錨桿靜壓樁托換技術(shù)在某廠房加固中的應(yīng)用

王留毅

錨桿靜壓樁托換技術(shù)常用于對既有建筑物進(jìn)行加層、傾斜沉降建筑物的糾偏以及高層建筑中工程缺陷樁的補強加固中。該技術(shù)自 1998年引進(jìn)廣西后，先后在多項危房加固工程中得到廣泛應(yīng)用，但在實踐應(yīng)用中樁身材料基本都是采用鋼筋混凝土預(yù)制樁。2008年經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)，在廣西某廠房基礎(chǔ)加固中首次采用微型鋼管樁作為樁身材料，改進(jìn)了施工工藝，簡化了施工工序，大大提高了施工效率，取得了良好的效果。

1 工程概況

某電解鋁廠房建成于 2002年，主廠房全長 595m，高度一層。根據(jù)場地巖土工程勘察報告，加固區(qū)范圍內(nèi)巖土層主要為:①素填土:松散～稍密，以強風(fēng)化泥巖碎石為主，土質(zhì)不均勻。層厚8.5m～15.6m。②粉質(zhì)粘土:硬塑 ～堅硬，局部含少量泥巖碎石，碎石粒徑在15mm左右。層厚0.6m～2.9m。③泥巖:泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，強～中風(fēng)化，屬極軟巖，巖體較破碎，基本質(zhì)量等級Ⅴ級。各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

該廠房基礎(chǔ)采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)置于中風(fēng)化泥巖上。車間平臺柱采用柱基，電解槽和鋁母線墩采用筏基，基礎(chǔ)均置于人工壓實填土地基上。

主廠房在建成初期于 2003年曾出現(xiàn)過下沉和梁柱開裂情況，2004年經(jīng)加固后沉降觀測資料顯示廠房下沉趨于穩(wěn)定。后又發(fā)現(xiàn)廠房平臺、梁、柱開裂及下沉，電解槽和鋁母線筏板基礎(chǔ)整體下沉，室內(nèi)地坪下沉、拱起，廠房內(nèi)局部下沉大于200mm，病害區(qū)域面積約 2 500m2，嚴(yán)重危及廠房的安全。

2 建筑物沉降原因分析

廠房病害區(qū)范圍內(nèi)的平臺柱、電解槽和鋁母線墩的基礎(chǔ)均置于①素填土上，基底下①素填土的平均厚度為 10.3m。①素填土雖然經(jīng)過分層壓實，但回填時間短，填土成分和密實度極不均勻。另外①素填土層大部分由強風(fēng)化泥巖組成，具有明顯的浸水軟化特點，雨季時①素填土層在地下水的作用下承載力必然明顯降低。根據(jù)廣西第三系泥巖承載力研究經(jīng)驗，充分軟化后的泥巖承載力將降低30%～50%。

由于填土層自身的固結(jié)沉降，以及地下水的影響，造成地基土下沉量過大，產(chǎn)生不均勻沉降而引起廠房梁柱的拉裂，地面下沉、起拱，這是導(dǎo)致廠房病害產(chǎn)生的最根本的原因。

3 工程特點分析

4 加固方案選擇

考慮到場地地質(zhì)條件及本工程自身特點，經(jīng)過多種方案的論證，最終選擇錨桿靜壓樁托換技術(shù)對廠房進(jìn)行加固處理。該技術(shù)具有以下顯著優(yōu)點:

1)該技術(shù)在廣西已推廣十余年，具有豐富的工程實踐經(jīng)驗;

2)加固效果顯著，經(jīng)加固后的建筑物都能安全、正常使用;

3)施工機具輕便，作業(yè)面小，無噪聲，室內(nèi)施工不受天氣影響，且不影響廠房正常生產(chǎn)，尤其適宜本工程使用;

4)施工過程中樁段預(yù)制、壓樁力可控制，施工質(zhì)量可保證;

5)施工工期短，見效快，費用較低。

5 加固方案的計算

為確保加固方案的設(shè)計科學(xué)、合理、嚴(yán)謹(jǐn)、周密，設(shè)計前對場地重新進(jìn)行了施工勘察，并詳盡搜集了建筑物結(jié)構(gòu)荷載、原有沉降觀測等資料，充分利用了現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)，全面分析論證了本工程的結(jié)構(gòu)特點和巖土特征，合理地選擇了樁端持力層，確定了樁的長度、樁的數(shù)量和樁的承載力。

