錨桿靜壓鋼管混凝土樁在建筑沉降加固中的應用

中國五冶集團有限公司 上海 201900

1 背景介紹

1.1 工程概況

海峽大橋二線通道工程是福建平潭綜合實驗區面向內地的陸路門戶節點和橋頭堡。項目總占地面積約157 000 m2，由出入區服務樓、連廊及卡口、監管倉庫和司機休息室、室外工程組成。工程重點部分為出入區服務樓和連廊，建筑面積約16 000 m2，出區服務樓與入區服務樓分別坐落在金井灣大道兩側，通過橫跨金井灣大道的1#連廊連接，象征著臺灣與大陸“手牽手、心連心”，其建設進展備受社會各界關注。其出入區服務樓為4層建筑，建筑高度均為20.85 m；1#連廊為2層建筑，長度92 m，1層為進出通道，2層為人行通道（圖1）。

圖1 海峽大橋二線通道工程鳥瞰

1.2 結構概況

已建入區服務樓主體為地上4層，地下1層，現澆混凝土框架結構，建筑高度為20.85 m，總占地面積約2 733 m2，是多層辦公建筑。其±0.00 m相當于絕對高程+10.70 m，室外地坪絕對高程為+10.25 m。建筑物采用筏板基礎，筏板頂高程為+6.20 m，筏板厚1 000 mm，筏板底絕對高程為+5.20 m，筏板下設置厚200 mm的C20（內加防腐劑）混凝土墊層，筏板上部為厚300 mm的C20細石混凝土。

1.3 建筑沉降

入區服務樓于2014年9月20日基礎驗收合格，2013年11月1日主體驗收合格，隨后進入裝飾裝修作業，至2014年3月31日入區服務樓施工完畢并交付使用。

入區服務樓自2015年4月1日開始進行基礎加固的施工，至2015年6月15日鋼管混凝土樁壓樁完畢，從監測數據可以發現，經基礎加固后的建筑物沉降已得到明顯控制。

1.4 地質情況

擬加固處理建筑物為平潭綜合實驗區海峽大橋二線通道工程的入區服務樓，位于平潭縣北厝鎮娘宮村。場地北側為山坡地，南側鄰海（部分為灘涂地），西側接平潭海峽大橋。原始地貌為海灘沖淤積，現場地土層的表層為新近吹填砂，厚度為6.46～7.45 m，堆填時間小于1 a，故土質較松散，尚未固結完成。吹填砂下臥淤泥質土，厚度為11.10～15.70 m。原建筑物軟基處理采用CFG樁，樁距1.60 m、樁徑50 mm，呈正三角形布置。場地先排水后鋪填厚500 mm碎石墊層作褥墊層，墊層上下各鋪設1層雙向玻纖格柵。建筑周邊場地同樣采用CFG樁作軟基處理，樁距1.80 m、樁徑500 mm，呈正三角形布置[1-2]。

2 方案選擇和實施

2.1 方案選擇

入區服務樓為筏板基礎，梁底凈高為3.40 m，同時地下室梁底分布著消防管道、通風管道以及電纜橋架，地下室有效的工作空間僅為3 m。目前該工程已交付使用，為消除不必要的社會影響及不影響國建及海關單位的正常運行使用，必須選擇適用于淤泥質土及狹小空間且施工時無振動、噪聲小、無污染的加固方式。

錨桿靜壓樁適用于淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土和人工填土等地基土的基礎加固工程。錨桿靜壓樁利用建筑物自重作為壓樁反力，無需使用大型壓樁機械，壓樁反力架及樁段長度均可以隨工作面高度而定。其施工機具輕巧，操作簡便，施工時無振動、無污染、噪聲小。另外相對其他基礎加固方法，如：旋噴樁法、灌注樁法、樹根樁法、注漿法等在加固引孔過程中都會將地基的土體進行破壞，減弱地基承載力，且經較長固化時間才能形成強度，引起施工拖帶沉降。而錨桿靜壓樁法屬于擠壓樁，在壓樁過程中，對周圍土體產生擠密作用，能增加地基承載力，同時錨桿靜壓鋼管樁封樁鋼筋施工完成后即形成作用，迅速制止建筑物沉降。

雖然鋼管混凝土樁的鋼管直徑和壁厚比鋼管樁有所減小，但鋼管混凝土樁樁芯混凝土增強了鋼管的穩定性，同時鋼管壁對樁芯混凝土產生約束作用，使樁芯混凝土處于三向受壓狀態，提高了樁芯混凝土的抗壓強度，因此提高了樁的承載力，減少了施工成本。鋼筋混凝土預制樁的配筋是根據搬運、吊裝和壓樁時的應力設計的，遠超過正常工作荷載的要求，用鋼量大。鋼筋混凝土預制樁質量約為鋼管的2倍，在地下室運輸、接樁極不方便。綜上所述，錨桿靜壓鋼管混凝土樁是入區服務樓加固的最佳選擇。

