超低凈空條件下應用錨桿靜壓鋼管樁技術控制沉降

葛欣銘

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

某已建供能管溝工程在投用后發現沉降病害，經第三方評估機構對管溝工程的運營安全狀況進行全面的評估，劃定了4個健康度評級，部分區段健康度評估為4級（最低級），評估結論建議采取沉降控制措施。

背景工程所在地區為長江三角洲沖積平原，場地地貌單元屬于濱海平原地貌類型，工程所處區域土層分布從上至下為：①1雜填土、①2素填土、②褐黃-灰黃色粉質黏土、③灰色淤泥質粉質黏土、③夾灰色砂質粉土、④灰色淤泥質黏土、⑤1a灰色黏土、⑤1b灰色粉質黏土、⑤2灰色砂質粉土、⑥暗綠-草黃色粉質黏土、⑦1灰綠-草黃色黏質粉土。該段管溝結構底板標高為－7.05～－4.05 m，位于④淤泥質黏土層。

2 工程難點、特點

2.1 工程難點

1）管溝的內凈尺寸為高2.8 m、寬4.2 m，并且已存在大量的橋架、管道等設施，內部空間狹小，較大的施工機械難以實施。

2）施工需停能并拆除部分供能管道，利用冷熱供能轉換的季節間隙進行施工，停能時間短，故施工要求在1個月內完成。

3）樁位的排布受到冷水管支墩、熱水管支架等已有構筑物的影響，需要根據實際情況進行特別布置。

2.2 錨桿靜壓樁特點

1）能迅速制止沉降和傾斜，施工過程中不會引起附加沉降。

2）壓樁施工可在凈空受限的狹小空間內實施，適用于大型機具無法進入的工程。

3）傳荷過程和受力性能明確，能得到每根樁的實際承載力，質量可靠[1-4]。

3 工程實施

3.1 方案選擇

3.1.1 ?樁型選擇

樁型采用φ219 mm×7 mm螺旋管鋼管樁，樁身材料選用Q235B鋼材，樁長18～22 m，樁尖進入⑥層暗綠-草黃色粉質黏土。受到管溝內部凈空限制，樁段長度設為1.6 m，采用焊接接樁，接樁節點強度不小于樁本身強度；壓樁孔內封樁采用C40KL無收縮灌漿料；單樁承載力特征值為280 kN，樁頂預加反力≥1.1倍單樁承載力。

3.1.2 ?壓樁設備

樁架所提供的壓樁力，對黏性土宜大于單樁豎向承載力特征值的1.2倍，對其他土則宜大于單樁豎向承載力特征值的1.5倍；本次錨桿靜壓樁樁尖進入⑥層暗綠-草黃色粉質黏土（鋼管樁底－25.86 m），故選用50 t千斤頂作為壓樁設備。

由于管溝內部凈空高度受到限制，高度僅為2.8 m，所以靜壓樁樁架需經過二次改造，樁架高度確定為2.6 m。

3.1.3 ?錨桿選擇

抗拔錨桿選用4M25高強度鋼種植錨桿，錨固長度≥15d（d為錨桿直徑），并采用C40KL無收縮灌漿料作為黏結劑。

3.1.4?樁的布置

樁位橫向為雙排布置，縱向根據現場已有構筑物的情況按1.5～2.0 m不等間距進行布置，橫向為兩側對稱布置。

3.1.5 ?開鑿壓樁孔

采用φ250 mm金剛石薄壁鉆一次成孔，取出混凝土芯柱，孔壁再用風鎬或沖擊鉆打毛。

3.1.6 ?樁段連接方式

接樁采用CO2氣保焊進行滿焊，鋼管端部設置45°坡口，上下樁段之間設內襯圈，確保鋼管同心度及垂直度滿足要求。

3.1.7 ?預加反力

根據設計要求，工程采用預加反力封樁，樁頂預加反力≥1.1倍單樁承載力特征值；鋼管壓至設計深度后，擺放傳力支架及千斤頂，千斤頂按設計承載力要求加設預加反力，澆筑灌漿料；為保證預加反力的效果，要求在灌漿料終凝前樁架及千斤頂不能撤離，原則上靜置時間應大于12 h。

