静压桩托换加固实例分析

2016-09-18丁小强

西部探矿工程 2016年7期

关键词：压桩泵房桩体

丁小强，王　鑫

（陕西天地地质有限责任公司，陕西西安710000）

静压桩托换加固实例分析

丁小强*，王鑫

（陕西天地地质有限责任公司，陕西西安710000）

静压桩托换技术是进行已有建筑地基基础加固的一种有效措施。通过对某煤矿瓦斯抽采泵房因水浸泡导致过量不均匀沉降地基托换加固实例的分析，阐述静压桩托换加固原理和设计、施工要点及应该注意的问题。

静压桩；地基加固；预制桩；托换技术

静压桩托换技术是采用静压的方式进行沉桩，主要运用在建筑物地基加固补强、加层改造、基坑开挖支护抗滑等工程中。静压桩一般有以下几种类型：顶承静压桩、自承静压桩、锚杆静压桩等。本文的静压桩托换采用的是顶承静压桩，即用液压千斤顶在建筑物提供的反力作用下将预制方桩压入地层当中。我们采用该技术成功地对宝鸡地区某煤矿瓦斯泵房（以下简称泵房）地基进行了加固处理。结合工程实例，阐述静压桩托换加固原理、设计和施工要点。

1　工程概况

拟加固泵房东西长48m，南北宽27.5m，高12m，为单层钢架结构，工字钢桩承重，下设独立基础，尺寸（长×宽×高）为3.6m×3.0m×0.6m，基础下铺设30cm碎石垫层，地基处理采用CFG复合地基，桩径400mm，理论桩长进入有效持力层。

该泵房地基属于半开挖半回填地基，场地南部为原始山体开挖，地层性质良好，北部原为山谷，2008年回填完毕。本次沉降开裂主要是北面墙体和钢柱。

该泵房2012年初建成，不久以北侧墙体中间的钢柱为中心即出现裂缝，钢柱两侧出现竖向裂缝，内外通透，外墙出现外倾趋势，沿砖缝外墙体出现横向裂缝，最大缝宽约2cm，长1～2m，向东西两侧逐渐减小。经贴骑缝纸条观察，纸条时间不长即绷紧断裂，表明地基沉降仍在继续，沉降最大约20cm，已严重危及泵房的正常使用。泵房场地位于宝鸡麟游县山区，地貌单元属残塬沟壑梁峁相间的低中山。本次发生沉降的区域，主要是填方区。补勘得知该填土区主要地层自上而下依次为：

（1）素填土：湿，可塑，局部为流塑，主要由粘性土组成，含钙质结核、植物根系等，下部混少量煤矸石，具微湿陷性。层厚20.40～22.90m。

（2）黄土：褐黄色，硬塑—坚硬，具针孔、虫孔，可见蜗牛壳，钙质结核，土质均匀。本层未揭穿、揭露厚度18.00m。

2　灾害原因分析与地基加固处理方案

2.1灾害原因分析

经过对厂区周围踏勘，为了核实初步推测，在泵房北侧紧挨墙体布置钻孔3个，钻孔取样补勘，考虑到后期方案设计，钻孔设计深度以进入原始地层为准。根据历史资料、补勘资料得到下面几点认识：

（1）北侧地基23m以上为素填黄土，回填时未分层夯实，属欠固结地层。

（2）中间钻孔开孔至孔深11.5m段，填土呈流塑—软塑状态，含水量大，工程性质不良；另外两处钻孔填土呈可塑状态，具微湿陷性，中—高压缩性。这与泵房沉降在东西向呈中心辐射状相符合。

（3）调查得知，在泵房基础填方区下部曾埋设有过水管道，废弃后，未曾封堵处理，在管道源头发现，仍有少量积水流入管道中。

综合上述几点认识，灾害主因是基础持力层局部被水长期浸泡湿陷、软化，并对桩体产生负摩阻力，地基承载力大幅度降低，导致地基土过量不均匀沉降，这是造成建筑物墙体严重开裂的主要原因。

2.2确定加固方案及静压桩托换工作原理

对既有建筑物基础加固采用桩托换的方法主要有顶承静压桩、自承静压桩、锚杆静压桩等。经过对几种方案的对比，考虑施工现场较偏远，原建筑上部荷载足够大，最终决定采用静压桩托换方案，静压桩桩体为钢筋混凝土预制方桩，每根桩由若干短桩组成，短桩长度一般有1.0m、1.2m和1.5m，断面尺寸为200mm× 200mm，首根桩一般采用带300mm长的锥角形状桩尖的短桩，施工中各短桩用焊接连接。

静压桩地基加固托换的基本工作原理：利用原有建筑物的自重做反力，采用静力压桩法将桩体逐段压入地基中。由于预制桩直径小，故基本可忽略桩端阻力，即可把它看成由桩身与地基土的摩擦力构成承载力的纯摩擦桩。经托换后，静压桩与原基础用混凝土浇筑在一起，由于桩顶向上存在反力，从而可快速减小原地基压力，桩顶直接支撑上部结构荷载，控制地基不再产生新的沉降，达到加固的目的。

3　设计与施工技术

3.1预制桩桩身结构

（1）本工程采用桩截面为200mm×200mm，平桩桩长为1.0m、1.2m、1.5m，尖桩桩长为1.5m，锥角50°。尖桩头的桩尖为Ø20mm的圆钢，位于桩截面投影中心，误差不超过2mm。详见图1预制桩设计图。

