坑式靜壓樁在樁筏基礎補強中的應用

王　振，惠　冰，江　海，彭國斌，嚴紀興，郁章劍

（山東正元建設工程有限責任公司，山東濟南250100）

坑式靜壓樁在樁筏基礎補強中的應用

王振*，惠冰，江海，彭國斌，嚴紀興，郁章劍

（山東正元建設工程有限責任公司，山東濟南250100）

依據具體工程實例，針對樁筏基礎承載力不足的問題，提出采用坑式靜壓樁的方式來增補鋼管樁，達到補強地基承載力的目的。工程施工中采用動態設計、信息化施工，施工中和施工后對構筑物進行沉降觀測，補強效果滿足設計要求。

坑式靜壓樁；樁筏基礎；地基加固；承載力

1　概述

坑式靜壓樁是將千斤頂頂升原理與靜力壓樁技術融合為一體的新型樁基技術［1］，在已建建筑的基礎下挖出導坑，將上部建筑物的自重作為反力，利用千斤頂將鋼管或預制樁逐節壓入土中，具有針對性強、效果明顯、反彈小的優點。

某工程脫硫系統石灰石粉倉基礎形式為環形筏板（外徑18.5m，內徑12.1m，筏板高度1.7m），樁基采用PHC500AB100-23，原設計單樁豎向抗壓承載力特征值為2530kN，實測單樁豎向抗壓承載力特征值為1200kN，不滿足設計要求。原設計單位通過上部荷載等措施進行優化后，石灰石粉倉樁頂豎向荷載仍大于既有管樁承載力，需進行加固處理。

2　工程地質與水文條件

2.1工程地質條件

場區地貌單元屬于山前沖積平原，各土層層位穩定，厚度一致，地表為素填土，填土層以下為交互分布的粉質粘土、粉土。各主要土層分布情況如下：

（1）素填土：黃褐色，以粉質粘土為主，層厚0.6～2.0m。

（2）粉質粘土：黃褐色，含少量云母片，可塑，稍有光澤反應，無搖振反應，干強度及韌性中等，層厚3.2～5.2m。

（3）粉質粘土：灰褐色，含少量鈣質結核、云母片，可塑，稍有光澤反應，無搖振反應，干強度及韌性中等，層厚4.8～8.4m。

（4）粉土：黃褐色，含少量鐵質氧化物，云母片，粘粒含量較高，夾黃褐色粉質粘土，稍濕—濕，密實，無光澤反應，搖振反應迅速，干強度及韌性低，層厚1.2～4.0m。

（5）粉質粘土：黃褐色，含少量鈣質結核、云母片，可塑，稍有光澤反應，無搖振反應，干強度及韌性中等，層厚1.5～3.4m。

（6）粉土：黃褐色，含少量鐵質氧化物、云母片，粘粒含量較高，夾黃褐色粉質粘土層，濕，密實，無光澤反應，搖振反應迅速，干強度及韌性低，層厚4.6～6.9m。

（7）粉質粘土：黃褐—灰褐色，含鐵質氧化物、鈣質結核，夾棕褐色粘土層，可塑—硬塑，稍有光澤反應，無搖振反應，干強度及韌性中等，最大揭露厚度13.7m。

2.2水文地質條件

地下水類型為第四系孔隙潛水，水位埋深大于20m。

3　加固設計

3.1加固原則

由于石灰石粉倉主體已完工，不適宜在建筑物內鑿洞打樁，且主體及基礎自重較大，能夠提供坑式靜壓樁所需反力，因而通過坑式靜壓樁增補鋼管樁是最佳方案。

3.2加固方案

根據原設計單位提供的上部荷載、樁頂反力、樁基計算書等資料，并考慮筏板基礎下地基土承載效應，經復核驗算，石灰石粉倉的樁頂豎向荷載平均值為1412kN，復合基樁的承載力為1217kN，增補鋼管樁至少應提供6345kN承載力。

考慮施工中補樁對稱性原則，在石灰石粉倉環形筏板基礎下由外向內依次設置2排環形均勻分布的鋼管樁（如圖1所示），從外側起第1排鋼管樁與第1排既有管樁位于同一排上，鋼管樁設置在相鄰兩根既有管樁中間，樁長7m，單樁豎向抗壓承載力特征值110kN；第2排鋼管樁與第2排既有管樁位于同一排上，鋼管樁設置在相鄰兩根既有管樁中間，樁長12m，單樁豎向抗壓承載力特征值210kN。鋼管樁采用Q235鋼管，外徑219mm，壁厚6.5mm。鋼管樁與筏板之間通過植筋并澆筑灌漿料等措施連成整體。

表1　各土層物理力學參數

根據《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008），分別對單樁豎向抗壓極限承載力、樁土與地基土總抗力、樁頂最大豎向力、沉降量進行計算，能夠滿足要求。

圖1　石灰石粉倉樁位布置圖

4　坑式靜壓樁施工工藝

坑式靜壓樁施工工藝流程如圖2所示。

圖2　施工工藝流程

坑式靜壓樁在本工程中的具體應用如下：

（1）分區域、對稱進行工作坑的開挖及施工鋼管樁。

（2）鋼管樁施工時，在第一節樁底安裝錐形鋼樁尖，樁頂上安置T型樁帽、千斤頂及測力傳感器，再驅動千斤頂壓樁，每壓入下一節樁后，再接上一節樁。

（3）鋼管樁施工時，為保證樁垂直度，對壓樁支架進行了改進，首先將千斤頂與支架通過鋼板固定為一個整體，然后在樁位正上方鉆定位孔，將支架中心正對定位孔，同時在筏板底部打碰撞螺栓固定支架，最后運用斜撐和長方形鋼箍將支架固定。采用水平尺和鉛錘確定垂直度。

