锚杆静压桩联合注浆复合加固法在既有建筑物地基基础加固中的应用

王冬英 古伟斌 蔺青涛，3 薛 炜，3

（1.广东交通职业技术学院，广东 广州 510000；2.中科院广州化灌工程有限公司，广东 广州 510000；3.广东省化学灌浆工程技术研究开发中心，广东 广州 510000）

0 引言

随着社会经济和建筑工程技术的不断发展，我国的建筑工程设计标准不断提高，一部分老建筑随着使用年限的提高，不均匀沉降问题愈发严重，需要进行地基基础加固处理[1]。对既有建筑物进行加固处理时应全面分析论证方案的经济性、可行性等，结合实际工程经验与工程地质条件进行选择[2]。采用锚杆静压桩联合注浆复合加固既有建筑，能够融合2种加固方法的优势。

1 工程实例

1.1 工程概况

广州市增城区某小学教学综合楼，地上5层，无地下室，高度23米，基础为天然地基上的柱下独立基础，持力层为（3-1）全风化花岗岩，设计要求的地基承载力特征值为350 kPa。在地基承载力检测过程中，发现JC13承台的地基承载力检测仅为232 kPa，不满足设计要求，因资料的交接等原因未经处理就修建了上部承台以及整体结构，目前结构已经封顶，在竣工验收资料收集阶段发现地基检测有一承台没有达到设计要求，工程无法竣工验收。现需对已经建好的JC13承台进行地基加固补强以满足设计要求。

1.2 加固设计

1.2.1 加固方法选择

拟采用锚杆静压桩工艺与注浆工艺二者相结合的方法形成对既有建筑物基础加固的复合工艺，同时发挥2种工艺各自的优点，对既有建筑物特别是瞬间沉降速率增大或建筑物出现险情需立即止沉、止倾的地基基础进行加固，可达到事半功倍的效果[3]。

1.2.2 加固思路

结合工程地质条件和现场实际情况，采用注浆联合锚杆静压桩技术加固思路如下：先采用锚杆静压桩技术进行止沉，将上部结构传递下来的力经由钢管桩摩擦力和端承力传递到地基深处，然后再采用注浆法对浅层地基土进行加固[4]。

由于该工程JC13承台设计长7 m，宽4 m，厚1.4 m，为双柱联合钢筋混凝土扩展基础。为了保证地基的承载力达到设计要求，对JC13承台地基进行加固，采用钢管桩+地基土层注浆法，利用承台开孔压桩及钢管桩桩身的花管进行分层分段原位注浆，使新加钢管桩与原地基承台共同受力。同时，为了承台能够有足够的抗剪、抗冲切承载力，再在钢管桩上部的原承台上加厚250 mm的新增钢筋混凝土板，将其作为安全储备。

1.2.3 地质条件

JC13承台紧邻地质钻孔ZK53，地层自上而下依次划分为<2-3>黏性土（层厚3.4 m），<3-1>全风化花岗岩（层厚16.4 m），<3-2>强风化花岗岩（层厚5.9 m），<3-3>中风化花岗岩（层厚1.9m），<3-4>微风化花岗岩（层厚2.2 m）。JC13承台面位于<3-1>全风化花岗岩中。

1.2.4 加固设计

承台地基加固设计采用锚杆静压钢管桩+地基土层注浆+承台顶叠合板方法，详细施工参数如图1所示。

图1 锚杆静压桩结构图

1.2.4.1 钢管桩设计

在原有承台上开孔，开孔直径Ф150mm，采用锚杆静压施工。钢管采用Ф127×10mm（Q235B）。压桩采用桩长和单桩竖向承载力双控的方法，单桩竖向承载能力特征值为370kN，桩长不小于10m，最大压桩力为2倍单桩竖向承载力特征值。在最大压桩力作用下持续时间5min，桩下沉小于0.2mm，即可终止压桩。桩芯中灌注42.5R普通硅酸盐水泥，注浆压力为0.8MPa，再投放瓜米石。封桩及叠合板完成后利用预埋注浆管对原承台底进行循环注浆，以使新加钢管桩与原地基土共同受力。压桩前承台采用M28植筋，外露120mm，植入300mm，钻孔不小于30mm，距离压桩中心500mm，植筋作为压桩锚杆，为压桩提供压桩力，并为封桩所用。结合现场实际结构位置，共布置6根锚杆静压桩，桩距1.8m，排距1m。

1.2.4.2 承台底及地基土层注浆设计

利用承台开孔和钢管桩桩身的花管进行分层分段原位注浆法，对地基土层由下至上进行分层分段注浆。1）在承台开孔中的钢管桩边中预埋打入Ф25mm注浆管，入土层0.5 m。封桩及叠合板完成后利用其对原承台底进行循环注浆。采用42.5R水泥注浆，水灰比宜为0.55～0.7，注浆压力0.2MPa～0.5MPa。2）钢管底部安装桩靴并预留Ф4mm注浆孔，在钢管桩身开钻小孔，利用其对地层的土体进行分段注浆。钢管桩开Ф4mm为注浆孔，孔距@1000按梅花型布置，采用42.5R水泥注浆，水灰比为0.55～0.6，注浆压力0.5MPa～0.8MPa。3）承台顶面新增250mm叠合板。叠合板与承台面通过植筋连接，并与钢管桩封桩混凝土同时浇筑，共同受力。叠合板长3200mm，宽800mm，厚度250mm，材料为C35微膨胀早强混凝土，P8抗渗，钢筋HRB400Ф20@150单层双向布置。

