陕北某地危房加固工程中的静压桩设计与支护

吴小强 王 磊

（延安大学建筑工程学院 陕西 延安 716000）

陕北某地危房加固工程中的静压桩设计与支护

吴小强 王 磊

（延安大学建筑工程学院 陕西 延安 716000）

使基础沉降趋于稳定，满足正常使用和承载能力使用要求。同时介绍了静压桩的加固原理、施工方法及注意事项、施工质量控制及其加固效果，为同类地区静压桩加固提供参考。

条形基础；加固；静压桩；设计；支护

1 引言

静压桩承载力高，成桩质量有很好的保证，而且施工的时候噪音和振动都比较小，没有泥浆污染环境，施工期短，沉桩速度快。由于具备了上述诸多的优点，在新建、扩建工程中，静压桩得到了广泛的应用。在危房基础加固过程中，在基础加固过程中静压桩技术也得到了很好的应用。

2 静压桩的贯入挤土作用于及沉桩机理

2.1 静压桩的贯入挤土作用机理

压桩过程中，沉桩速率一般保持在一定数值以内，故可将桩体贯入视为匀速直线运动。静压桩在贯入过程中造成了桩周土体的复杂运动，桩尖以下土体产生压缩变形。随着桩贯入压力的增大，当桩尖处土体所受压力超过其抗剪强度时，土体发生急剧变形而破坏，桩侧土体发生塑性流动（粘性土）或挤密侧移和拖带下沉（砂性土），桩尖下土体被向下和侧向压缩挤开。地表处，粘性土体主要向桩周挤开，使贴近桩周土体结构完全破坏，周围土体亦受较大的扰动影响，而桩身受到土体强大的反向抗力所引起的桩周摩擦力和桩尖阻力的抵抗。同时，对于饱和粘性土，由于瞬时排水固结效应不明显，桩体的贯入产生孔隙水压力，随后孔压消散、再固结和触变恢复，在桩周形成硬壳层。因此，从理论上讲，采用准静态条件下的静力平衡对其模拟是合适的[1]。

2.2 静压桩沉桩机理

圆孔扩张理论是国际上对于静压桩的主要研究方法。圆孔扩张理论首先假设土体是理想弹塑性体，材料服从Treasa或Mohr-Coulomb屈服准则，根据弹塑性体理论给出无限土体内、具有初始半径的柱形孔或球形孔，被均匀分布的内压力p所扩张的一般解。由于桩体贯入时，一定深度处的土体逐渐出现半径为桩径的孔洞，周围一定范围土体进入塑性状态。因此，一般采用柱形孔扩张来模拟除去靠近桩端和桩尖土体的变形情况。Butterfield 和Baneriggee首相提出将平面应变条件下的柱形孔扩张用来解决桩体贯入问题。他们假定：①土是均匀的、各向同性的理想弹塑性体材料；②土体饱和、不可压缩；③土体屈服满足Mohr-Coulomb强度准则；④小孔扩张前，土体具有各向等同的有效应力。随着内压p的增大，围绕柱形孔的柱形区域将由弹性状态进入塑性状态。塑性区随p的增大而不断扩大，以外土体仍保持弹性状态。对于柱形孔扩张的平面应变轴对称问题，在极坐标下，平衡微分方程为：塑性边界上满足Mohr-Coulomb屈服准则：

按照土体体积不变的原理，求出该微分方程的解答，推出σr、σθ及径向位移ur的表达式，对于压桩引起的瞬时超孔隙水压力，则采用亨克尔的孔压方程导出：

Sagaseta应用半无限空间球形孔扩张理论得出地表面水平位移量和竖向隆起量的计算公式：

式中：a表示桩的半径；L表示桩的入土深度；R表示计算点离桩轴线的距离；SH、SV分别表示水平位移和隆起量[2～4]。

3 设计加固方案

3.1 工程概况

本工程由村委会和施工单位自行设计，建设程序不规范，无正规图纸。两层砖混结构，每户三开间（3×3.6×10），建筑面积216m2，厨、卫、厅具全，一层中厅设室内楼梯，砖砌条形基础，宽度500mm，下铺300厚3：7灰土垫层，宽度1.0m，水、电、暖专业配套不齐全，门前道路及排水、绿化由村委会统一规划实施。工程于2009年7月动工，2011年7月主体完工，没有政府质监，由村委会代表跟踪检查施工过程，2011年12月发现西边几排房屋地基不均匀沉降，部分外纵墙斜裂缝，距离房屋较远处西边新建排洪沟也产生多条裂缝，依现场地形判断，目前裂缝继续发展。

3.2 地基沉降、墙体裂缝情况

建筑场地地貌单元属黄土高原沟壑缓坡带，地形开阔，原状为农田，场地内有两条小支冲沟，部分基岩露头，岩面坡度与山势走向一致，覆土最大厚度7.0m，西侧有较深“V”形大冲沟，雨水长期侵蚀切割，沟壁陡峭，底部呈自然状排洪沟，为扩大建设用地，人工挖填整治时没有进行统一碾压，土层酥松，靠自然固结，随填土厚度不同沉陷变形差异大，工程性能差，潜在危害大，易造成房屋地基不均匀变形。2011年底发现西边几排距离冲沟边缘较近处房屋地基发生不均匀沉降，南北纵墙产生几条斜裂缝，门窗洞口处应力集中现象明显，裂缝较宽，大部分裂缝宽度5～12mm，地基沉降变形、墙体裂缝走向与原始地貌挖填特征完全吻合。