（4）鋼管樁各節的連接處采用焊接接頭，接樁處的坡口應為45°，焊縫等級為二級，施工中對焊縫進行超聲波探傷檢測，檢測結果為Ⅰ級或Ⅱ級。

（5）在除最上一節外的鋼管樁內灌注水泥漿，采用P.O42.5水泥，水灰比0.5。在水泥漿凝固過程中，加強回灌，以防止水泥漿凝固收縮，待水泥漿凝固后施工最上一節鋼管樁。

（6）在基礎底面混凝土上鉆孔植筋，植筋深度為0.3m，基礎底面以下引出的鋼筋長度也為0.3m。

（7）根據基礎底面和倒數第二節鋼管樁之間的距離，截取鋼管，并在上、下兩端側壁上各預留?10mm返氣孔和灌漿孔。

（8）將基礎底面引出的鋼筋放入最上一節鋼管樁內，并將該節鋼管下端與倒數第二節鋼管樁焊接，上端與基礎底面空隙用環氧樹脂封堵密實。

（9）從灌漿孔中灌入灌漿料，待返氣孔冒漿后將返氣孔堵塞，并加壓至0.1～0.2MPa，然后封堵灌漿孔。

（10）施工中對石灰石粉倉周邊進行沉降觀測，均勻設置S1、S2、S3、S4四個監測點，如圖3所示。

圖3　石灰石粉倉周邊各監測點

（11）為增強工作坑區域樁的側阻力，采用C15混凝土進行回填，為彌補回填混凝土與基礎底面之間的間隙，回填前在工作坑頂預留注漿管，在回填完之后，利用注漿管多次灌注水泥漿，以填補空隙。

5　坑式靜壓樁遇到問題探討

（1）施工中壓樁力一般不小于單樁豎向承載力特征值的2倍，但部分樁不滿足此條件，間隔2～3d后，壓樁力能夠增大至甚至超過單樁豎向承載力特征值的2倍，存在壓力滯后現象，這種現象在其他工程也同樣存在［2］，造成這種現象的原因主要有以下幾點：①樁周土在沉樁過程中被擠壓擾動，強度顯著降低，粘性土的觸變作用使損失的強度隨時間逐步恢復；②壓樁過程中，樁的擠壓是土體的總應力增加，超孔隙水壓力增加，沉樁結束后，超孔隙水壓力逐漸消散，從而使樁周土產生固結，土的強度逐漸恢復甚至可能超過其初始強度。

（2）壓樁過程中，壓樁力在前幾節施工中變化較小，壓至0.5倍有效樁長后，壓樁力存在突變，如圖4所示，這是由于樁尖從軟土層穿越至硬土層側阻力增大引起的；同時2-10號樁在壓至較高值后又存在一定程度的下降，這說明2-10號區域穿越了軟—硬—軟3種地層的結果［3］。

（3）石灰石粉倉沉降數據如圖5所示。數據顯示，施工期間（2015-11-14～2015-12-09）各測點沉降存在起伏，但沉降變化較小；2015年12月10日回填完成后，沉降急劇增大，這與石灰石粉倉增加荷載有關，但在一個月以后，沉降趨于穩定。另外，各觀測點數據相差不大，說明沉降為均勻沉降，且沉降值遠遠小于200mm的設計要求。

圖4　壓樁長度—壓樁力關系圖

圖5　石灰石粉倉時間—沉降量曲線圖

6　結論

通過坑式靜壓樁在樁筏基礎加固工程中的成功運用，可以得出以下幾點結論：

（1）對于施工空間狹小，不允許破壞且自重較大的建筑物，利用坑式靜壓樁加固是切實可行的，具有針對性強、可控性好的優點。

（2）將千斤頂與支架固定為一個整體，能夠更有效地保證樁的垂直度。

（3）在工作坑頂部設置注漿管進行回填后補漿，能夠有效填補混凝土回填時留下的空隙。

（4）鋼管樁的壓樁力存在時效性和突變性，這與壓樁過程中的土的觸變性、孔隙水壓力、以及地層變化情況有關。

（5）加固過程中及時進行監測沉降，根據監測反饋信息決定是否進行下一道工序，堅持“動態化設計，信息化施工”的理念，確保加固建筑的安全。

［1］史佩棟，等.深基礎工程特殊技術問題［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［2］李林，張會林.某住宅樓裂縫事故的檢測鑒定及坑式靜壓樁托換［J］.建筑結構，2006，40（10）：102-104.

［3］鄧學支.靜壓樁壓樁力與承載力關系研究［D］.東南大學，2006.

TU473.1

B

1004-5716（2016）08-0024-03

2016-03-29

2016-03-30

中國冶金地質總局山東局青年科技基金、中國冶金地質總局山東局科技基金資助項目。

王振（1986-），男（漢族），山東聊城人，工程師，現從事巖土工程設計及施工工作。