靜壓樁托換加固實例分析

丁小強，王　鑫

（陜西天地地質有限責任公司，陜西西安710000）

靜壓樁托換加固實例分析

丁小強*，王鑫

（陜西天地地質有限責任公司，陜西西安710000）

靜壓樁托換技術是進行已有建筑地基基礎加固的一種有效措施。通過對某煤礦瓦斯抽采泵房因水浸泡導致過量不均勻沉降地基托換加固實例的分析，闡述靜壓樁托換加固原理和設計、施工要點及應該注意的問題。

靜壓樁；地基加固；預制樁；托換技術

靜壓樁托換技術是采用靜壓的方式進行沉樁，主要運用在建筑物地基加固補強、加層改造、基坑開挖支護抗滑等工程中。靜壓樁一般有以下幾種類型：頂承靜壓樁、自承靜壓樁、錨桿靜壓樁等。本文的靜壓樁托換采用的是頂承靜壓樁，即用液壓千斤頂在建筑物提供的反力作用下將預制方樁壓入地層當中。我們采用該技術成功地對寶雞地區某煤礦瓦斯泵房（以下簡稱泵房）地基進行了加固處理。結合工程實例，闡述靜壓樁托換加固原理、設計和施工要點。

1　工程概況

擬加固泵房東西長48m，南北寬27.5m，高12m，為單層鋼架結構，工字鋼樁承重，下設獨立基礎，尺寸（長×寬×高）為3.6m×3.0m×0.6m，基礎下鋪設30cm碎石墊層，地基處理采用CFG復合地基，樁徑400mm，理論樁長進入有效持力層。

該泵房地基屬于半開挖半回填地基，場地南部為原始山體開挖，地層性質良好，北部原為山谷，2008年回填完畢。本次沉降開裂主要是北面墻體和鋼柱。

該泵房2012年初建成，不久以北側墻體中間的鋼柱為中心即出現裂縫，鋼柱兩側出現豎向裂縫，內外通透，外墻出現外傾趨勢，沿磚縫外墻體出現橫向裂縫，最大縫寬約2cm，長1～2m，向東西兩側逐漸減小。經貼騎縫紙條觀察，紙條時間不長即繃緊斷裂，表明地基沉降仍在繼續，沉降最大約20cm，已嚴重危及泵房的正常使用。泵房場地位于寶雞麟游縣山區，地貌單元屬殘塬溝壑梁峁相間的低中山。本次發生沉降的區域，主要是填方區。補勘得知該填土區主要地層自上而下依次為：

（1）素填土：濕，可塑，局部為流塑，主要由粘性土組成，含鈣質結核、植物根系等，下部混少量煤矸石，具微濕陷性。層厚20.40～22.90m。

（2）黃土：褐黃色，硬塑—堅硬，具針孔、蟲孔，可見蝸牛殼，鈣質結核，土質均勻。本層未揭穿、揭露厚度18.00m。

2　災害原因分析與地基加固處理方案

2.1災害原因分析

經過對廠區周圍踏勘，為了核實初步推測，在泵房北側緊挨墻體布置鉆孔3個，鉆孔取樣補勘，考慮到后期方案設計，鉆孔設計深度以進入原始地層為準。根據歷史資料、補勘資料得到下面幾點認識：

（1）北側地基23m以上為素填黃土，回填時未分層夯實，屬欠固結地層。

（2）中間鉆孔開孔至孔深11.5m段，填土呈流塑—軟塑狀態，含水量大，工程性質不良；另外兩處鉆孔填土呈可塑狀態，具微濕陷性，中—高壓縮性。這與泵房沉降在東西向呈中心輻射狀相符合。

（3）調查得知，在泵房基礎填方區下部曾埋設有過水管道，廢棄后，未曾封堵處理，在管道源頭發現，仍有少量積水流入管道中。

綜合上述幾點認識，災害主因是基礎持力層局部被水長期浸泡濕陷、軟化，并對樁體產生負摩阻力，地基承載力大幅度降低，導致地基土過量不均勻沉降，這是造成建筑物墻體嚴重開裂的主要原因。

