使用，并对在车间工作的人员构成了人身安全的威胁，因此必须采取措施控制裂缝的开展，并对厂房的基础进行有效的加固。

(二)对裂缝的现场处理及加固方法选择

因为裂缝还在发展，对本次工程质量问题的处理需要分为二个方面进行，即一是降低和延缓裂缝的发展速度；二是对厂的基础进行承载能力的加固补强。

1.降低和延缓裂缝的发展措施。(1)限制车间内30t行车的运行范围，不允许行车在16-(17)的范围内运行，减小厂房的附加竖向荷载；(2)将车间山墙(17)轴线的实心砖墙全部拆除，然后将实心砖墙改为砌空心砖墙，这样可以有效地减低(17)轴线处山墙荷载；(3)对厂房伸缩缝和山墙女儿墙的防水节点进行重新处理，防止雨水对地基基础的侵蚀。

2.对厂房基础加固补强的方案。本次对厂房基础加固补强的核心工作是考虑如何对山墙处已经严重沉降的杯口基础进行竖向承载能力的加固和补强。本施工现场对加固方案的选择和实施还有一些具体的限制条件。(1)山墙基础紧邻原有的综合办公楼，厂房与办公楼之间的空间狭小，施工工作面不能允许体积较大的桩基施工机械进出本现场；(2)对本厂房的基础加固施工时，不能影响临近的原有建筑物的安全，不能扰动和改变原实验车间的静力平衡状态；(3)在基础加固期间原有的实验车间不能停产，原有的综合办公楼需要正常的工作与办公；(4)工厂的总体生产计划要求，本生产车间的正常产品生产必须很快恢复正常的状态，因此，对基础实施的加固补强施工时间不能长，一次加固完成后不能留有后患。

因此，本厂房的基础加固工作是一个比较棘手的问题，排除了混凝土预制桩、钻孔灌注桩以及钢板桩等方案后，选择了对环境影响最小、施工最为简便、加固施工工期最短并且加固费用最为经济的钢筋方案。

(三)加固方案的实施

1.钢筋桩。设计的钢筋桩的直径为32，每根钢筋桩的桩长需要根据所处的地质位置不同、基岩的深度变化情况来确定，即每根钢筋桩的桩尖必须进入基岩内≥50cm进行有效地嵌固才能达到设计要求，一般为约10m左右。钢筋桩全长是通过一段一段的标准节焊接完成的，每一工标准钢筋桩长4m，首节钢筋桩(桩头)要求做磨处理，钢筋桩表面在施打前要求做防锈处理。

钢筋桩在施工下打过程中桩身的垂直度是通过二台正交

的经纬仪来控制的。

2.钢筋桩与基础承台连接。(1)将原有厂房的杯口基础暴露出土层，将杯口基础二边凿开，并分别扩宽300mm，以便打入钢筋桩；(2)将钢筋桩按设计位置打入后，在扩宽部位做素混凝土垫层，厚度与原厂房杯口基础相同；(3)钢筋桩是通过400mm长的φ14短钢筋与原杯口基础的主钢筋焊接相连接，烛接的搭接长度要求≥80mm；(4)杯口基础二次浇筑混凝土前需要对接头表面进行糕凿毛处理，凿毛面在浇筑混凝土前需要进行24h湿润处理，然后用C20混凝土浇筑完成。

3.基础加固的施工程序。

4.钢筋桩的试验。为了检验钢筋桩的加固基础的实际效果，现场抽取了两根钢筋桩做静荷载试验，为了进行数据对此。现场分别选择了一根φ25和一根φ32的钢筋桩进行静荷载试验和数据比较。

静载试验采用了锚桩方案，千斤顶加载。试验荷载级取0.5～1t为相邻级差，卸荷级差为5t。由于钢筋桩是桩尖打入基岩的柔性桩，其破坏应该是由钢筋受压失稳造成的，所以在静载试验过程中，每级加荷后持荷的时间没有必要太长，保持载5～30min就可以了。终止加荷条件也是从钢筋桩的受力特性来考虑，受压失稳主要表现在桩的突然下沉就倾斜，柱顶产生水平位移，所以试桩的终止加载条件确定为：(1)桩发生不停滞的下沉；(2)某级加荷后桩顶的下沉超过一级荷载的5倍；(3)桩顶发生水平位移大于20mm。

通过静荷载实验，取得了φ25钢筋桩静荷试验数据和φ32钢筋桩静荷载试验数据。

对静荷载实验所取得的数据进行分析：从本次钢筋桩的静荷载试验的P-S曲线上看，φ25钢筋桩的拐点出现在P=12t:φ32钢筋桩加荷载至21t时尚未出现破坏现象，由于这根试桩与两边的锚桩三点不在同一直线上(其偏差为25mm)，故试压力与加荷梁出现偏心。致使加荷梁产生侧向弯曲。而试桩位能做到破坏。

按φ(8～10)(REI)1/2公式进行计算并将计算结果与静荷载试验进行结果对比，当土的抗剪强度=0.375时，φ25钢筋桩的φ=12t，基本与钢筋的抗压极限相当，故说明试桩是在屈服后破坏的。

通过在本地基加固工程中对钢筋桩进行静荷截试验可以得到一些初步结论：(1)采用粗钢筋直接作为结构桩，其具有相当的承载能力的，该承载能力甚至可以达到钢筋的受压极限；(2)钢筋桩是柔性桩，如何来解释为什么柔性的钢筋桩在本次静荷载试验中不出现失稳现象?对本工程的土层情况和厂房基础情况进行分析，本次钢筋桩打桩是在已经建成的原有厂房基础下进行的，该基础下的土体长期在厂房的附加荷载作用下，土体空隙水已经大量排除，土体也趋于初步固结，因此，可以认为土体的抗剪强度大为提高，厂房的荷载相当于对厂房下范围内的土体进行了预压地基。

四、结语

通过采用钢筋桩加固后，本厂房不均匀沉降得到控制，加固后通过一年的沉降观测，厂房的最大沉降值仅为4mm，原有的裂缝基本稳定，没有继续发展的，厂房屋面经过翻修后未发生渗漏现象，由此，可以说在已建建筑物基础范围内采用钢筋桩对基础进行加固，可以提高原基础的承载能力，达到了对地基加固补强的预期效果。