地表静压钢管桩抬升法对建筑结构纠偏

张德芳

本文通过构筑物某旗杆纠偏实例，介绍了利用自然地面施工静压钢管桩、抬升基础法实施纠偏的详细工艺流程。其中纠偏方案设计、静压钢管桩承载力计算、施工方法及过程、抬升法纠偏的具体操作等，都可作为其它纠偏项目的借鉴和参考。

一、概况

某集团上市公司广场旗杆，共11根，中心距均为2.000m。因基础不均匀沉降，旗杆顶端向南偏移200～300mm，影响该集团形象。

该旗杆基础为C20钢筋混凝土结构，全长22.500m，底宽2.300m，为三阶独立基础，上阶高0.550m，中阶高0.600m，下阶高0.700m；台阶面第二级宽0.300m，第三级宽0.450m；上覆土0.500m，钢筋混凝土基础下有0.200m高素砼垫层，基础埋深-2.550m，基础下及周边为回填土。回填土地基承载力特征值qpa=80kPa、qsia=12kPa；地面3.700m下为花岗岩残积砾质性粘土，qpa=180kPa、qsia=63kPa（其余资料不详）。不利于也不允许布置大型施工机械，故决定：采用在自然地面的表面直接施工静压钢管桩，局部挖土，露出基础顶面，在基础顶面埋植反力锚杆，抬升基础进行纠偏的处理，后高压灌注1:1水泥砂浆对地基加固的方案。

图1 原旗杆倾斜

静压桩抬升基础的原理是：当钢管桩总承载力＞旗杆基础及其附加重力时，继续增加千斤顶压力，钢管桩不再下沉，而旗杆基础则被抬升。

二、钢管桩的计算和布桩设计

1.钢管桩竖向承载力最大值的确定

选用Q235、φ=150mm，δ=5mm钢管桩，单桩极限承载力：

式中：

Rmax—承载力设计最大值N。

f—钢材强度设计值N/mm2。

AP—桩底端横截面面积；2

2.桩长设计

∵根据《规范》，设计单桩竖向承载力特征值可按下式估算，取其中较小值：

式中：

Ra—单桩竖向承载力特征值；

qpa,qsia—桩端端阻力，桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得（或地勘报告提供）；

Ap—桩底端横截面面积；

up—桩身周边长度；

li—第i层岩土层的厚度。

查相关地质资料显示：杂填土qpa=8 0 k pa，qsia=12kpa；

花岗岩残积砾质性粘土qpa=180kpa，qsia=63kpa

设进入砾质性粘土层钢管桩长度为L：

化简得：506.6×103=0.4×103+ 20.9×103+ 29.7L

解之得： L=16.3×103mm≈16.300m

即：单根钢管桩设计长度为：3.700+16.300=20.000m

3.钢管桩布置方式

计算基础及覆土的总荷载：（切断法孤立覆土，其分项系数取1）

实际设计6根20m长的Q235、φ=150mm，δ=5mm钢管桩，均匀布置。

三、静压钢管桩的施工工艺

1.旗杆基础面上钻桩孔

首先用经纬仪投点放线，确定6个静压钢管桩的中心位置。

不用开挖基础，直接在自然地（表）面，用φ200mm直径的金刚石钻头在旗杆基础面上钻孔，一直钻穿整个旗杆基础。桩孔上部砼碎块要取出，靠近基础下部的桩孔中砼碎块不必取出，静压桩时可直接压进入岩土中。

图2 旗杆基础面上钻桩孔

2.埋植反力锚杆

局部挖土，露出基础顶面，在旗杆基础顶面钻孔中心各250mm处，各钻一φ50mm直径，深600mm的小孔。洗静吹干后，灌入植筋结构胶，然后埋植φ42mm全螺纹反力锚杆。全长1.1m，外露长度500mm，自然养护7天。

图3 埋植全螺纹反力锚杆

3.静压钢管桩

用100吨级，300mm行程的电动油压千斤顶，压静压钢管桩。静压桩机架总高度2.600m（可用于室内）。钢管桩每段长1.5m，备用少量几根1.0m、0.1m的短桩，用机床加工使其断面垂直于钢管桩轴线，加压时应用水准尺控制钢管桩的垂直度。千斤顶和钢管桩间应加防滑板。

电焊接桩时，应保证桩的垂直度，接头应满焊，且应使接头处冷却至常温后，才能继续加压。

图4 静力压钢管桩

此时Δy1=0.6mm；Δχ=22mm（考虑土壤的压缩变形，取20mm）

图6 抬升量与纠偏量的关系

4.桩顶封钢板反梁固定

当钢管桩压力接近500kN时，应停止加压，预留下行空间后，割除多余的钢管；当钢管桩缺少预留的行程时，应用L=100mm的短桩满焊接桩，并用30mm厚钢板加肋焊至100mm高的反梁钢板封住钢管桩顶。

图5 桩顶封反梁钢板固定

四、纠偏施工工艺

1.抬升研究与假设

抬升时，让所有千斤顶受力均为400kN；

每抬升10kN荷载，φ150×5的钢管，当L=20m时，即钢桩本身变形很小。

当地基对钢管桩的承载力＞钢管桩极限承载力时，钢管桩端的岩土不被剪切破坏，钢管桩与岩土的相对位移为0。

2.抬升量的计算与设计

设钢管桩端的岩土不被剪切破坏，钢管桩与岩土的相对位移为0；

设垂直的旗杆向北的位移量为Δχ；

设第二级台阶抬升的位移量为Δy1；

设第三级台阶抬升的位移量为Δy2；

设第二级台阶水平线与垂直的旗杆中轴线交点为o；

设旗杆基础南侧在右边时，基础逆时针转角为正，角度为∠α；

当Δy2=1mm时，∠α=arctan(1/900)=0.064°

上述计算说明，钢管桩相对旗杆基础每下行1mm，旗杆将回正20mm，如果每次用千斤顶压钢管桩1mm，需10～15次才能恢复旗杆的垂直。

3.垂直度测量点布设

于旗杆东西两侧20～40m处，布设经纬仪(或全站仪)，每抬升一次，测量一次，以确定旗杆倾斜变化。

如下图示，布设垂直度测量点，并划定固定测站位置。

图7 测量位置布置图

4.抬升纠偏操作

抬升设备改用100吨级，行程为50mm的扁形千斤顶。每台千斤顶由1组2人专门负责，现场统一指挥，采用分级同步的抬升方法同时进行加压抬升。

抬升过程中，每组1人负责加压，1人负责随时加强观察钢管桩、旗杆基础及设备等变化情况，任意一组有状况，都应及时发出警报，并同时停止操作。当旗杆回正后，并超过20mm左右时，开始稳压。

拧紧桩顶压顶反梁板上的螺母，防止千斤顶漏油，避免已抬升的基础回落。

5.高压灌浆对地基加固

桩顶反梁板固定后，可利用钻孔与管钢桩之间的间隙，埋设注浆管和溢流管。当封口水泥砂浆凝结且强度≥3MPa后，可用砂浆泵往基础底面空隙中灌注1∶1水泥砂浆，砂浆泵压力≮2.5MPa，直至溢出为止。

五、结语

在自然地表面直接施工静压钢管桩，抬升基础也只在基础表面进行操作，回避了深基础或基坑开挖，降低了安全风险，减小了工程量，在场地狭小或不能用大设备施工的项目中，这种纠偏方法切实可行，可借鉴推广。