2.2確定加固方案及靜壓樁托換工作原理

對既有建筑物基礎加固采用樁托換的方法主要有頂承靜壓樁、自承靜壓樁、錨桿靜壓樁等。經過對幾種方案的對比，考慮施工現場較偏遠，原建筑上部荷載足夠大，最終決定采用靜壓樁托換方案，靜壓樁樁體為鋼筋混凝土預制方樁，每根樁由若干短樁組成，短樁長度一般有1.0m、1.2m和1.5m，斷面尺寸為200mm× 200mm，首根樁一般采用帶300mm長的錐角形狀樁尖的短樁，施工中各短樁用焊接連接。

靜壓樁地基加固托換的基本工作原理：利用原有建筑物的自重做反力，采用靜力壓樁法將樁體逐段壓入地基中。由于預制樁直徑小，故基本可忽略樁端阻力，即可把它看成由樁身與地基土的摩擦力構成承載力的純摩擦樁。經托換后，靜壓樁與原基礎用混凝土澆筑在一起，由于樁頂向上存在反力，從而可快速減小原地基壓力，樁頂直接支撐上部結構荷載，控制地基不再產生新的沉降，達到加固的目的。

3　設計與施工技術

3.1預制樁樁身結構

（1）本工程采用樁截面為200mm×200mm，平樁樁長為1.0m、1.2m、1.5m，尖樁樁長為1.5m，錐角50°。尖樁頭的樁尖為?20mm的圓鋼，位于樁截面投影中心，誤差不超過2mm。詳見圖1預制樁設計圖。

（2）預制樁采用C30混凝土，主筋4?12Ⅰ級鋼，箍筋6?150Ⅱ級鋼，主筋保護層厚度25mm，主筋與樁頭鋼板焊接。

3.2布樁原則

根據該泵房地基不均勻沉降造成墻體開裂特點，以在結構受力節點布樁的原則，確定在泵房北側墻體的9根支撐鋼柱的獨立基礎下布置靜壓樁，每個獨立基礎下對稱布樁4根，均勻布在原CFG樁基間隙中，共布樁36根，樁長約為15m左右，以終止壓力滿足要求為準，樁端進入力學性能較好的地層中。具體樁位見圖2鋼柱下樁位平面詳圖。

3.3終止壓力

滿足《既有建筑地基基礎加固技術規范》（JGJ 123-2012）第6.6.3.4條要求，樁尖達單樁豎向承載力標準值Rk的1.5倍相應深度的土層內。

根據設計院提供的結構載荷，單個鋼柱下荷載為963.8kN，由于原有CFG樁下沉嚴重，設計時不考慮其承載力。則單個靜壓樁豎向承載力標準值Rk設計為241kN，取Rk=250kN。根據上述規范，每根樁壓樁終止壓力不小于380kN。

3.4施工工藝

（1）靜壓樁施工程序如下：按樁位平面布置實地定樁位→貼近外墻散水挖操作坑→地梁下鑿洞→首樁就位→樁頂上放置千斤頂→地面油泵加壓觀測記錄→坑下操作壓樁→用墊塊調整千斤頂活塞桿→校正樁身垂直度→接樁→焊樁→壓樁→結束壓樁→樁式托換→塞入托換鋼管用鐵錘打緊鋼鍥→并排2臺千斤頂同步泄壓至零→拆除托換裝置→坑洞回填至樁端下0.1m→澆灌混凝土承臺→恢復地面原有地貌。詳見圖3靜壓樁托換剖面示意圖。

（2）托換坑開挖尺寸，以能夠施工為原則，本次操作坑的開挖、后期回填均按設計要求施工，詳見圖4操作坑開挖、回填圖。

（3）壓樁施工總體采用間樁施工法，導坑內壓樁順序先內后外，先西后東，避免施工過程中托換坑開挖引起的附加沉降，確保建筑物安全。

（4）托換鋼管采用直徑為159mm，壁厚5mm無縫鋼管。導坑采用三七灰土回填夯實，上部鋼管托換段采用C30混凝土灌注，詳見圖4操作坑開挖、回填圖。

4　微型靜壓樁托換地基成果的分析評價

（1）本工程布樁36根，樁平均入土深度16.89m，平均托換壓力為403.3kN，是設計平均壓樁終止壓力的1.1倍，從而有效阻止了樁頂的回彈，并形成樁頂向上的反力，使地基不再產生新的沉降。墻體裂縫在施工過程中就開始呈閉合趨勢，證明了這一點。

