鋼管錨樁設計與施工

李國輝

上海建工二建集團有限公司 上海 200090

1 工程概況及周邊情況

1.1 工程概況

某商業改造項目位于上海市靜安區西南部，南京西路西段，與靜安寺相對，北側有軌交2號線，東側有軌交7號線，西側有新建軌交14號線，南側與靜安公園相接。場地現為下沉式露天廣場，改造后為軌交換乘及公共交通空間。

1.2 周邊情況

下沉式露天廣場始建于1997年，面積約為2 600 m2，底板東北側局部雨水調節池相對標高為－6.50 m。北側接軌交2號線靜安寺站5號出口，西側緊鄰華山路，東側為靜安公園入口廣場，南側為地下2層商場，商場頂板以上有厚3～5 m覆土，為靜安公園人工造山景觀。下沉廣場底板下原有反濾層及設置鉆孔灌注樁以解決上浮問題，商場下部設少量灌注樁協調與下沉廣場的差異變形。

2 鋼管錨樁設計

2.1 工程場地條件

本工程場地位于軌交出入口處，周邊南京西路及華山路有高層建筑及相關市政管線。地勘報告提供的樁側極限摩阻力標準值fs和樁端極限端阻力標準值fp數據如表1所示。

表1 fs和fp數據

場地淺層地下水屬于潛水，上海市平均地下水埋深在0.50～0.70 m之間，低水位埋深1.50 m，高水位埋深為0.50 m。地下水和土對混凝土結構有微腐蝕性，地下水對鋼筋結構有弱腐蝕性，在長期浸水條件下對鋼筋混凝土中的鋼筋有微腐蝕性，在干濕交替條件下對鋼筋混凝土中的鋼筋有弱腐蝕性。地下水對建筑材料腐蝕的防護，應符合國家標準GB 50046—2008《工業建筑防腐設計規程》的規定。

2.2 樁基設計

2.2.1 錨樁樁型確定

鋼管樁雖然具有其他材質樁無法比擬的優點，但由于耗鋼量大，故在樁基選型時，需考慮以下幾方面[1-4]：

1）應能在設計使用年限內滿足承載力及沉降要求。

2）在滿足第1項要求的前提下，較其他樁施工方法經濟。

3）在預定工期內能確保施工，并且不給附近的建筑物帶來不良影響。

4）對預料中的今后地基條件及場地周圍狀態的變化不產生危害。

在錨樁選型初期對鋼管樁及灌注樁的適用性作了對比，結合本工程實際情況，由于貼近軌交車站，施工作業面積較小，且該項目承載力為抗浮控制，利用鋼管樁抗壓和抗拔強度大致相等的特性，綜合以上幾條原因，本工程錨樁最終選用鋼管樁。

2.2.2 樁徑及持力層確定

結合地勘報告，可作為該項目樁端持力層的主要有⑤3粉質黏土層以及⑦1粉砂夾粉質黏土，由于需在原結構底板上開孔施工，為了盡可能減少施工過程中對原有結構的破壞，采取控制樁數的辦法，即保證單樁豎向抗壓及抗拔承載力相等原則進行，選用2種持力層作用下的2種樁徑進行對比分析。當采用⑤3粉質黏土層時，樁徑取610 mm，采用⑦1粉砂夾粉質黏土時，樁徑取426 mm，此時單樁豎向抗壓及抗拔承載力相等。

1）從擠土效應分析評價2種樁型。由于鋼管樁屬于擠土樁，在飽和黏性土中影響更為明顯，該項目有幾根樁離軌交車站原有結構最近為1.7 m，采用φ610 mm鋼管樁的擠土效應比采用φ426 mm鋼管樁的明顯，對周圍土造成的擾動相對較大。

2）從施工及經濟性方面評價2種樁型。由于單樁承載力相同，但對于單節樁而言，φ610 mm鋼管樁壓樁所需壓樁力更大，對原底板破壞的可能性更大。表2為該項目2種樁型下的經濟性比較。

表2 經濟性比較(單位:萬元)

綜合以上各方面，本項目最終決定采用φ426 mm樁徑，持力層選在⑦1粉砂夾粉質黏土。

3 施工措施

1）錨桿樁樁孔需在原有底板上新開孔，開孔采用排孔切割法。由于原底板下設置有疏水層，排孔切割必須分2次進行，施工過程中要做好引水排水措施，預防地下水上涌，同時埋設反力錨桿。

2）鋼管樁抗壓承載力較大，屬大噸位錨桿靜壓樁，所有壓樁反力均來自原結構底板。經復核，原結構底板強度不足以提供相應反力，需在壓樁前或壓樁過程中采取底板加強或壓樁鎖樁二次施工反力平衡法。經過多方面比較，并結合項目實際情況，最終選用壓樁鎖樁二次施工反力平衡法進行樁基施工。樁基施工前需把原建筑面層鑿除。壓樁鎖樁二次施工反力平衡法具體施工方法是：第1根樁先壓一半長度，在壓樁力達到1 200 kN時（具體可根據現場實際情況調整）停止壓樁，并在鋼管樁沿底板上表面用鋼牛腿焊接成“¤”形，這樣就把這根樁臨時變成了抗拔樁，再跳開一個樁位壓第2根樁并同樣鎖樁，待相應樁位的底板邊都有臨時反力樁的抗拔力以后，再回壓第1根樁，以此完成全部樁基施工。按照2根樁為一組的原理，也可以選擇3根樁或者按需要選擇多根樁作為一施工組進行二次施工反力平衡法施工。根據本工程實際情況，最終選用3根樁進行試樁，并進行多次試壓，以取得詳細數據為后面正式壓樁提供依據（圖1）。

圖1 錨桿靜壓樁壓樁力曲線

3）項目中存在少部分樁鄰近現有軌交車站，沉樁施工過程中需采取引孔措施，以減少對相鄰建筑物和地下管線的影響，施工過程中適當控制沉樁速度。引孔措施采用在開口鋼管壓進土層約5 m時（即鋼管樁的垂直度已經穩定，土塞進入鋼管2～3 m）開始鋼管內取土，鋼管內取土的優點是避免了先鉆孔再下鋼管。建議貼近現有軌交車站的鋼管樁的前10 m壓樁速度控制為1 m/h，具體可根據施工現場數據隨時調整，確保不影響現有建筑物及軌交正常運行。

4 結語

1）通過以上具體項目，從設計及施工措施方面分析，當需要在既有建筑物附近加建或新建建筑物且施工場地較小時，可考慮采用鋼管樁作為錨樁[5-6]。

2）當既有建筑物原結構不足以提供錨樁施工反力時，可考慮采用壓樁鎖樁二次施工方法。

3）為了減少擠土樁對既有建筑物結構的影響，需要控制壓樁速度及采取引孔措施。