锚杆静压钢管桩在高层建筑桩基加固中的运用

朱旭荣

（南京大学建筑规划设计研究院有限公司 210000）

锚杆静压桩起源于20世纪50年代初期，随着我国机械行业的不断发展与进步，在20世纪90年代锚杆静压桩得到的推广与普及，并可用于预应力管桩施工中。在我国高层建筑与超高层建筑的发展下，锚杆静压钢管桩以其独有的特点，可以广泛的运用在软土地基的桩基加固中，弥补了以往桩基加固施工中加固技术难度大、吨位小、接桩困难等方面的不足。锚杆静压钢管桩的施工范围包括桩沉没、测量定位、桩机就位、吊装喂桩、对中调直、压桩、接桩等。而本文讲述的桩基加固方法主要是后种锚杆和静力压桩结合起来而形成的一种施工方法。该加固方法对于控制建筑物沉降起到了很大作用，有助于高层建筑工程基础加固质量的提升。

1 工程概况

南京河西地区某高层建筑地上十八层，地下一层，结构体系采用现浇混凝土剪力墙结构，基础采用500直径预应力混凝土管桩。该建筑在基坑开挖过程中，由于基坑支护失败，土体涌动，导致该建筑桩基大量倾斜偏位。部分预应力混凝土管桩偏位严重，已断裂，丧失了承载能力，需要采取补桩处理。而该工程工期紧张，不允许停下后续工序，慢慢补桩。根据经验以及相关文献，作出如下处理方案：3-1轴及3-C轴采用钻孔灌注桩补桩方案，灌注桩的单桩竖向承载力特征值为2500kN共15根；其余部位采用锚杆静压钢管桩补桩。

2 锚杆静压钢管桩设计机理

锚杆静压钢管桩工艺是锚杆静压混凝土桩技术发展而来。在上海浦东新区、苏州等地的高层建筑桩基事故中多有运用，并取得了成功。该技术与其它补桩方法相比具有明显的优点：不用专门的补桩周期。锚杆静压钢管桩是锚杆和压桩两项技术有机地结合，其基本原理是：先在基础中预留压桩孔，在压桩孔两侧，根据压桩力大小埋设相应数量的抗拔锚杆，压桩就是利用建筑物自重作反力，通过抗拔锚杆反力架和液压千斤顶，将桩段逐段压入土中，压至所需深度和达到设计压桩力，然后在压桩孔内浇注微膨胀早强防水封桩混凝土，使桩与基础形成整体，桩便可承受上部荷载，从而达到基础托换加固的目的。

3 锚杆静压钢管桩设计

钢管桩的单桩承载力特征值的估算与普通预制桩相同，参数取值也与预制桩一致.其单桩承载力特征值为：

Ra=qpa Ap+up∑qsia li

Ra——桩的单桩承载力特征值（kN）；

qpa qsia——桩端端阻力、第i层岩土桩侧阻力特征值（kPa）；

Ap——桩底端横截面面积（m2）；

up——桩身周边长度（m）；

li——第i层岩土的厚度（m）。虽然钢管桩端部为开口，但在压桩过程中，岩土会从桩端开口部位进入钢管桩形成土塞，参考相关文献直径400左右的钢管桩土塞形成的闭塞效应已可以起到闭口桩的作用，故桩的端部承载力可按闭口桩计算。按所缺承载力布置钢管桩。本工程设计如下：

（1）钢管桩：直径为402.2mm，厚度为12mm，材质Q235。

（2）桩段长：由地下室净高及压桩工艺确定钢管桩桩段长为1.5m左右。

（3）桩尖持力层与原管桩持力层相同以②-4层粉细砂为持力层，桩长约37m，钢管桩的单桩竖向承载力特征值为1400kN。

（4）在锚杆桩施工前后，加强观测。为使在进行了一段时期沉降观测后有进一步调整的余地，在底板增加一定量的保护性锚杆桩预留孔。

（5）压桩力的选择：为了满足单桩承载力的要求，根据以往的压桩经验，压桩力为压桩力需3300kN，以此反力来定锚杆为24φ32，分两侧设置；建筑上升至6层时静压锚杆钢管桩开始施工。