3.3 地基加固方案

依据地质报告描述的地质剖面，钢管混凝土静压桩加固地基，桩端置于微风化基岩0.50m，100%对地基持力层托换，预计桩身约8.0m。施工方法，在现有条基下挖大小导坑，形成作业空间，用千斤顶将168-6×1000钢管桩依次压入地基土中，直至进入基岩。单桩承载力特征值Quk=250kN，压桩时对地基土有一定的挤密作用形成复合地基，托换完毕后，房屋原地基持力层退出工作，全部荷载由静压桩承担，其变形逐渐趋于稳定。

3.4 静压桩施工说明

（1）试桩：静压桩施工前，距离建筑物约6000范围先压入三根桩，千斤顶压力读数不超过45MPa，保证桩尖进入岩石层约1000mm，两天后开始加载试桩，并通知设计、勘察单位参加。暂考虑单桩竖向极限承载力标准值Quk=500kN，单桩竖向承载力特征值Ra=250kN。试桩最大荷载≤620kN，工程桩也可代替试桩。桩长10m，待试桩报告出来最后确定。

（2）材料：钢管混凝土JYZ-168-6，1.2，桩帽封闭为C30豆石混凝土，桩帽与地梁底缝隙用干硬性C40豆石混凝土（膨胀水泥）塞实。钢筋、钢板、角钢均为A3钢。

（3）注意事项：①施工人员应具备一定的建筑力学、地基基础理论知识和实践经验，严格按照设计要求的施工工艺流程作业。熟悉《建筑桩基技术规范JGJ》有关规定。不得擅自改变施工流程顺序。②压桩时专人观察墙体裂缝变化，千斤顶升高时尽量缓慢，速度大约10/60S，防止将地梁顶裂。③门窗洞口处压桩时，必须在地梁两侧贴应变片，详细记录变形。如发现墙体颤动，在门窗洞处配重，保证千斤顶有足够的反力。④压桩时应连续专业，不允许间断（防止桩身摩擦力恢复）。必须保证桩尖进入微风化基岩。⑤压桩结束后，应及时对大小导坑用3：7灰土回填，用木夯夯实。（压实系数为0.98）至地梁下皮500处。在静压桩两侧对称升顶后，填充柱帽与地梁缝隙处混凝土。⑥压桩时，详细记录千斤顶读数，每200高度记表一次，以便掌握地基浸水和各种土层分布厚度。⑦压桩前、先将桩排序编号，正、侧面弹线，方便控制接桩、压入垂直度。⑧全部导架、柱帽预埋铁件均用E43焊条，焊缝高度均大于6mm。

3.5 施工时其它要求

（1）材料：①静压桩导坑混凝土C30，缝隙塞实C40（干硬性）加膨胀剂。②静压桩预埋铁件，A3钢，焊条E43。③压桩时优先采用钢板柱帽，便于人工操作。

（2）墙体裂缝修复、地沟恢复：①顺裂缝走势用M10混合砂浆粉刷。宽100mm、沿高度约500mm留孔，清水湿润24h后，高压；②所有损坏地沟按原设计图纸恢复。沟底向外2%找坡。

（3）试桩：按总桩数3%抽取，且不少于3根。可以用工程桩代替试桩，但必须选择在实墙面以下，保证Nmax时，地梁及墙体稳定安全。地基梁或混凝土条基侧面贴应变片，观察地梁是否裂缝或墙体颤动及时调整试桩荷载。

（4）信息化监控：①加固前应对全楼所有房间体检，重点检查门窗洞口裂缝走向，宽度、速率，逐一登记备案。由施工、业主、监理共同完成。②地基加固施工期间每天必须观测一次，时间早晨9.0时，专人专地点专仪器。③凡裂缝处均打石膏条，每三天查看一次，直到施工结束后一个月。④全楼共设观测点8处，观测时由施工、监理共同完成，保证观测数据真实可信，对静压桩加固效果作出客观、公正、科学的评估。⑤施工观测期间，沉降变形超出规容许值时，通知设计、业主及时采取应对措施。⑥沉降观测报告送业主、政府主管部门和设计单位。

4 结论

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，使正常生活得到了保障；②在砖混结构住宅中，通过使用静压桩，可以有效地解决基础的不均匀沉降，加固效果良好；③经过精心设计与计算，在砌体结构危房加固工程中，当软弱湿陷性黄土地基的墙下条形基础沉降过大时，可采用静压桩技术加固墙下基础。

[1]徐慧民.静压预制桩对周边建筑物的影响及对策[J].建筑技术开发，2000，27（6）：8～9.

[2]罗国强.砌体结构[M].长沙：湖南科技出版社，1993.

[3]《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T0219-2006）[S].

[4]《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）[S].

TU746.3

A

1673-0038（2015）37-0114-02

2015-8-10

吴小强（1977-），男，陕西延安人，讲师，硕士，研究方向主要为结构可靠度及建筑结构加固与防治。

王磊（1985-），男，陕西西安人，硕士，研究方向主要为结构可靠度及建筑结构加固与防治。