錨桿靜壓鋼管技術在軟土地基加固中應用

張辰田

（雄安新區規劃建設局，河北 保定 071703）

0 引言

當前大量工程需要在軟土地區實施，這也對建設工程各環節提出了越來越高的要求。倘若勘察設計不到位、監管工作的不細心、施工質量的不過關等一系列問題出現，就會導致建筑物在使用過程中出現地基下沉、上部結構開裂、整體傾斜等現象，工程事故時有發生且形式復雜多變，對人們的生命財產安全構成了嚴重威脅。如果不及時采取合適的技術手段加固和糾偏原建筑，將會使建筑物整體埋下傾覆的嚴重隱患。因此加強對軟基加固技術研究具有重要意義。當前關于軟基加固技術研究，具有代表性研究較多：鄧勇華[1]重點對公路工程軟土地基特點與常用的幾種軟基處理方法進行對比分析，如深層水泥攪拌法、強夯法、排水固結法。曹永華，李衛，劉天韻[2]共同研究用平板泡沫搭設的浮橋，提供了一個穩定性可以滿足使用要求的作業面，實現了超軟土上的材料倒運。結合浮橋搭設的隔水擋埝，實現了大面積超軟土的分區加固。通過泥面鋪設編織布和無紡布，實現了超軟泥面打設排水板。最后給出了典型工程應用。賈鈺仁[3]研究表明：通過合理選取CFG 樁設計參數，并對其施工質量進行嚴格的控制，CFG 樁基加固技術有效改善了軟土地基的強度與穩定性，減少了軟土地基在后續施工與運營過程中的沉降，確保了鐵路路基沉降滿足設計要求，從而提高了鐵路的運行舒適性與安全性。關于房屋建筑軟基加固技術研究，黃濤[4]研究認為高層住宅建筑施工對于軟土地承載力的要求較高，他僅研究了對軟土地基進行預加固，研究結果表明預加固能夠提高建筑工程的施工質量，符合實際建筑工程的施工要求。周海鵬[5]分析了國內房屋建設工程中軟土地基施工現狀和施工處理特點，并對軟土地基相關處理技術進行闡述，最后就軟土地基處理的管理要求進行強調，對于提高房屋建設工程中軟土地基處理具有一定的借鑒意義。但將錨桿靜壓鋼管技術應用軟土地基加固研究并不是很多，筆者發現只有張繼文[6]以含缺陷樁的原群樁基礎為加固對象，研究錨桿靜壓加固樁參數對加固效果的影響，最后通過分析鋼管樁長期持荷試驗結果，得到了軟土蠕變對于樁基長期沉降的影響。而將錨桿靜壓鋼管技術應用于房屋、住宅等的軟土地基加固研究更是罕見。由于錨桿靜壓鋼管技術具有施工過程不會發生噪音，沒有震動，沒有油煙，環保性較高，而且一天24 小時施工，不受季節性約束，且移位靈活，加固機理直觀可靠，對周圍建筑影響小，經濟效益高，是軟土地基加固中一種非常理想的加固技術，適合在城市建筑工程項目中應用，由此本文將以我國南方某小區高層住宅為例，探討錨桿靜壓鋼管技術在軟基加固中應用。

1 基本概念簡述

錨桿靜壓鋼管技術：就是一種建筑施工過程中的加固技術。在建筑施工中，以建筑物的重量作為反作用力，運用事先準備好的施工設備，如抗拔錨桿，壓樁架和千斤頂，把鋼管運用施工設備分段分批地壓入施工區域的土體中，增大壓樁的壓力，使其達到原始設計需求的兩倍。完成之后再在樁孔內插入錨固鋼筋，并灌入混凝土封樁。在我國的建筑業中已經使用多年，反響很好，錨桿靜壓樁在建筑施工中，被用于地基加固、托換、糾偏等方面，具備很多優勢，應用范圍也很廣泛[7]。

2 工程概況

本論文以南方某小區高層住宅為例，闡述錨桿靜壓鋼管技術在軟土地基加固中的應用[2]。地址位于海南省某市的一個靠近海邊的地方。小區內共有27 棟11 層高層住宅及1～2F 配套用房，該小區住宅的基礎形式為承臺樁基礎，沒有地下室結構。這個小區的高層建筑都存在一定范圍的沉降。論文選取其中的一棟樓房作為研究對象，展開分析探討，這棟樓為11 層框架-剪力墻結構，建筑高度是31.9m。建筑總面積是5 460m2?；A采用樁基礎，樁采用預應力離心混凝土空心方樁。這棟建筑物的四周都是大片的水域。距離北側大約300m 的地方是一條河流，距離南側0.5km 的地方，是為了美化小區而建造的人工湖。距離該建筑小區1.4km 的地方則是浩瀚無際的大海。該建筑小區所在地的地下土層成分主要為填土和淤泥質土。它的土層特征分布如圖1 所示。