2.2 方案實施

主要施工工序為：測量、放線→鉆機鉆穿筏板成孔→引孔至淤泥層→錨桿植筋施工→利用錨桿靜壓法壓入鋼管樁→鋼管樁內側澆筑C40混凝土→錨桿孔清理，焊接封樁鋼筋→封樁→養護。

2.2.1 鉆機成孔

采用φ325 mm鉆頭取芯成孔，孔垂直度偏差≤0.20%，孔徑不得小于400 mm。取芯引孔至褥墊層下500 mm處，可探明樁孔是否與CFG樁相碰，若有相碰應進行移孔、重鉆；若與CFG樁不相碰，則采用φ273 mm泥漿護壁引孔至進入淤泥質土層2 m。

2.2.2 引孔施工

為防止穿越褥墊層和回填中砂層時坍孔，在引孔前先進行注漿，注漿24 h后開始引孔。采用φ273 mm鉆頭引孔至進入淤泥質土層2 m。

2.2.3 錨桿植筋施工

1） 彈線定位。根據變更設計圖紙的鋼筋數量及位置，標注出植筋位置。經質檢部門驗收，位置符合設計要求后才可以鉆孔。

2） 鉆孔。用沖擊鉆鉆孔，鋼筋φ28 mm，鉆頭選用φ40 mm的合金鉆頭。鉆孔深度取800 mm，鉆頭始終與筏板保持垂直。

3） 洗孔。洗孔是植筋中最重要的一個環節，因為孔鉆完后內部會有很多灰粉、灰渣，直接影響植筋的質量，所以一定要把孔內雜物清理干凈。方法是：用不掉毛的毛刷，套上加長棒，伸至孔底，來回反復抽動，把灰塵和碎渣帶出，再用空壓機吹出浮塵。吹完后再用脫脂棉蘸酒精或丙酮擦洗孔壁，但不能用水擦洗，因為用酒精或丙酮容易揮發，水不易揮發，再者用水后孔內不會很快干燥。洗孔完成后需要經質檢部門驗收，再進行自檢，合格后報監理驗收，驗收合格后方可注膠。

4）鋼筋處理。鋼筋錨固部分要清除表面銹跡及其他污物，采用角向磨光機配鋼絲刷除銹，打磨至露出金屬光澤為止，若鋼筋銹蝕嚴重，則要用稀鹽酸浸泡除銹10～15 min后，用石灰水中和，再用清水沖洗擦干后方可使用。

5）注膠。注膠要從孔底開始，這樣可以排出孔內的空氣，為了使鋼筋植入后孔內膠液飽滿，又不能使膠液外流，孔內注膠應達到孔深的1/3。

6）植筋。先將配制好的結構膠注入孔內，并將結構膠涂于鋼筋錨固端（宜2～3 mm），然后緩慢將鋼筋插入孔內，同時要求鋼筋旋轉，使結構膠從孔口溢出，排出孔內空氣，鋼筋外露300 mm。

7）養護。植筋施工完畢后注意保護，24 h之內嚴禁有任何擾動，以保證結構膠的正常固化。

8）檢測試驗。在植筋前，要對所用鋼筋及植筋膠進行現場拉拔試驗，以確定鋼筋及植筋膠是否符合設計要求。

2.2.4 樁段制作、連接

樁段采用焊接連接。焊接前應再次檢查接頭部位處理情況及上下節樁是否在同一軸線上、是否垂直，符合要求方可施焊；焊接時2名焊工在樁兩側同時施焊，以保證對稱受力，減小變形；焊接后應檢查焊接質量，若有漏焊或焊縫高度不夠，應及時補焊[3-5]。

2.2.5 鋼管混凝土樁樁尖制作

為了避免樁頭在壓樁過程中發生變形或開裂，導致管內進水進泥，樁頭處需進行加強處理（圖2）。

圖2 鋼管混凝土樁樁尖構造

2.2.6 壓樁施工

2014年11月，習近平在全軍政治工作會議上發表重要講話，提出“要提高政治工作信息化、法治化、科學化水平”［8］，也為思想政治工作的改革指明了前進的方向。

壓樁反力架安裝要保持垂直，應均衡擰緊錨固螺栓、螺帽，在壓樁過程中應隨時擰緊松動的螺帽；在錨桿受力較大時應使用多個螺帽疊加使用。樁段在壓入時的垂直度極為重要，因此除了在初始就位時校核垂直度以外，還應在壓樁時進行全程連續控制，每節樁的垂直度應控制在1/1 000以內；同時應保持千斤頂與樁段軸線在同一垂直線上，千斤頂施加的壓力中心與截面形心重合，千斤頂安放偏差不大于2 mm。

