大直徑錨桿靜壓鋼管樁在軟土地基建筑加固糾偏中的應用研究

傅吉續 秦 浩

（1.濟寧祥城建設監理有限公司，山東 濟寧 272400；2.山東建筑大學工程鑒定加固研究院有限公司，山東 濟南 250014）

城鎮化進程下我國修建了大量的住宅和商業建筑，建筑的形體和結構形式也日趨復雜，這對于地基變形的要求也日益嚴格。修建在軟土地基上的建筑工程受到地基處理設計失誤、勘察不詳盡、巖土力學性質差、施工管理不善等因素的影響，在長期使用過程中極易引發結構的不均勻沉降和地基大沉降，進而導致結構物的開裂甚至傾斜，直接影響結構安全性和正常使用功能，因此，需要對建筑進行糾偏和加固，以控制裂縫和傾斜的進一步發展，回復傾斜率到規范允許范圍內。軟土地基自身具有大孔隙比、高天然含水量、高壓縮性和高靈敏度的特性，在上部結構荷載作用下產生地基局部剪切破壞、地基失穩、整體擾動等不良現象，在這種情況下需要對地基進行地基承載力加固，以避免建筑物發生失穩破壞[1-2]。建筑物的加固糾偏是一種相當復雜的特種技術，目前，既有建筑物的地基加固和糾偏方法眾多，應用較為廣泛的有擴大基礎法、注漿加固法、頂升糾偏法、壓樁掏土糾偏法、樁基加固法等。其中，錨桿靜壓樁法作為樁基加固法的一種，其施工工藝結合了錨桿和靜力壓樁工藝，在自重大的建筑物沉降控制和糾偏中應用較為廣泛[3]。受到施工能力和施工設備的限制，錨桿靜壓樁使用直徑較小且樁長較短，其壓樁噸位不足，有關大直徑錨桿靜壓樁用于高層既有建筑基礎加固糾偏的應用報道較少[4-5]。

1 工程概況

山東省濟寧市某既有高層建筑工程為23層剪力墻結構住宅樓，建筑面積為12169m2，設地下結構1層，結構安全等級二級，地基基礎設計等級為甲級，場地特征周期為0.35s，建筑物于2020 年10 月完工進入使用階段?；A采用預制預應力高強混凝土管樁+筏板基礎的聯合基礎形式，預應力高強混凝土管樁的直徑為600mm，樁長為15.5m，數量為116 根，單樁承載力特征值為4500kN，主要設置于結構承重柱下方，樁端持力層為⑥粉質黏土夾粉土層，筏板厚度為800mm，局部厚度900mm，混凝土強度等級為C35，建筑地下室筏板及預應力高強混凝土管樁平面布置如圖1所示。

圖1 建筑地下室筏板及預應力高強混凝土管樁平面布置/mm

場區地基以黏性土和細砂、中砂為主，存在2 層抗剪強度較低的軟土層，分別為②1淤泥質粉質黏土、②2淤泥質黏土，建筑地基土的巖土工程地質參數如表1所示。

表1 場區地基土的物理力學參數

2 地基不均勻沉降分析

建筑物在2022 年3 月出現較為明顯的傾斜現象，為了更為詳細地了解建筑物的傾斜狀況和沉降發展規律，在建筑結構周邊布置15個監測點持續監測，監測點編號為S1～S15，監測時間從2022 年3 月5 日持續至2022年4月15日，監測最終得到位移沉降值分布如圖2所示。結果表明，建筑物的沉降總體上呈現西側小、東側大的變化規律，最大沉降位移發生在S9監測點，沉降值為32.47mm，最小沉降位移發生在S3監測點，沉降值為7.89mm；建筑整體向西北方向傾斜，向西傾斜斜率為0.65‰，向北傾斜斜率為0.98‰，尚且小于規范中有關傾斜斜率不超過2.5‰的限值要求。建筑物的沉降速率較大，對比臨近正常無不均勻沉降的樓棟，兩者的沉降變形曲線如圖3所示。從圖3可以看出，傾斜樓棟的沉降速率最大達到0.54mm/d，超過了規范中的最大允許沉降速率0.40mm/d 的要求，且其沉降曲線無明顯的收斂趨勢，而正常樓棟的沉降值在16d 后趨于收斂，收斂值約為6.5mm，遠小于傾斜樓棟的最大沉降位移32.47mm。因此，為了避免建筑物的沉降進一步加劇，引發建筑傾斜超標、地下室開裂漏水、上部結構裂縫等事故，有必要對建筑物的地基進行加固，對建筑物進行糾偏。