圖1 某建筑小區地下土層分布特征示意圖

第①層是雜填土，厚度0.7～3.7m。第②層淤泥質粉質粘土，厚度1～5m。該土層的特點是流塑，壓縮性，很大很高，其中摻雜有黑色有機質條帶，局部有軟塑狀粉質黏土，土質顆粒大小不等，均勻性差。第③I 層是粉質黏土夾粉土，這一土層的分布特點是比較均勻，厚度大約在6～7m 之間。土質軟塑，狀態為厚層，內部摻雜有很多粉土團塊，它的部分區域主要的土質結構是粉土，呈現的層次為，由稍密過渡到中密狀，土質特點：土質顆粒參差不齊，均勻性差。③II 層土質主要是粉土，特點是由稍密過渡到中密，土質較濕，表現形式為厚層狀，土質中摻雜有一些貝殼碎片，壓縮性低，土質不夠均勻。這一層局部分布，是第③⑴層的夾層，第③⑵層是粉土，土質特征分布規律為由稍密過渡到中密，粉土層中摻雜有一些貝殼碎片，壓縮性偏低，其中還有一黏性土薄層，土質顆粒大小不等，不夠均勻。第③III 層為粉質黏土夾粉土，厚度4～5m。軟塑，中等壓縮性。摻雜有很多粉土團塊，部分區域以粉土為主，分布狀態為稍密-中密狀，土質顆粒大小不等。第③IV層粉質黏土摻雜著粉土，這一層的厚度為5～6m。軟塑，厚層狀，中等壓縮性，摻雜有很多粉土團塊，部分區域的土質主要是粉土，分布的狀態呈稍密-中密狀，土質顆粒大小不等。第③IV ⑴層是粉土，組織的密度為中度，濕度很大，厚層狀，其中摻雜有一些貝類碎片，導致該土層的壓縮性很低，土質顆粒也大小不等，均勻性差。第④層的土質主要成分是淤泥質黏土，流塑，壓縮性很大，其中還含有一粉土薄層，土質顆粒大小不等，均勻性差，部分區域含有軟塑狀粉質黏土。這一層的層底埋深通常情況下為33～41.6m，層厚7.7～15.9m。第⑤1層土質的主要成分為粉質黏土夾粉土，厚度為5～10.5m，軟塑，厚層狀，壓縮性居中，其中摻雜著很多粉土團塊，部分區域為粉土，土質均勻性一般。⑤11 層土質為粉土，密度居中。濕度很大，厚層狀，其中摻雜著一些貝殼碎片，中等偏低壓縮性，其中摻雜一黏性土薄層，土質均勻性差。⑤I 層為夾層。⑤II 層的土質是粉質黏土夾粉土，土層的厚度為1.5～5.7m，軟塑，厚層狀，中等壓縮性，土層中摻雜著很多粉土團塊，部分區域的土質是以粉土為主，呈中密狀，土質顆粒大小不等，均勻性一般。⑤III 層土質為粉土，厚度在2.0～5.0m，中密，其中摻雜著一些貝殼碎片。土質的壓縮性很低，摻雜著黏性土薄層，土質顆粒大小不一，均勻性一般。這一層的土質特別好。部分區域缺失，是⑤II 層的夾層[8]。

3 沉降分析

這個小區的高層住宅在施工建設的時候，施工單位就邀請相關的測量單位對整個住宅樓的建筑主體展開了詳細的觀測。該棟建筑物設置了8 個觀測點。分別是建筑物的4 個角和中間的混凝土結構的墻體部分。具體的觀測點的平面設置如圖2 所示。

圖2 建筑物監測點平面示意圖

這個高層住宅的具體情況如下，長40.2m，寬12.32m。竣工于2019 年3 月。整棟住宅小區的累計沉降量大約150mm。可以測得它的沉降速率大約為1.5mm/d，本次觀測發現，整棟小區發生沉降較為均衡，整棟建筑并沒有出現傾斜現象。經過分析認為，因為該小區住宅在施工建設的時候運用的是樁基基礎，那么它的沉降量有些過大，經過研究探討得出的結論有以下幾個方面：第一，施工建筑區的地下土層中存在著大量的淤泥質土，而且土層的含水量非常大，壓縮性也非常大，這樣就使得泥土的承載力太小，會導致地面上的建筑物出現沉降現象，甚至會出現傾斜變形等。第二，測量單位在觀測過程中對該建筑也有了很多了解。這棟高層住宅在施工前期的圖紙設計中，樁長原本設定為40m，后來在具體的施工過程中，因為受一些自然條件和人為因素的制約，樁長進行了調整，減少到25m 左右，持力層的承載力被人為減小。在該建筑的地下土層中存在粉質黏土夾粉土，壓縮性較弱，這樣的情況就制約了他的基礎承載力不能夠達到設計的要求標準。第三，小區的高層住宅對地下土層結構在現有建筑樁基礎持力層的下面存在一層淤泥質黏土，壓縮性很高，土層的厚度大概為7.7～15.9m。這一層土受到附加應力的影響，出現沉降現象，發生變形。這樣就使得整個高層小區住宅基礎下降，各方面的專家根據實際的數據和相關情況，決定采用錨桿靜壓樁加固措施，使樁長達到設計的持力層。

