静压桩在某氧化铝厂地基加固工程中的应用

吕永平，赵 卿

（甘肃土木工程科学研究院，兰州 730020）

0 引言

某氧化铝厂第五种分槽场地位于郑州市上街区，1978年5月由沈阳铝镁设计院设计，1989年建成投产。第五种分槽为双排9个桶槽，每组桶槽座于同一钢筋混凝土伐板基础之上，钢筋混凝土伐板基础厚度1.8 m。桶槽下部为钢筋混凝土圈槽，上部12 mm厚钢板桶。圈槽高度8.44 m，钢板桶槽直径10.5 m，桶槽总高度为32 m，由于种分槽在生产使用中，工艺要求使地面受水量较大，致使基础周边环境受水严重。当地基土浸水后，产生湿陷变形或使压缩变形增加，地基产生下沉，导致桶槽倾斜。该构筑物最大倾斜率达到20.7‰，倾斜值为694 mm。沉降观测结果表明，直到加固前沉降尚未完全稳定，为此，我们采用静压桩加固技术对该构筑物地基进行加固，以提高伐板基础承载力，使基础沉降变形稳定，满足种分槽正常使用要求。

1 工程地质条件及事故分析

根据提供的勘察资料，在勘察揭示深度范围内，场地土自上而下依次为：

1）填土层：多含建筑垃圾、煤渣等，固结性较差，层厚 3.6～4.5 m。

2）黄土状粉土层：黄褐色，可塑～软塑，大孔隙，局部为中细砂层，在地基上部有碱液浸入，该层检测厚度为25 m。

场地内地下水为潜水，地下水埋深-12.0～-12.6 m，根据水质分析报告，该场地地下水对混凝土结构具有中等腐蚀性。

通过原位测试及室内土工试验，地基承载力标准值综合评定为200 kPa，土的压缩系数为0.25～0.45。

根据检测结果，引起该构筑物不均匀沉降的原因主要是在生产过程中，工艺要求使地面受水量较大，致使基础周边环境浸水严重，当地基土浸水后，产生湿陷变形或使土体压缩变形增加，导致地基产生不均匀沉降。

2 加固方案的选择

加固方案的选择目的是控制原构筑物的不均匀沉降及减少地基土所承担的荷载，根据该场地的工程地质条件和构筑物的结构特征，以及环境条件、设计、施工及其处理效果等各方面因素综合考虑，经多种方案的比较，静压桩施工设备简单，在场地狭窄处也可施工，其施工质量易于控制，压桩力反映直观，施工速度快，工期能够得到保证，成本较低，所以最终确定采用静压桩技术。

3 静压桩加固原理及加固方案设计

3.1 静压桩加固原理

静压桩加固原理就是以建筑物自重作为反力，在伐板基础下用压桩设备将桩分段逐节压入地基土，桩与桩之间的连接采用焊接，使桩端进入至可靠的持力层，使建筑物部分荷载转移到静压桩上，并使桩土达到共同作用，减少地基土所承担的荷载，达到加固目的。

3.2 设计时应考虑的因素

1）由于构筑物地基的不均匀沉降，致使上部结构重心偏移，因此布桩时在1#～5#桶槽一侧多增加一排桩，同时不同部位桩的压桩力也可做一些调整。

2）静压桩持力层设计在黄土状粉土层上，不形成端承桩，从而达到桩土共同作用的目的，自行调整建筑物的不均匀沉降。

3.3 设计参数

静压桩截面尺寸为220×220 mm或 200×200 mm，桩身混凝土强度等级为C30，配4φ16钢筋，根据现场条件确定桩的分段预制长度为1.2 m，并预制少量的0.4～0.8 m的短桩。第一节桩尖做成锥形，其余桩段的两端均预埋10 mm厚的钢板，和桩的主筋焊接。单桩设计承载力为450～600 kN，压桩力为675～800 kN，现场施工托换力为300～350 kN，分级焊接成桩，压桩桩长根据压桩力和进入持力层深度双控制，以压桩力控制为主。

4 静压桩施工方案实施

1）在加固前布置沉降点，该构筑物由于不均匀沉降严重，倾斜量较大，需要布置20个测点，在压桩过程中随时进行沉降观测，监测施工时对构筑物沉降的影响，易于掌握压桩顺序，用于指导施工。

2）由于该构筑物的1#～5#桶槽一侧倾斜较大，浸水比较严重，地基土质较差，在静压桩施工时，也应考虑到静压桩的挤土效应，土体的抗剪强度容易降低，如果大面积同时压桩或桩间距较小时压桩，必然会引起构筑物的附加下沉，所以在具体施工时，在该侧间隔压桩，才能保证在原沉降量大的一侧不至于产生过大的附加下沉。

3）具体施工时首先沿伐板基础边缘开挖平面尺寸0.9×1.2 m，深度3.6 m导坑。然后向基础底部水平开挖宽1.6～2.5 m的工作面，开始压桩，桩段就位要保持垂直，使千斤顶与桩段轴线保持在同一条垂直线上，压桩时，桩顶垫一定厚度的钢板，防止桩头压坏。

4）先在基坑内放入第一节桩，并在桩顶上安置千斤顶，再驱动千斤顶压桩，当桩进入一定深度后进行接桩，接桩时应清除钢板表面铁锈，上、下桩节之间的空隙用铁片填实焊牢，焊缝应连续饱满，确保焊接质量，桩身周围用沥青进行防腐处理。

5）桩位平面偏差不得大于20 mm，桩节垂直度偏差应小于1%的桩节长。

6）桩尖应达到设计持力层深度、且压桩力达到国家现行标准《建筑地基基础设计规范》规定的单桩竖向承载力标准值的1.5倍，且持续时间不应少于5 min。

7）当桩压入设计深度后即可取出千斤顶，托换钢管采用Φ159无缝钢管，钢管内用混凝土充填，用微膨胀早强混凝土将桩与原基础浇注成整体。

8）压桩采用人工与机械结合方式进行，千斤顶均经过万能试验机率定。回填用3∶7灰土夯实，自基础下50 cm左右，用干混凝土捣实。

5 加固效果检验

1）为了检验静压桩加固效果，对该构筑物基础周围加密设置了18个沉降观测点，沉降观测结果见下表。施工结束后，在经过一年的观测，各测点的沉降量已减少，并趋于稳定，达到了预期的效果。

2）在加固施工过程中，随时记录压入每节桩的压桩力和深度，根据记录结果绘制典型的压桩力与深度的关系曲线。由图可以看出，在静压桩施工过程中，当桩尖进入浸水后的软弱土层中时，压桩力随深度增大的幅度较小，当桩尖进入较硬的黄土状粉土层中粉细砂夹层时，压桩力随深度的增加而显著增大

6 结语

1）本工程根据建筑物的结构特点、环境条件和地质条件，采用静压桩加固地基，取得了良好的经济效益和社会效益，既节约了投资，又满足了使用功能的要求，使正常生产得到了保证。

2）本次加固按原设计方案达到了加固目的，压桩力均高于原设计方案压桩力的要求。终止压力最小达到设计荷载的1.5倍，最大达到设计荷载的2.2倍。

3）该工程采用静压桩加固技术，设计合理，技术先进。具有施工设备轻便灵活、操作方便、作业面小，无噪音、无污染等优点，施工质量易于控制。施工既不影响正常生产，又解决了生产中的实际问题。

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