敞口式錨桿靜壓鋼管樁在既有建筑基礎補強中的應用*

金裕民 周 園 樓方鑫

1. 偉基建設集團有限公司 杭州 310014； 2. 浙江建設職業技術學院 杭州 311231；3. 浙江耀華建設集團有限公司 杭州 310012

0 引言[1-7]

錨桿靜壓樁施工技術自20世紀80年代中期至今，廣泛應用于既有建筑物的加固、增層改造及糾偏等工程中。錨桿靜壓樁加固技術即是在原建筑基礎底板上設置錨桿以固定壓樁架，再利用建筑結構自重作為壓樁反力，通過千斤頂將樁段從基礎預留或開鑿的壓樁孔內逐段壓入土中，然后將樁與原基礎底板或樁基承臺連接形成整體，共同承擔荷載，從而達到提高加固區基礎承載力和控制建筑物沉降的目的。

錨桿靜壓樁施工設備簡單、施工時無振動、無噪聲、無污染、移動靈活、適應于狹小空間，可最大限度地減少對既有上部建筑結構的影響，降低擠土效應，減少對原有基礎及上部結構的擾動。因此，我們在蘇州某酒店項目的基礎補強工程中，經初步評估首選了敞口式錨桿靜壓鋼管樁對該項目的基礎補強加固方案。因在蘇南區域，采用錨桿靜壓鋼管樁對既有建筑基礎的補強應用不多，所以我們在施工中小心謹慎，并對一些工藝作了改進，取得了良好的補強效果。

1 應用工程概況

蘇州某酒店項目塔樓：建筑面積約為10萬m2，高度99.0 m，地上26 層；裙房為1～3層；地下2 層，埋深約10 m；場地南側的軌交1號線正在施工；本工程原基礎采用Φ600～800 mm鉆孔灌注樁，有效樁長40 m，樁頭直接錨入底板。在2 層地下室施工完成后及上部結構施工至60 m左右，由于投資建設方對上部建筑功能平面變更在某些部位增設了大型設備，從而增加了整個建筑的荷載，經設計院復核后，需對相應部位進行補樁以加強基礎承載力。在技術方案擬定過程中，考慮到已建成的地下室共有2 層，為盡可能減少對南側地鐵施工的影響，綜合上部結構的荷載要求、地下室底板變形的控制限度、沉樁過程中對原有基礎的擠土效應、沉樁的可行性、施工難易程度與施工工藝要求及經濟對比綜合分析后，經設計計算并施工工藝論證，確定在地下室負2層、凈高4.5 m的空間內，選用擠土效應相對較小、樁身強度、樁身抗沖擊、抗裂性能較好的敞口式錨桿靜壓鋼管樁作為加固方式，以達到基礎補強要求。

2 錨桿靜壓鋼管樁的設計

2.1 場地地質條件

工程項目場地位于長江三角洲南緣，屬沖、湖積平原地貌。根據地質勘查報告，場地自然地面以下110 m以內的土層按其沉積環境、成因類型以及土的工程地質性質，自上而下分為14 個工程地質層，土層主要為飽和黏性土、粉性土與砂性土，地基土層位穩定，土質較均勻，未見軟弱下臥層。結合區域水文地質資料，場地對本工程有影響的地下水有3層。潛水穩定水位標高為1.52～1.23 m，自北向南水位略有降低。

酒店塔樓選用⑧1粉土夾粉質黏土層作為樁基持力層，裙房選用粉質黏土夾粉土層作為樁基持力層。

2.2 錨桿靜壓鋼管樁設計

錨桿靜壓鋼管樁屬于摩擦樁型，設計時單樁承載力特征值由地基條件、樁身強度、上部結構荷載、現場靜載試驗結果等因素共同確定。

由于錨桿靜壓樁施工是由上部結構自重提供壓樁力，因此在確定單樁承載力特征值時，要求總的壓樁力不得超過上部結構所能提供的總荷載值。

經計算，設計要求單樁承載力為2 750 kN。故選用樁徑600 mm、壁厚16 mm、Q345B級敞口鋼管樁，樁長27 m，分成每段1.5 m，共18 段。地下室底板基礎需加固的施工區域面積約為290 m2，總共需補加25 根鋼管樁，分為5 個區域施工，配備一套壓樁設備從區域1開始依次施工。因區域1補樁量較為密集，考慮到沉樁的擠土效應，施工時由中間向兩邊依次進行，如圖1所示。

圖1 補樁位置平面

根據設計要求，選取12#樁作為試樁進行靜載試驗，按550 kN為一級加載，確定單樁極限承載力為5 500 kN，滿足設計要求。

3 樁架設計

由于本工程室內壓樁施工操作空間非常有限，地下室負2層凈高僅為4.5 m，故樁架高度只能控制在4 m，而壓樁能量須大于6 000 kN。樁架支撐桿的鋼材受力要求和直徑尺寸均經過計算確定，且反力支承桿的承插孔孔距與千斤頂的行程高度相適應。依據上述要求，施工時2 榀樁架按如圖2布置。

