地表靜壓鋼管樁抬升法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)糾偏

張德芳

本文通過構(gòu)筑物某旗桿糾偏實(shí)例，介紹了利用自然地面施工靜壓鋼管樁、抬升基礎(chǔ)法實(shí)施糾偏的詳細(xì)工藝流程。其中糾偏方案設(shè)計(jì)、靜壓鋼管樁承載力計(jì)算、施工方法及過程、抬升法糾偏的具體操作等，都可作為其它糾偏項(xiàng)目的借鑒和參考。

一、概況

某集團(tuán)上市公司廣場(chǎng)旗桿，共11根，中心距均為2.000m。因基礎(chǔ)不均勻沉降，旗桿頂端向南偏移200～300mm，影響該集團(tuán)形象。

該旗桿基礎(chǔ)為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)22.500m，底寬2.300m，為三階獨(dú)立基礎(chǔ)，上階高0.550m，中階高0.600m，下階高0.700m；臺(tái)階面第二級(jí)寬0.300m，第三級(jí)寬0.450m；上覆土0.500m，鋼筋混凝土基礎(chǔ)下有0.200m高素砼墊層，基礎(chǔ)埋深-2.550m，基礎(chǔ)下及周邊為回填土。回填土地基承載力特征值qpa=80kPa、qsia=12kPa；地面3.700m下為花崗巖殘積礫質(zhì)性粘土，qpa=180kPa、qsia=63kPa（其余資料不詳）。不利于也不允許布置大型施工機(jī)械，故決定：采用在自然地面的表面直接施工靜壓鋼管樁，局部挖土，露出基礎(chǔ)頂面，在基礎(chǔ)頂面埋植反力錨桿，抬升基礎(chǔ)進(jìn)行糾偏的處理，后高壓灌注1:1水泥砂漿對(duì)地基加固的方案。

圖1 原旗桿傾斜

靜壓樁抬升基礎(chǔ)的原理是：當(dāng)鋼管樁總承載力＞旗桿基礎(chǔ)及其附加重力時(shí)，繼續(xù)增加千斤頂壓力，鋼管樁不再下沉，而旗桿基礎(chǔ)則被抬升。

二、鋼管樁的計(jì)算和布樁設(shè)計(jì)

1.鋼管樁豎向承載力最大值的確定

選用Q235、φ=150mm，δ=5mm鋼管樁，單樁極限承載力：

式中：

Rmax—承載力設(shè)計(jì)最大值N。

f—鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值N/mm2。

AP—樁底端橫截面面積；2

2.樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)

∵根據(jù)《規(guī)范》，設(shè)計(jì)單樁豎向承載力特征值可按下式估算，取其中較小值：

式中：

Ra—單樁豎向承載力特征值；

qpa,qsia—樁端端阻力，樁側(cè)阻力特征值，由當(dāng)?shù)仂o載荷試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析算得（或地勘報(bào)告提供）；

Ap—樁底端橫截面面積；

up—樁身周邊長(zhǎng)度；

li—第i層巖土層的厚度。

查相關(guān)地質(zhì)資料顯示：雜填土qpa=8 0 k pa，qsia=12kpa；

花崗巖殘積礫質(zhì)性粘土qpa=180kpa，qsia=63kpa

設(shè)進(jìn)入礫質(zhì)性粘土層鋼管樁長(zhǎng)度為L(zhǎng)：

化簡(jiǎn)得：506.6×103=0.4×103+ 20.9×103+ 29.7L

解之得： L=16.3×103mm≈16.300m

即：?jiǎn)胃摴軜对O(shè)計(jì)長(zhǎng)度為：3.700+16.300=20.000m

3.鋼管樁布置方式

計(jì)算基礎(chǔ)及覆土的總荷載：（切斷法孤立覆土，其分項(xiàng)系數(shù)取1）

實(shí)際設(shè)計(jì)6根20m長(zhǎng)的Q235、φ=150mm，δ=5mm鋼管樁，均勻布置。

三、靜壓鋼管樁的施工工藝

1.旗桿基礎(chǔ)面上鉆樁孔

首先用經(jīng)緯儀投點(diǎn)放線，確定6個(gè)靜壓鋼管樁的中心位置。

不用開挖基礎(chǔ)，直接在自然地（表）面，用φ200mm直徑的金剛石鉆頭在旗桿基礎(chǔ)面上鉆孔，一直鉆穿整個(gè)旗桿基礎(chǔ)。樁孔上部砼碎塊要取出，靠近基礎(chǔ)下部的樁孔中砼碎塊不必取出，靜壓樁時(shí)可直接壓進(jìn)入巖土中。

圖2 旗桿基礎(chǔ)面上鉆樁孔

2.埋植反力錨桿

局部挖土，露出基礎(chǔ)頂面，在旗桿基礎(chǔ)頂面鉆孔中心各250mm處，各鉆一φ50mm直徑，深600mm的小孔。洗靜吹干后，灌入植筋結(jié)構(gòu)膠，然后埋植φ42mm全螺紋反力錨桿。全長(zhǎng)1.1m，外露長(zhǎng)度500mm，自然養(yǎng)護(hù)7天。

