锚杆静压桩托换技术在某厂房加固中的应用

王留毅

锚杆静压桩托换技术常用于对既有建筑物进行加层、倾斜沉降建筑物的纠偏以及高层建筑中工程缺陷桩的补强加固中。该技术自 1998年引进广西后，先后在多项危房加固工程中得到广泛应用，但在实践应用中桩身材料基本都是采用钢筋混凝土预制桩。2008年经过技术改进，在广西某厂房基础加固中首次采用微型钢管桩作为桩身材料，改进了施工工艺，简化了施工工序，大大提高了施工效率，取得了良好的效果。

1 工程概况

某电解铝厂房建成于 2002年，主厂房全长 595m，高度一层。根据场地岩土工程勘察报告，加固区范围内岩土层主要为:①素填土:松散～稍密，以强风化泥岩碎石为主，土质不均匀。层厚8.5m～15.6m。②粉质粘土:硬塑 ～坚硬，局部含少量泥岩碎石，碎石粒径在15mm左右。层厚0.6m～2.9m。③泥岩:泥质结构，强～中风化，属极软岩，岩体较破碎，基本质量等级Ⅴ级。各土层主要物理力学指标见表1。

表1 各土层主要物理力学指标

该厂房基础采用人工挖孔桩基础，基础置于中风化泥岩上。车间平台柱采用柱基，电解槽和铝母线墩采用筏基，基础均置于人工压实填土地基上。

主厂房在建成初期于 2003年曾出现过下沉和梁柱开裂情况，2004年经加固后沉降观测资料显示厂房下沉趋于稳定。后又发现厂房平台、梁、柱开裂及下沉，电解槽和铝母线筏板基础整体下沉，室内地坪下沉、拱起，厂房内局部下沉大于200mm，病害区域面积约 2 500m2，严重危及厂房的安全。

2 建筑物沉降原因分析

厂房病害区范围内的平台柱、电解槽和铝母线墩的基础均置于①素填土上，基底下①素填土的平均厚度为 10.3m。①素填土虽然经过分层压实，但回填时间短，填土成分和密实度极不均匀。另外①素填土层大部分由强风化泥岩组成，具有明显的浸水软化特点，雨季时①素填土层在地下水的作用下承载力必然明显降低。根据广西第三系泥岩承载力研究经验，充分软化后的泥岩承载力将降低30%～50%。

由于填土层自身的固结沉降，以及地下水的影响，造成地基土下沉量过大，产生不均匀沉降而引起厂房梁柱的拉裂，地面下沉、起拱，这是导致厂房病害产生的最根本的原因。

3 工程特点分析

4 加固方案选择

考虑到场地地质条件及本工程自身特点，经过多种方案的论证，最终选择锚杆静压桩托换技术对厂房进行加固处理。该技术具有以下显著优点:

1)该技术在广西已推广十余年，具有丰富的工程实践经验;

2)加固效果显著，经加固后的建筑物都能安全、正常使用;

3)施工机具轻便，作业面小，无噪声，室内施工不受天气影响，且不影响厂房正常生产，尤其适宜本工程使用;

4)施工过程中桩段预制、压桩力可控制，施工质量可保证;

5)施工工期短，见效快，费用较低。

5 加固方案的计算

为确保加固方案的设计科学、合理、严谨、周密，设计前对场地重新进行了施工勘察，并详尽搜集了建筑物结构荷载、原有沉降观测等资料，充分利用了现有的各种数据，全面分析论证了本工程的结构特点和岩土特征，合理地选择了桩端持力层，确定了桩的长度、桩的数量和桩的承载力。

5.1 桩型选取

考虑到本工程工作量大、工期短、施工空间小和操作方便的要求，桩身材料采用φ127mm壁厚4.5mm的预制闭口微型钢管桩，桩段0.8m～1.2m。

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5.2 单桩承载力确定

①轴～⑥轴线为病害最为严重区，以该区最短有效桩长 11.5m (进入③泥岩层1.0m)按下式计算单桩承载力为:

取单桩承载力Ra=200 kN。

5.3 锚杆静压桩桩身强度验算

钢管桩桩身强度验算:

其中，P为钢管桩的承载力;A为桩身截面面积，A=π(D2-d2)/4=1 731mm2;f为钢管的抗压强度，取f=300MPa;φ为稳定系数，一般取φ=1.0。

因此，单桩承载力取200 kN时桩身强度满足要求。

5.4 桩数计算

根据上部结构传来的荷载计算桩数:

其中，N为上部结构传来的荷载设计值。

桩数计算见表 2。

表2 桩数计算表

5.5 设计最终压桩力

设计最终压桩力按下式计算:

其中，Pp(L)为设计最终压桩力，kN;Kp为压桩力系数，取Kp= 1.8～2.0;Pa为设计单桩竖向承载力特征值，kN。

根据上式结合试桩情况确定最终压桩力为J-6柱基Pp(L)= 400 kN，SJ-1筏基为360 kN，SD柱基为100 kN。

6 施工技术要点

1)开钻桩孔与预埋锚杆。开钻桩孔时不得一次把所有的桩孔开钻完，一个基础一次只能开钻两个对称的桩孔，在同一基础上封好上一批桩头后才能开钻下一批压桩孔。锚杆预埋采用新型建筑结构胶粘结，方便快捷，预埋前要将锚杆孔洗净并吹干。

2)压桩、接桩、封桩。压桩时同时使用两台设备在同一基础面上同步对称地进行，并严格按照《锚杆静压桩技术规程》执行。主要的施工工艺流程如下:确定桩位、放样、编号→开挖基础覆土→开凿桩孔→钻锚杆孔→灌填建筑结构胶，埋设锚杆→安装压桩架→起桩段，就位桩孔→校正桩身垂直→压桩施工→记录桩入土深度、压力表读数，起吊下节桩段，继续压桩→压桩满足设计要求→压桩结束→拌制微膨胀早强混凝土封桩→上部梁柱加固→恢复地面。

压桩过程中，应始终保证桩身垂直，防止桩身倾斜压偏，并随时观察压力表读数，控制最终压桩力。

7 结语

1)采用锚杆静压桩对危房进行加固处理时，设计施工前一定要详细掌握建筑物的结构、地基基础岩土条件等资料，对加固方案进行充分论证，制定详细的施工组织设计，施工中通过信息反馈，及时改进与优化施工工艺，保证加固质量可靠。施工结束后，应抽取一定数量的桩进行静力载荷试验，以检验单桩承载力是否满足设计要求。

2)本工程竣工后，经过近两年的沉降观测，该厂房的沉降量和沉降差都满足规范要求，加固效果明显，说明改托换加固技术是成功的。

3)本工程针对其施工难度大，施工条件恶劣等特点，在设计和施工过程中，做了很多的创新和改进，例如采用微型钢管桩和新型建筑结构胶，改进了施工工艺，提高了施工效率，取得了很好的效果，并于 2009年被评为国家优秀工程勘察三等奖，为今后危房加固工程积累了丰富的宝贵经验。

[1] GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].

[2] YBJ 227-91，锚杆静压桩技术规程[S].

[3] JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[4] JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范[S].

[5] 邢泽军.静压桩施工的应用和控制[J].山西建筑，2010，36 (27):126-127.