5.1 樁型選取

考慮到本工程工作量大、工期短、施工空間小和操作方便的要求，樁身材料采用φ127mm壁厚4.5mm的預(yù)制閉口微型鋼管樁，樁段0.8m～1.2m。

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5.2 單樁承載力確定

①軸～⑥軸線為病害最為嚴(yán)重區(qū)，以該區(qū)最短有效樁長 11.5m (進(jìn)入③泥巖層1.0m)按下式計算單樁承載力為:

取單樁承載力Ra=200 kN。

5.3 錨桿靜壓樁樁身強度驗算

鋼管樁樁身強度驗算:

其中，P為鋼管樁的承載力;A為樁身截面面積，A=π(D2-d2)/4=1 731mm2;f為鋼管的抗壓強度，取f=300MPa;φ為穩(wěn)定系數(shù)，一般取φ=1.0。

因此，單樁承載力取200 kN時樁身強度滿足要求。

5.4 樁數(shù)計算

根據(jù)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載計算樁數(shù):

其中，N為上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載設(shè)計值。

樁數(shù)計算見表 2。

表2 樁數(shù)計算表

5.5 設(shè)計最終壓樁力

設(shè)計最終壓樁力按下式計算:

其中，Pp(L)為設(shè)計最終壓樁力，kN;Kp為壓樁力系數(shù)，取Kp= 1.8～2.0;Pa為設(shè)計單樁豎向承載力特征值，kN。

根據(jù)上式結(jié)合試樁情況確定最終壓樁力為J-6柱基Pp(L)= 400 kN，SJ-1筏基為360 kN，SD柱基為100 kN。

6 施工技術(shù)要點

1)開鉆樁孔與預(yù)埋錨桿。開鉆樁孔時不得一次把所有的樁孔開鉆完，一個基礎(chǔ)一次只能開鉆兩個對稱的樁孔，在同一基礎(chǔ)上封好上一批樁頭后才能開鉆下一批壓樁孔。錨桿預(yù)埋采用新型建筑結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)，方便快捷，預(yù)埋前要將錨桿孔洗凈并吹干。

2)壓樁、接樁、封樁。壓樁時同時使用兩臺設(shè)備在同一基礎(chǔ)面上同步對稱地進(jìn)行，并嚴(yán)格按照《錨桿靜壓樁技術(shù)規(guī)程》執(zhí)行。主要的施工工藝流程如下:確定樁位、放樣、編號→開挖基礎(chǔ)覆土→開鑿樁孔→鉆錨桿孔→灌填建筑結(jié)構(gòu)膠，埋設(shè)錨桿→安裝壓樁架→起樁段，就位樁孔→校正樁身垂直→壓樁施工→記錄樁入土深度、壓力表讀數(shù)，起吊下節(jié)樁段，繼續(xù)壓樁→壓樁滿足設(shè)計要求→壓樁結(jié)束→拌制微膨脹早強混凝土封樁→上部梁柱加固→恢復(fù)地面。

壓樁過程中，應(yīng)始終保證樁身垂直，防止樁身傾斜壓偏，并隨時觀察壓力表讀數(shù)，控制最終壓樁力。

7 結(jié)語

1)采用錨桿靜壓樁對危房進(jìn)行加固處理時，設(shè)計施工前一定要詳細(xì)掌握建筑物的結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)巖土條件等資料，對加固方案進(jìn)行充分論證，制定詳細(xì)的施工組織設(shè)計，施工中通過信息反饋，及時改進(jìn)與優(yōu)化施工工藝，保證加固質(zhì)量可靠。施工結(jié)束后，應(yīng)抽取一定數(shù)量的樁進(jìn)行靜力載荷試驗，以檢驗單樁承載力是否滿足設(shè)計要求。

2)本工程竣工后，經(jīng)過近兩年的沉降觀測，該廠房的沉降量和沉降差都滿足規(guī)范要求，加固效果明顯，說明改托換加固技術(shù)是成功的。

3)本工程針對其施工難度大，施工條件惡劣等特點，在設(shè)計和施工過程中，做了很多的創(chuàng)新和改進(jìn)，例如采用微型鋼管樁和新型建筑結(jié)構(gòu)膠，改進(jìn)了施工工藝，提高了施工效率，取得了很好的效果，并于 2009年被評為國家優(yōu)秀工程勘察三等獎，為今后危房加固工程積累了豐富的寶貴經(jīng)驗。

[1] GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] YBJ 227-91，錨桿靜壓樁技術(shù)規(guī)程[S].

[3] JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 邢澤軍.靜壓樁施工的應(yīng)用和控制[J].山西建筑，2010，36 (27):126-127.