樁位放線定位后將錨桿孔位標出，誤差不得超過2 mm，鉆至地下室底板1m孔深，清孔后即用硫磺膠泥燒化灌入孔內，將錨桿插入凝固，養護達到強度后即可開展壓樁施工。

圖2 樁架側面

4 施工工藝要點

4.1 底板鑿孔

根據地下室已建成建筑軸線，準確定出樁位十字中心線；參照中心線開鑿壓樁洞口，切斷原底板鋼筋，鑿穿厚1.2 m已建成的鋼筋混凝土結構底板。因考慮到地下水位對壓樁的影響，設計鑿洞尺寸定為700 mm×900 mm，長向900 mm的多余空間為放置潛泵抽水。為便于施工過程中及完成后的實時監測將水準標高1 m線引至壓樁部位附近的柱或剪力墻上，以作為參照，控制補樁后擠土效應及地下水位的影響可能引起的地下室底板反拱變形。

4.2 引孔

在已完工的基礎工程上進行補樁，由于土體已處于被擠密的狀態，為緩解補樁施工過程中對已完工的樁基產生水平擠土效應，同時降低沉樁難度，確保樁底能夠達到設計標高，故在安裝樁架前根據土質情況采用螺旋鉆機取土引孔，引孔Φ400 mm，引孔深度20 m。引孔取土后，減小了樁尖進入土層的阻力，提高了施工效率。沉樁時雖較未引孔前擠土量減小，樁四周土層對樁的摩阻力有所降低，但在樁周土重新固結后，土層對樁身的側摩阻力重新恢復，故引孔措施并不影響樁身承載力。

4.3 樁段連接

焊接前，檢查樁段接頭部位的上下樁節是否處于同一軸線、垂直度是否滿足要求；對接焊縫強度等級為二級，對焊縫進行20％的超聲波探測試驗；焊接時，每段樁在接頭鋼管壁處制作成45°坡口，以保證焊縫的密實，且樁兩側同時施焊，對稱受力，等強連接，以減小壓樁過程中樁身變形，確保樁身質量。

4.4 壓樁監控

壓樁過程中，用經緯儀監控壓樁的垂直度，并實時記錄數據；當每段樁頂高出底板頂面800 mm時，開始下一節樁的接樁電焊，并采用超聲波法檢驗焊縫質量，合格后方可進行續節樁管的壓樁。為避免土體的后固結影響壓樁，盡量縮短樁段進入黏性土后的停歇時間，焊接及焊縫質量檢驗控制在20 min內完成，18 節樁段壓樁施工連續進行；施工期間，須注意控制沉樁速率，盡可能地減小擠土效應，除區域1補樁布置較密集部分管樁壓樁時間超過了24 h，其余的壓樁時間約維持在17～19 h；此外，施工過程中嚴格控制壓樁力總和不得超過原基礎及上部結構所發揮的重力，防止基礎上抬造成原結構破壞；原則上，壓樁以標高控制為主，但由于施工過程中存在土體過于密實及地下水位等各種因素，有部分樁未達到原設計標高要求的，但壓力值已超過4 000 kN，可認為滿足設計要求，超出標高部分的樁身用乙炔氧氣切割至設計標高，即完成壓樁工序。

4.5 封樁及洞口封堵

壓樁完成后，除壓樁時涌入的土外，樁孔內可用砂石填至距樁口2 m處，再開始封樁并填堵洞口。在抽出樁管中的地下水的同時，樁管上部須放置已制作好的樁頭鋼筋籠，并與底板錨固長度不小于40d且不小于500 mm，在面層另加雙向鋼筋網片，再與開孔時已被切斷的底板上下層面作鋼筋焊接，搭接焊縫長250 mm。為防止滲漏，澆筑混凝土前需在鑿開的原底板切開處放置遇水膨脹止水條，上部采用C45微膨脹混凝土澆筑封堵至原地下室底板頂面標高，且最后在補樁部位再澆筑厚100 mm加筋混凝土板封閉，以確保不滲水。封樁施工節點如圖3、圖4所示。

全部壓樁完成后，參照引出的水準標高1 m線，監測結果表明底板未出現反拱，效果良好。

5 結語

敞口式錨桿靜壓鋼管樁廣泛應用于既有建筑加固、增層改造及糾偏工程中，但需鑿穿1.2 m地下室底板進行既有高層建筑基礎補強的工程案例尚為鮮見，對其施工技術存在相當的挑戰。通過施工過程中對原有基礎采取變形控制、防滲措施等，順利完成了本項目高層建筑的基礎補強施工，為后續在蘇南地區類似工程推廣此工法的應用提供了案例參考。

（a）在已完工的基礎工程上進行補強，在不影響補樁樁身承載力的前提下進行壓樁前的取土引孔可以克服土體被擠密后的沉樁困難，從一定程度上提高了施工效率，減小了補樁沉樁過程中對已完工樁基的擠土效應；另一方面，沉樁過程中，以水準標高1m線為參照，實時監測底板在施工過程中的底板變形情況，有效地控制了底板的反拱變形。

圖3 封樁洞口節點

圖4 工程施工現場

（b）壓樁過程中，考慮到土體后固結對沉樁施工的影響，應特別注意控制每個樁段的接樁時間，在盡可能縮短接樁時間的情況下，要嚴格控制沉樁速率，避免沉樁過快引起的擠土使得原樁基上浮。

（c）本工程開鑿地下室底板，洞口封堵前在原底板切開處放置遇水膨脹止水條，再采用更高一級標號的C45微膨脹混凝土澆筑，可避免壓樁位置出現滲漏現象。