1.2.5 钢管桩计算及复核过程

JC13承台为双柱联合钢筋混凝土结构，承台上部加屋面层共计5层。2020年校方委托检测单位对地基承载力进行检测，检测结果表明，JC13承台下地基承载力检测值为232kPa，该试验点地基土承载力不符合设计地基承载力特征值350kPa的要求。经实地测量，实际基础与地面有效接触面积为20.8m2，以下为根据《建筑地基基础设计规范》对钢管桩加固的计算及复核的过程[5]。其中，上部荷载无实测值，按照柱承担分层面积乘以均布荷载进行估算。

1.2.5.1 JC13承台上部荷载计算

首层、二层的柱跨按11.5 m和10.5 m计算，所承担的结构面积估算为11.5×10.5=117.6m2。

三层、四层的柱跨分别按10.5 m和7.4 m计算，所承担的结构面积估算为10.5×7.4=7.7m2。

JC13承台基础顶面以上的结构总面积估算，其中屋面层按三层、四层的所承担的结构面积估算为117.6×2-7.7×3=468.3m2。

JC13承台基础顶面以上的总结构荷载（按均布荷载15kN/m2计算）为15×468.3=7025kN。

1.2.5.2 JC13承台现状地基提供的承载力计算

根据实际测量结果，JC13承台基础有效面积为4×2.6×2=20.8m2。

由于实际检测到地基承载力为232 kPa，则有20.8×232=4826kN<7025kN，不满足要求。

1.2.5.3 加固方案中钢管桩提供的单桩承载力计算

JC-13基础加固需要补充的作用力为7025-4826=2199kN。

按柱子两侧均匀布置6根微型钢管桩计算，则每根微型钢管桩单桩承载力特征值须为370 kN。如公式（1）所示，方案可行。

式中：W为6根柱承载力的计算值；Q为基础加固所需要的作用力。

1.2.5.4 钢管桩地层摩阻力检验

钢管桩规格选择Ф127×10mm钢管混凝土桩（Q235B型），桩长不小于10 m，其中6 m为全风化花岗岩，4 m为强风化花岗岩，持力层为强风化花岗岩，设其单桩承载力为370 kN并对其计算，如公式（2）所示，满足要求。

式中：Qu为单桩竖向极限承载力标准值；up为桩身周长，qsik为桩周极限侧阻力；li为桩周第i层土的厚度；qpk桩端极限侧阻力；Ap为桩端面积。

1.2.5.5 钢管桩桩身强度检验

该检验如公式（3）所示，满足要求。

式中：Q为桩身承载力；Ap为钢管桩截面积，钢管桩外径127 mm，内径107 mm；fc为钢材屈服应力；φc为经验系数，取0.7。

1.2.5.6 钢管桩极限承载力

按245 kPa考虑，压桩工况验算如公式（4）所示，满足要求。

1.3 施工工艺流程

根据设计计算内容，将整个施工过程分2个阶段进行。第一阶段为锚杆静压桩的压桩和承台地基土体的注浆，其中钢管桩中注浆加固宜采用双控原则，即注浆量和稳压状态下注浆压力保持一定时间，方可完成注浆，需要由现场试验确定。达到内容包括施工工艺顺序如图2所示，待压桩完成验收后开始第二阶段的施工，即封桩、叠合板和承台底注浆的施工。此时承台底注浆是将承台底部由施工造成的脱空填满，形成“基础—桩—土”共同受力，第一阶段注浆是为了提高桩端阻和侧阻，此点须加以区分。第二阶段施工工艺顺序如图3所示。

图2 锚杆静压桩及其注浆施工顺序

图3 封桩及承台底注浆施工顺序

2 质量检验

静压钢管桩施工完毕后，选取典型桩进行单桩竖向抗压静载试验，根据《建筑结构加固工程施工质量验收规范》，在各级荷载作用下两桩沉降速率均达到相对收敛标准，如图4所示。加载至最大试验荷载740 kN时，两桩桩顶总沉降量分别为0.80 mm、1.11 mm，Q-S曲线平缓，无明显陡降段，如图5所示，s-lgt曲线呈平行规则排列[6]。综合分析，这2根静压钢管桩的极限承载力均Qu≥740 kN，承载力特征值为Ra=370 kN。

图4 典型桩加载沉降曲线

图5 典型桩s-lgt曲线

3 结论

该文通过具体工程实例，采用在既有建筑物基础承台上开孔施作锚杆静压钢管桩+地基土层注浆+上部叠合板协同受力的复合加固方法，方便快捷、加固效果理想，达到了预定目的，采用锚杆静压桩联合注浆的复合加固法在既有建筑物地基基础补强加固行之有效，可在同类工程中加以推广，对类似工程具有借鉴意义。