（2）本工程地基災害，主因是回填土黃土被水浸泡濕陷軟化，局部產生不均勻沉降，因此建議：對已廢棄水管道進行排查封堵，同時對泵房附近所有水管進行檢修更新，從根源上截斷水源；對泵房北側外散水進行加寬，修建雨水排水渠。后期在建筑使用過程中，加強防水、排水措施，避免地基土再被水浸泡。

（3）該泵房從加固完至今，經沉降觀測，沒有發現新的不均勻沉降，上部結構裂縫未進一步加大，說明靜壓樁托換加固是成功的。

5　施工中可能存在的問題

（1）壓樁施工時，要隨時觀察油缸儀表盤上荷載的變化，若表上的壓力忽高忽低，壓力不穩，除了檢查油路系統有無故障外，重點分析樁尖是否觸入塊石、砂礫層等。若如此，應采用縮小壓力級別，增加壓樁時間，平穩過渡穿過復雜地層。

（2）壓樁工程中，可能出現導坑中樁體傾斜，主要原因有：①樁體未對中，導致施力點跑偏；②對縫焊接時，樁體不垂直；③地層不均勻。針對①、②問題，可重新選擇施力點或切割焊縫，找正垂直面重新焊接；針對③可將裸露的樁體用角鋼四角包裹，焊接連接，用千斤頂水平方向糾正傾斜后連同角鋼一同壓入地層。

（3）在壓樁時，發現停工時間長短直接影響2次壓樁的阻力，即壓樁的阻力將隨停工時間的增加而增大。因此，認為壓樁壓力將達到極限值時，一般不允許停壓。故有條件的可備用一套設備。

（4）對于地層復雜的地基，為了在壓樁前較準確的控制樁的長度和可能遇到的假持力層，條件允許時，加固前，在所要壓樁的邊緣做一靜力觸探，根據靜力觸探比貫入阻力和靜探深度確定每根樁的壓入程度。一般在比貫入阻力小于1.60MPa時，壓樁容易，在1.60～2.10MPa時，也可壓入，但要縮小加力級別，控制壓樁速度。

（5）對于一般粘性土地層，壓樁時首樁可不用尖樁；砂礫層、卵石層及雜填土地層時，尖樁不可少，一方面有利于樁的壓入，同時可增加樁的垂直度。

（6）由于地層構造存在差異，在達到極限壓力后很難預料接樁的長度，因此，為了節省成本方便起見，建議預制一部分50mm長的短樁備用；托換段長度控制在400mm以內，且必須用混凝土澆筑托換鋼管段，達到防腐加固的效果。

（7）采用靜壓預制樁進行基礎托換，壓樁過程一般都會帶來附加沉降，設計時應加以注意。減小附加沉降的措施有：采用盡量小的樁身斷面；布樁密度不宜過大；壓樁施工宜跳打并盡快封樁。

（8）布樁時應進行壓樁方案設計，做好前期的補勘工作，掌握地層情況，對可能遇到的困難做到認真分析并準備相應的處理措施。

6　總結

工程實踐證明，靜壓樁托換工藝能成功用于既有建筑物地基加固處理工程中，其施工工藝有廣闊的應用前景，總結其優點如下：

（1）靜力壓樁適用與粘性土到卵石各個地層，使用地層范圍廣；可在窄小地段施工，受施工場地限制小；機理明確，可操作性強，具有較強的直觀性和可控性。

（2）壓樁過程油壓表讀數直接反映各層地基的承載性能，過程監控性強，結果有保證，并直接反映地基土的狀況。

（3）靜壓施工，無嚴重震動和噪音且無污染；施工工程基本不影響被加固建筑的正常使用。

在靜壓樁托換施工過程中，同樣還存在一些值得思考的地方，諸如：壓樁順序影響最后加固結果、時間效應對樁承載力的影響趨勢、樁徑與樁數的優化匹配等。今后應對此類問題進行深入思考研究，并進一步發展和完善相關規范，使得靜壓樁托換工藝成熟化、規范化，能夠在更多的建筑物加固中的發揮重要作用。

［1］林奇.靜壓預制短樁在基礎托換中的應用［J］.土工基礎，2003，17（4）：33-35.

［2］葉書麟，等.地基處理與托換技術［M］.中國建筑工業出版社，1994.

［3］JGJ123-2012既有建筑地基基礎加固技術規范［S］.

U443

A

1004-5716（2016）07-0196-04

2015-07-24

2015-07-27

丁小強（1987-），男（漢族），陜西寶雞人，助理工程師，現從事工程勘察和地基基礎相關工作。