3.1.8 ?封樁形式

上節樁加封板加焊4根錨筋，在基礎混凝土面層上開槽將錨桿打彎，焊接交叉鋼筋，然后澆筑C40KL無收縮灌漿料。

3.2 方案實施

3.2.1 ?施工工序

鋼管切割加工→樁位放樣→開孔→埋設錨桿→排水→樁架就位→吊樁入孔→壓樁→焊接→壓樁→記錄→樁長或壓樁力達到設計要求停止壓樁→加封板→焊錨筋→錨桿開槽打彎→焊接交叉鋼筋→清孔排水→澆筑C40KL無收縮灌漿料

3.2.2 ?施工準備

1）根據現場構筑物情況與設計確定樁位布置后，按平面布置圖測放樁位，平面偏差不得大于10 cm。

2）采用開孔設備在管溝底板上開設壓樁孔，壓樁孔為上小下大截頭錐形，上口φ350 mm，下口φ450 mm。

3）樁段制作要求鋼管樁樁身豎直、管子端面平整，坡口為45°，鋼管同心度要好。

4）壓樁架安裝時要保持垂直，應均衡擰緊錨固螺栓的螺帽，防止壓樁架晃動。

5）樁尖就位時必須保持垂直，樁段就位后必須加以校正，使千斤頂與樁段軸線保持在同一軸線上，不得偏心受壓。

3.2.3 ?施工過程控制

1）壓樁時，樁頂應設樁墊，樁尖就位時必須保持垂直，樁體垂直偏差不得超過樁段長的1.5%。

2）焊接接樁時，應清除表面鐵銹，進行滿焊，確保焊接質量，焊縫應飽滿，無氣孔。

3）壓樁施工不得中途停頓，應一次到位，如需中途停頓，樁尖可停留在軟土中，且停留時間不得超過24 h。

4）結合該段管溝結構所處位置的水位條件和管溝底板埋深，開孔后尤其是壓樁階段應進行監測和觀察，制訂適當的安全措施和應急預案，避免地下水涌入管溝內部造成水土流失。

5）壓樁實施過程中，樁位施工順序應在管溝兩側交錯推進，避免單側壓樁引起局部管溝結構的傾斜。

3.2.4 ?施工質量控制

1）壓樁以樁長和壓樁力作為停止壓樁的標準；樁頂要求嵌入基礎100 mm，如果壓樁力先達到設計要求，對于外露的樁頭須進行切除。

2）焊接完成封樁鋼蓋板，鋼管樁壓至標高，安放反力支架預加反力；預加反力的千斤頂在灌漿料終凝后方可撤出。

3）壓樁及預加反力所用千斤頂等設備在開工前均需進行標定工作，以確保表顯數據與實際數據相符。

4）樁與基礎的連接（封樁）是整個壓樁施工過程中的關鍵工序，封樁前必須把壓樁孔內的雜物清理干凈，排除積水，清除孔壁和樁面的浮漿，以增加黏結力。

5）壓樁過程應做好施工記錄工作，作為工程驗收資料，并可作為后期總結和單樁承載力標準值驗證的重要依據。

4 實施效果

4.1 沉樁質量

由于受到凈空限制，樁段分割短，故導致焊縫增多等不利情況出現，單樁沉樁時間控制在4.5 h左右；根據施工數據反饋，壓樁力隨著壓樁深度的增加而增加，壓樁深度超過15 m后壓樁力的增長速率明顯增加（圖1），長21 m的鋼管樁壓樁完成時的最終壓樁力在320 kN左右（單樁承載力特征值的1.1倍）。

圖1 壓樁深度與壓樁力曲線

為了有效驗證錨桿鋼管樁單樁承載力情況，在鋼管樁壓至設計深度后，經過24 h靜置，待樁身周圍土體重塑、土體強度恢復后，對樁身進行復壓試驗。綜合考慮試驗效果及復壓施加力對樁身可能產生的破壞情況，復壓施加力選定為承載力特征值的1.3倍，即280×1.3=364 kN進行。鋼管樁未被壓動，單樁承載力滿足設計要求。

4.2 沉降控制

第三方監測數據顯示，在采取了錨桿靜壓樁的沉降控制措施后，該段管溝沉降由實施前“變化速率為0.04～0.11 mm/d且未收斂”的情況，轉變為實施后的“變化速率為0.00～0.02 mm/d且已收斂”（圖2）。

圖2 管溝累計沉降趨勢

由此可見，錨桿靜壓樁的實施對管溝的沉降控制是成功的，取得了預期的效果。

5 結語

錨桿靜壓鋼管樁技術在管溝沉降控制方面的成功應用，解決了在管溝內部超低凈空條件下施工的難題，有效地控制了管溝的沉降情況，為今后類似的構筑物沉降控制提供了寶貴的經驗。