圖2 監測點平面布置/mm

圖3 傾斜樓棟與正常樓棟的沉降時程曲線對比

總體分析場地的地質條件容易發現，場區普遍分布2層相對較厚的軟土，分別為②1淤泥質粉質黏土、②2淤泥質黏土，且這兩層軟土的分布厚度存在顯著的差異，表現為東邊厚、西邊薄，給樁基承載力的不足帶來了明顯的隱患。此外，2層軟土在預應力高強混凝土管樁打樁過程中，極易受到振動擾動，使得土體產生結構性破壞，出現大變形和地基承載力受損的情況，在建筑結構自重作用下逐步出現塑性大變形[6]。

3 大直徑錨桿靜壓鋼管樁加固和糾偏方案

綜合現有的地基沉降變形、建筑傾斜、結構荷載分布情況，確定采用錨桿靜壓管樁加固和糾偏方案，以加強軟土地基承載力不足的需求[7-8]。施工方案為在地基沉降變形較大的一側采用直徑426mm、厚度14mm的大直徑錨桿靜壓鋼管進行補樁，鋼管材料強度為Q345B，補樁長度為21.5m，以⑦中砂為樁底持力層，鋼管樁內部可以填充C30 素混凝土以提高其剛度，以新補充的鋼管樁承擔上部荷載，考慮到地下室的高度要求，補充鋼管樁節段式壓入，每節段長度控制在2m 左右，而在沉降量較小的一側則采用普通壓縮材料封樁的方式進行糾偏，并在該側通氣加壓和膨潤土注漿迫沉等措施控制施工中的不均勻沉降。

樁基礎的承載力是評價加固效果的重要指標，也是評價基礎工后沉降的重要前提[9]。為了保證大直徑錨桿靜壓鋼管樁的承載力要求，首先施工2根鋼管樁作為試樁，現場測試其荷載-沉降曲線，以獲得大直徑錨桿靜壓鋼管樁的極限承載力和單樁承載力特征值，結果如圖4所示。從圖4可以看出，2根鋼管樁的荷載-沉降曲線變化規律基本一致，在荷載4600kN 之前，荷載與沉降的變形關系接近為線性，而在5800kN以后其沉降速度變大。為此，判斷大直徑錨桿靜壓鋼管樁的單樁極限承載力均達到了5800kN，單樁承載力特征值不小于2900kN。

圖4 大直徑錨桿靜壓鋼管樁試樁曲線

4 基于現場沉降變形監測的大直徑錨桿靜壓鋼管樁加固效果分析

為了驗證大直徑錨桿靜壓鋼管樁的加固效果，基于施工全信息化監控系統，對加固期間和加固完成后的建筑物沉降進行監測[10]。選取圖2中的沉降監測點S9 和S3 進行對比分析，結果如圖5所示。從圖5可以看出，采用大直徑錨桿靜壓鋼管樁后，沉降監測點S9和S3 的沉降值變化規律基本一致，呈現單調非線性增加并趨于收斂的趨勢，在加固階段（20d 內），建筑角點的沉降呈現非線性增加的趨勢，而在加固后階段（20d 以后），建筑角點的沉降值呈現收斂趨勢，其中監測點S9的沉降收斂值為11.79mm，監測點S3 的沉降收斂值為27.57mm，有效調整了加固前的不均勻沉降，達到了加固糾偏的目的。

圖5 大直徑錨桿靜壓鋼管樁加固糾偏后建筑角點沉降

5 結語

以山東省濟寧市某既有高層建筑工程為研究對象，在分析基礎不均勻沉降原因的基礎上，確定大直徑錨桿靜壓鋼管樁加固和糾偏方案，并運用現場實測的方法對加固和糾偏后的地基進行沉降監測，分析建筑加固糾偏效果，得到以下結論：

（1）建筑物的沉降總體上呈現西側小、東側大的變化規律，最大沉降值為32.47mm，沉降速率最大達到0.54mm/d，產生原因主要為2層軟土的分布厚度存在顯著差異，表現為東邊厚、西邊薄，且管樁施工振動導致土體強度受到擾動。

（2）確定在地基沉降變形較大的一側采用大直徑錨桿靜壓鋼管進行補樁，鋼管材料強度為Q345B，補樁長度為21.5m，在沉降量較小的一側則采用普通壓縮材料封樁的方式進行糾偏。試樁表明，大直徑錨桿靜壓鋼管的單樁極限承載力均達到了5800kN，單樁承載力特征值不小于2900kN。

（3）采用大直徑錨桿靜壓鋼管樁后，建筑沉降曲線呈現單調非線性增加并趨于收斂的趨勢，其中，監測點S9 的沉降收斂值為11.79mm，監測點S3 的沉降收斂值為27.57mm，有效調整了加固前的不均勻沉降，達到了加固糾偏的目的。