（6）压桩孔封闭设计：压桩孔的封闭应达到两个要求：①压桩孔封闭后不得有渗漏水，为此在压桩孔内应浇注C35微膨胀早强防水混凝土；②压桩孔封闭后的混凝土堵块应能承受1500kN的冲切力。为此必须加强压桩孔封顶的处理，把压桩孔设计成上小下大的锥形孔，有利于抗冲切，孔口上部利用抗拔锚杆加焊盖板，承受桩顶的冲切力。由此压桩孔留设及封孔大样见图1。

图1

4 锚杆静压钢管桩施工

清理施工现场→清除压桩孔内积水及杂物→安装反力架→吊桩入孔→压桩→接桩→满足设计要求（桩长和压桩力）停止压桩→移动反力架→封孔由于地下室层高较低，桩段仅为1.5m长，桩的接头较多，务必确保接头焊接质量。焊缝等级达到2级要求。

5 压力灌浆施工工艺

（1）灌浆施工需要在压桩工艺完成后，确保80%的混凝土强度，在原有的桩基位置布置钻孔点位，利用钻机采取垂直角度钻孔，一般情况下钻孔直径为80，钻孔的深度到底部沉渣位置。

（2）若是桩基底部无沉渣，施工技术人员可以直接运用微膨胀水泥砂浆压力封孔；当桩基底部有沉渣现象时，施工技术人员需要在桩基的适当位置钻孔，钻孔的角度仍旧需要垂直钻孔，导致桩基沉渣底部为止。

（3）在一个孔上安装压力水管和压水设备，压力水管头伸入沉渣底部，用栓塞封孔，另一个孔作为排水孔和排气孔。

（4）压水冲洗孔底沉渣，压力通过试验确定，但压力水不得破坏原桩和桩底基岩，当另外一个孔的水由浑浊变为清澈，且5min内无变化，则可认为洗孔结束。

（5）洗孔结束完成后，在一个钻孔上安装灌浆设备，灌浆管伸入桩底，塞好栓塞，另一个孔敞开，作为排气孔、排水孔、排浆孔。

（6）注入C30微膨胀水泥砂浆，注浆压力由现场试验确定，但不得大于洗孔水压力。当排浆孔有浆液流出，1min内注入水泥砂浆量与排出量相同，认为注浆结束。

6 实际效果

依据甲方提供的沉降观测报告，该楼自基础完成后2005年2月7日开始观测，至2005年9月8日结构封顶，该楼的最大累计沉降值为15.79mm，最小累计沉降值为6.99mm，平均累计沉降值为11.00mm。至该楼封顶后两个半月（即至2005年11月23日），该楼的最大累计沉降值为21.65mm，最小累计沉降值为10.25mm，平均累计沉降值为15.46mm；封顶后的最大沉降速率0.088mm/d，最小沉降速率0.036mm/d，平均沉降速率0.062mm/d。最大差异沉降0.0587%。由此分析可知03#楼结构封顶后（此期间完成了隔墙墙体砌筑，荷载已不少于70%），累计沉降较小，沉降速率也不大，基本可达到竣工验收的标准。因此可认为该工程的桩基处理方案是成功的，达到了预期的效果。通过该工程的实践，可总结该项技术的最大特点是：

（1）少数工程桩出现质量事故后，建筑物可以继续施工，只要在基础上留出压桩孔，待建筑物建到一定层数层后，在地下室内进行补桩托换加固，可以赢得工期，减少损失，简化加固工序。

（2）采用钢管桩补桩加固，具有承载力高，穿透性好，重量轻，长度调正方便，焊接接头可靠性高，挤土效应小等优点。大吨位锚杆静压钢管桩是一项行之有效的大型工程补桩新方法，技术上是先进的，质量是可靠的。

7 结语

结合上文可知，锚杆静压钢管桩在高层建筑桩基加固中的应用方法及其应用价值。相关的加固施工技术人员需要对桩基事故产生的原因进行细致分析，发现其中存在的问题，将锚杆静压钢管桩加固技术合理的运用在其中，以此提高高层建筑桩基加固质量，保障高层建筑工程的整体施工建设质量，促进我国建筑行业的发展。