室內鋼管混凝土樁不應同時集中在一處施工，多臺設備同時施工時，同一軸線上不應超過2根樁。

壓樁應連續進行，盡量減少接樁時間，中途不得長時間停頓，以免土體固結、超靜水壓力消散，引起摩阻力劇增。如必須中途停頓時，樁尖應停留在軟土層中，且停留時間不宜超過24 h。如遇到壓力急劇地增加，則可能遇碎石障礙物或壓入較硬土層，這時液壓系統可采用“稍壓入→持荷→再壓入→再持荷”的方式，直至達到設計深度或承載力。

壓樁過程應做好記錄，以終壓力控制為主，樁長進入持力層深度作為參考。

2.2.7 樁芯混凝土施工

樁芯混凝土的水膠比應控制在0.45及以下。鋼管內混凝土的澆筑工作宜連續進行，若間歇時，時間不應超過混凝土的終凝時間。

2.2.8 封樁工藝

封樁施工是壓樁過程中的關鍵環節。樁和混凝土底板能否連接牢固，承載力是否達到要求，連接節點形式是否合理，都是封樁后樁能否發揮作用的關鍵。

封樁前，樁頂應按設計和規范要求截斷至設計標高：鋼管樁段采用氧割進行切斷；鋼管樁內用C40混凝土填充；為加強樁和混凝土底板的連接，應將地下室筏板鋼筋相互連接，以便形成封樁樁帽；清理樁孔內的渣滓及水。

封樁采用C40微膨脹混凝土，注意振搗密實，加強養護。待全部樁壓完，樁頭密封結束，做最后驗收。

2.3 存在的問題及改進方式

2.3.1 筏板取孔施工困難

筏板引孔要求φ325 mm，筏板厚度1 000 mm，下設厚200 mm的C20墊層，上設厚300 mm的C20細石混凝土，筏板總厚度達到1 500 mm，φ325 mm鉆頭鉆機取芯困難，鉆頭磨損嚴重。而采用風鎬破除，需要較大工作面，取孔直徑達到500 mm，且進度緩慢。

改進方式：采用φ180 mm鉆頭，沿鉆孔周長方向分6次取芯成孔。

2.3.2 地下室凈空不足

地下室梁下凈空僅3.40 m，梁下分布著消防管道、通風管道以及電纜橋架，實際利用空間僅3 m，施工操作困難。

改進方式：根據地下室實際工作面加工高度3 m的壓樁反力架，每段鋼管樁均加工為2 m。

2.3.3 回填區域鋼管樁壓入困難

壓樁過程中所有鋼管樁需穿透褥墊層及回填中砂層，局部區域含回填塊石，鋼管樁遇阻力無法壓入。

改進方式：在壓樁前采用φ89 mm鉆頭引孔至淤泥層2 m，并注入水泥漿，注漿24 h后用φ273 mm鉆頭引孔至淤泥層面。

2.3.4 樁長過大，難以保證成樁質量

鋼管樁長度約為35 m，上部9 m處需放設鋼筋籠，混凝土一次性連續澆筑，混凝土自由傾落高度太高會造成混凝土離析，無法保證成樁質量。

改進方式：每壓入1～2段（2～4 m）鋼管樁即開始澆筑樁芯混凝土，并振搗密實，下段鋼管樁澆筑時，振動棒需插入上段澆筑的鋼管樁500 mm，相鄰2段鋼管樁樁芯混凝土澆筑的間隔時間不得大于混凝土初凝時間。待上部9 m處的鋼管樁全部壓入后，再放入鋼筋籠，沿鋼管樁內壁側澆筑混凝土，振動棒隨著混凝土的澆筑慢慢提升，保證樁芯混凝土振搗密實[6-7]。

3 結語

目前入區服務樓的沉降已得到有效控制。從開始加固施工至鋼管混凝土樁形成作用僅僅花了75 d。錨桿靜壓鋼管混凝土樁能適用入區服務樓狹小的施工空間及特殊地質條件的建筑物沉降的基礎加固工程。另鋼管混凝土樁與承載力相當的鋼管樁相比，鋼管用量明顯減少。因此使用錨桿靜壓鋼管混凝土樁，不但能迅速制止建筑物沉降，不產生拖帶沉降，施工工期短，而且加固費用低廉，施工操作簡單，加固安全可靠，值得大范圍推廣應用。