（2）预制桩采用C30混凝土，主筋4Ø12Ⅰ级钢，箍筋6Ø150Ⅱ级钢，主筋保护层厚度25mm，主筋与桩头钢板焊接。

3.2布桩原则

根据该泵房地基不均匀沉降造成墙体开裂特点，以在结构受力节点布桩的原则，确定在泵房北侧墙体的9根支撑钢柱的独立基础下布置静压桩，每个独立基础下对称布桩4根，均匀布在原CFG桩基间隙中，共布桩36根，桩长约为15m左右，以终止压力满足要求为准，桩端进入力学性能较好的地层中。具体桩位见图2钢柱下桩位平面详图。

3.3终止压力

满足《既有建筑地基基础加固技术规范》（JGJ 123-2012）第6.6.3.4条要求，桩尖达单桩竖向承载力标准值Rk的1.5倍相应深度的土层内。

根据设计院提供的结构载荷，单个钢柱下荷载为963.8kN，由于原有CFG桩下沉严重，设计时不考虑其承载力。则单个静压桩竖向承载力标准值Rk设计为241kN，取Rk=250kN。根据上述规范，每根桩压桩终止压力不小于380kN。

3.4施工工艺

（1）静压桩施工程序如下：按桩位平面布置实地定桩位→贴近外墙散水挖操作坑→地梁下凿洞→首桩就位→桩顶上放置千斤顶→地面油泵加压观测记录→坑下操作压桩→用垫块调整千斤顶活塞杆→校正桩身垂直度→接桩→焊桩→压桩→结束压桩→桩式托换→塞入托换钢管用铁锤打紧钢锲→并排2台千斤顶同步泄压至零→拆除托换装置→坑洞回填至桩端下0.1m→浇灌混凝土承台→恢复地面原有地貌。详见图3静压桩托换剖面示意图。

（2）托换坑开挖尺寸，以能够施工为原则，本次操作坑的开挖、后期回填均按设计要求施工，详见图4操作坑开挖、回填图。

（3）压桩施工总体采用间桩施工法，导坑内压桩顺序先内后外，先西后东，避免施工过程中托换坑开挖引起的附加沉降，确保建筑物安全。

（4）托换钢管采用直径为159mm，壁厚5mm无缝钢管。导坑采用三七灰土回填夯实，上部钢管托换段采用C30混凝土灌注，详见图4操作坑开挖、回填图。

4　微型静压桩托换地基成果的分析评价

（1）本工程布桩36根，桩平均入土深度16.89m，平均托换压力为403.3kN，是设计平均压桩终止压力的1.1倍，从而有效阻止了桩顶的回弹，并形成桩顶向上的反力，使地基不再产生新的沉降。墙体裂缝在施工过程中就开始呈闭合趋势，证明了这一点。

（2）本工程地基灾害，主因是回填土黄土被水浸泡湿陷软化，局部产生不均匀沉降，因此建议：对已废弃水管道进行排查封堵，同时对泵房附近所有水管进行检修更新，从根源上截断水源；对泵房北侧外散水进行加宽，修建雨水排水渠。后期在建筑使用过程中，加强防水、排水措施，避免地基土再被水浸泡。

（3）该泵房从加固完至今，经沉降观测，没有发现新的不均匀沉降，上部结构裂缝未进一步加大，说明静压桩托换加固是成功的。

5　施工中可能存在的问题

（1）压桩施工时，要随时观察油缸仪表盘上荷载的变化，若表上的压力忽高忽低，压力不稳，除了检查油路系统有无故障外，重点分析桩尖是否触入块石、砂砾层等。若如此，应采用缩小压力级别，增加压桩时间，平稳过渡穿过复杂地层。

（2）压桩工程中，可能出现导坑中桩体倾斜，主要原因有：①桩体未对中，导致施力点跑偏；②对缝焊接时，桩体不垂直；③地层不均匀。针对①、②问题，可重新选择施力点或切割焊缝，找正垂直面重新焊接；针对③可将裸露的桩体用角钢四角包裹，焊接连接，用千斤顶水平方向纠正倾斜后连同角钢一同压入地层。

（3）在压桩时，发现停工时间长短直接影响2次压桩的阻力，即压桩的阻力将随停工时间的增加而增大。因此，认为压桩压力将达到极限值时，一般不允许停压。故有条件的可备用一套设备。

（4）对于地层复杂的地基，为了在压桩前较准确的控制桩的长度和可能遇到的假持力层，条件允许时，加固前，在所要压桩的边缘做一静力触探，根据静力触探比贯入阻力和静探深度确定每根桩的压入程度。一般在比贯入阻力小于1.60MPa时，压桩容易，在1.60～2.10MPa时，也可压入，但要缩小加力级别，控制压桩速度。

（5）对于一般粘性土地层，压桩时首桩可不用尖桩；砂砾层、卵石层及杂填土地层时，尖桩不可少，一方面有利于桩的压入，同时可增加桩的垂直度。

（6）由于地层构造存在差异，在达到极限压力后很难预料接桩的长度，因此，为了节省成本方便起见，建议预制一部分50mm长的短桩备用；托换段长度控制在400mm以内，且必须用混凝土浇筑托换钢管段，达到防腐加固的效果。

（7）采用静压预制桩进行基础托换，压桩过程一般都会带来附加沉降，设计时应加以注意。减小附加沉降的措施有：采用尽量小的桩身断面；布桩密度不宜过大；压桩施工宜跳打并尽快封桩。

（8）布桩时应进行压桩方案设计，做好前期的补勘工作，掌握地层情况，对可能遇到的困难做到认真分析并准备相应的处理措施。