4 地基加固方案設計

小區的高層住宅建筑的沉降和傾斜都是均衡的，這種情況下，采用錨桿靜壓樁加固[3],就能夠很有效控制該住宅小區的高層建筑的沉降，靜壓錨桿樁采用鋼管樁，規格為直徑（d）是377mm，鋼管的壁厚（h）為10mm 質Q360b，壓樁工序施工操作結束后，在樁內灌注C20 細石混凝土，樁長超過46m,樁身插入⑤II 層粉土必須大于1m。單樁承載力特征值為1 000kN，壓樁力要大于2 000 kN,參考該住宅小區的重量，安插了40 根錨桿樁，靜壓樁采用雙控。如果在加固過程中需要停下的時候，鋼管樁的一端安插于軟土層中，停壓的時長不能大于1d。鋼管樁的尖端必須符合設計要求的深度，在壓樁施工操作過程中，如果壓樁力大于設計單樁承載力1.5 倍，時長大于5min 的時候要停止壓樁，接樁施工工藝如圖2。具體的操作過程中要注意以下幾項：第一，承臺需進行水磨鉆配合人工風鎬開孔，出現孔頂窄、孔底寬的梯形孔，要求標準為上口邊長L＜450mm，下口邊長L＜550mm，在施工過程中，一定要注意保護好承臺，不讓它因施工造成損傷。第二，壓樁架必須維系垂直狀態，錨固螺栓需要隨時隨地擰緊松動的螺母；第三，施工操作過程中，就位的樁節需維系豎直狀態，這樣才可以讓千斤頂、樁節及壓樁孔軸線重臺，壓樁要墊上鋼板或者是樁墊，安裝好鋼樁帽之后才可以開展壓樁工作。

圖3 靜壓錨桿樁接樁施工工藝

5 地基加固

按照該小區高層住宅沉降監測報告數據，第1 步要對沉降面積比較大的地方開展壓樁施工，由于在小區高層住宅的底部設置了預應力方樁，而且這個高層住宅的外墻已經裝飾完畢，建筑的承臺基礎面積很小，這就給設置錨桿樁帶來了難度。尤其是一些很窄小的區域，如樓梯間，電梯井筒等必須先調整好位置或者加大基礎承臺的面積才可以展開施工[5]。在具體的施工建筑過程中，容易出現以下問題：第一，外墻的影響，由于該小區的建筑外墻外部承臺面積很小，無法進行施工操作，可把外部錨桿樁設置到室內，為了達到施工效果，必須讓其和設計中原有的室內樁對稱布置，如BX6 軸、BX10 軸、BX20 軸及BX24 軸承臺。第二，由于電梯已經安裝完畢，電梯井筒內部樁的安裝就沒有空間可以進行操作，所以為了施工安裝。需要把電梯井筒內設計中原有的BX8 軸、BX22 軸的外側承臺做進一步的深加工，把其面積加大，高度加高，達到標準后，澆筑早強灌漿料，待其成型穩固后，再展開施工操作。第三，由于高層住宅的樓梯間第一階梯段影響，不能開展壓樁操作，承臺基礎樁位間距太小，不能移樁，通過與建筑單位進行溝通，刨掉第一階梯進行壓樁施工，之后再重新澆筑第一階梯。第四，因為原來的施工單位偷工減料，導致承臺混凝土的澆筑質量特別差。進行錨桿樁施工的時候，由于壓樁力超過了承臺的承載力范圍，而導致承臺出現開裂、破損等現象。原高層住宅的承臺不能夠進行錨桿施工[9]，所以，需要先把破損承臺重新加高，由原承臺800mm 增至1 200mm。第五，按照專家提出的建議，補樁后的承臺抗沖切能力降低，為了解決這一難題，可以把原承臺由800mm 增加至1 000mm。

6 加固效果分析

在壓樁施工的時候，建筑物的沉降幅度越來越大。壓樁施工自2021 年2 月10 日開始，到5 月15 日結束，在將近一百天的時間內，建筑物的沉降幅度是108.7mm。根據具體的施工情況和相關的數據進行研究，可以找到沉降的主要原因，是向壓樁帶來的附加沉降[7]。壓樁施工過程中，樁端的阻力與樁側的摩擦力使土體下降。壓樁施工中，樁周圍土體強度降低，導致原地基的平均壓縮模量下降，因為受到荷載的影響，出現變形。為了解決這一問題，在2021 年3 月7 日，施工單位進行了預應力封樁，到了2021 年10 月15 日，再一次對建筑物沉降情況進行觀測，各監測點的沉降速率為0.31mm/d。沉降幅度越來越小，到了2021 年年底的時候，該高層住宅沉降率就下降到0.08 mm/d。按照《建筑物沉降觀測辦法》（DGJ32/J 18-2006）規定，該高層住宅小區達到竣工標準[10]。

7 結論

通過論述南方某小區高層住宅采用錨桿靜壓樁技術對軟土地基進行加固，根據觀測到的相關數據，可以充分認定它在建設施工中的可行性。只要慎重設計、慎重施工，掌握好施工步驟，處理好新老基礎的承載力和上部結構的整體剛度，可以大大地降低土建造價，縮短施工周期。取得了較好的經濟效率與社會效率，在舊城改造過程中能夠廣泛應用。