圖3 埋植全螺紋反力錨桿

3.靜壓鋼管樁

用100噸級(jí)，300mm行程的電動(dòng)油壓千斤頂，壓靜壓鋼管樁。靜壓樁機(jī)架總高度2.600m（可用于室內(nèi)）。鋼管樁每段長(zhǎng)1.5m，備用少量幾根1.0m、0.1m的短樁，用機(jī)床加工使其斷面垂直于鋼管樁軸線，加壓時(shí)應(yīng)用水準(zhǔn)尺控制鋼管樁的垂直度。千斤頂和鋼管樁間應(yīng)加防滑板。

電焊接樁時(shí)，應(yīng)保證樁的垂直度，接頭應(yīng)滿焊，且應(yīng)使接頭處冷卻至常溫后，才能繼續(xù)加壓。

圖4 靜力壓鋼管樁

此時(shí)Δy1=0.6mm；Δχ=22mm（考慮土壤的壓縮變形，取20mm）

圖6 抬升量與糾偏量的關(guān)系

4.樁頂封鋼板反梁固定

當(dāng)鋼管樁壓力接近500kN時(shí)，應(yīng)停止加壓，預(yù)留下行空間后，割除多余的鋼管；當(dāng)鋼管樁缺少預(yù)留的行程時(shí)，應(yīng)用L=100mm的短樁滿焊接樁，并用30mm厚鋼板加肋焊至100mm高的反梁鋼板封住鋼管樁頂。

圖5 樁頂封反梁鋼板固定

四、糾偏施工工藝

1.抬升研究與假設(shè)

抬升時(shí)，讓所有千斤頂受力均為400kN；

每抬升10kN荷載，φ150×5的鋼管，當(dāng)L=20m時(shí)，即鋼樁本身變形很小。

當(dāng)?shù)鼗鶎?duì)鋼管樁的承載力＞鋼管樁極限承載力時(shí)，鋼管樁端的巖土不被剪切破壞，鋼管樁與巖土的相對(duì)位移為0。

2.抬升量的計(jì)算與設(shè)計(jì)

設(shè)鋼管樁端的巖土不被剪切破壞，鋼管樁與巖土的相對(duì)位移為0；

設(shè)垂直的旗桿向北的位移量為Δχ；

設(shè)第二級(jí)臺(tái)階抬升的位移量為Δy1；

設(shè)第三級(jí)臺(tái)階抬升的位移量為Δy2；

設(shè)第二級(jí)臺(tái)階水平線與垂直的旗桿中軸線交點(diǎn)為o；

設(shè)旗桿基礎(chǔ)南側(cè)在右邊時(shí)，基礎(chǔ)逆時(shí)針轉(zhuǎn)角為正，角度為∠α；

當(dāng)Δy2=1mm時(shí)，∠α=arctan(1/900)=0.064°

上述計(jì)算說明，鋼管樁相對(duì)旗桿基礎(chǔ)每下行1mm，旗桿將回正20mm，如果每次用千斤頂壓鋼管樁1mm，需10～15次才能恢復(fù)旗桿的垂直。

3.垂直度測(cè)量點(diǎn)布設(shè)

于旗桿東西兩側(cè)20～40m處，布設(shè)經(jīng)緯儀(或全站儀)，每抬升一次，測(cè)量一次，以確定旗桿傾斜變化。

如下圖示，布設(shè)垂直度測(cè)量點(diǎn)，并劃定固定測(cè)站位置。

圖7 測(cè)量位置布置圖

4.抬升糾偏操作

抬升設(shè)備改用100噸級(jí)，行程為50mm的扁形千斤頂。每臺(tái)千斤頂由1組2人專門負(fù)責(zé)，現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一指揮，采用分級(jí)同步的抬升方法同時(shí)進(jìn)行加壓抬升。

抬升過程中，每組1人負(fù)責(zé)加壓，1人負(fù)責(zé)隨時(shí)加強(qiáng)觀察鋼管樁、旗桿基礎(chǔ)及設(shè)備等變化情況，任意一組有狀況，都應(yīng)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并同時(shí)停止操作。當(dāng)旗桿回正后，并超過20mm左右時(shí)，開始穩(wěn)壓。

擰緊樁頂壓頂反梁板上的螺母，防止千斤頂漏油，避免已抬升的基礎(chǔ)回落。

5.高壓灌漿對(duì)地基加固

樁頂反梁板固定后，可利用鉆孔與管鋼樁之間的間隙，埋設(shè)注漿管和溢流管。當(dāng)封口水泥砂漿凝結(jié)且強(qiáng)度≥3MPa后，可用砂漿泵往基礎(chǔ)底面空隙中灌注1∶1水泥砂漿，砂漿泵壓力≮2.5MPa，直至溢出為止。

五、結(jié)語

在自然地表面直接施工靜壓鋼管樁，抬升基礎(chǔ)也只在基礎(chǔ)表面進(jìn)行操作，回避了深基礎(chǔ)或基坑開挖，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，減小了工程量，在場(chǎng)地狹小或不能用大設(shè)備施工的項(xiàng)目中，這種糾偏方法切實(shí)可行，可借鑒推廣。