微型鋼管樁在建筑地基加固處理中的應用探索

摘"要：微型鋼管樁是一種在建筑地基加固處理中常用的樁型，相較于其他的地基加固方法，其具有強度高、造價低、施工快、影響小的優點。本文以一棟主體施工完成的建筑采用微型鋼管樁工藝進行地基加固處理的過程為例，旨在探索該工藝在此類地基加固案例中的設計和施工要點，對其應用進行探索。本文對建筑沉降量不均勻問題進行了原因分析、加固方案比選、設計要點分析、施工要點分析，并對微型鋼管樁施工過程中的問題進行了探討。

關鍵詞：微型鋼管樁；加固；單樁豎向承載力；復合地基承載力

近20年以來，我國城鎮化的進程不斷加快，建設規模不斷加大，高層建筑成為住宅類建筑的主流。在工程中，高層建筑地基不均勻沉降的問題比較普遍，對這類問題，一般采取地基加固處理。

1"微型鋼管樁概述

目前地基加固的方法中常采用壓樁法，采用的樁型有錨桿靜壓樁、樹根樁以及微型鋼管樁。微型鋼管樁是一種直徑小于300mm的鋼樁，相對于其他的樁型，微型鋼管樁有以下優點。

（1）強度高，抗彎能力大，能承受較大的水平力。鋼樁的力學強度性能優于混凝土樁，抗壓標準值和抗拉標準值接近，有良好的抗彎性能以及抗剪性能。

（2）制造和施工方便。鋼材具有良好的加工性能，可加工成方形、矩形等截面，樁尖的加工也簡單可控。施工時采用小型鉆孔機鉆孔后再送樁，施工方便。

（3）接樁簡便，質量可靠。鋼樁接頭構造簡單，可直接對焊或套管焊接，施工時方便快捷。鋼樁質量輕，運輸起吊均安全方便，成本可控。

在建筑地基加固處理中，微型鋼管樁與土體共同作用，形成由樁間土和鋼管樁樁體組成的復合地基，以提高地基的承載力，防止建筑的進一步沉降和傾斜。這種方法是在微型樁和鋼管樁技術的基礎上發展起來的一種新的加固方法。微型鋼管樁適用于淤泥質土、黏性土、粉土、砂土、碎（礫）石土以及人工填土等地基處理。常用于地基加固、山體抗滑、邊坡加固等，具有強度高、造價低、施工快、影響小的特點。

本文依托工程案例，介紹在某項目中使用微型鋼管樁進行地基加固處理時在設計、施工方面的一些探索經驗。

2"加固處理中的應用探索

2.1"項目工程基本情況

本工程為一棟18層的住宅樓，局部有1層地下室。樓層東西方向長度約為30m，南北方向寬度約為12m，標準層建筑面積295.21m2，總建筑面積5971m2。該住宅樓為鋼筋混凝土結構，結構形式為框架剪力墻結構，抗震設防烈度6度，框架抗震等級四級，剪力墻抗震等級三級。土層分布情況由上至下分別為：人工填土①層，欠固結土，具有高壓縮性，平均2.43m；粉質黏土②層，中等壓縮性土，平均厚度為3.11m；細砂③層，強度低，屬高壓縮性土，平均厚度為3.44m；卵石④層，中等偏低壓縮性，平均厚度為6.92m；灰巖⑤層微風化，揭露最大層厚為11.70m。原設計中地基采用CFG樁進行加固處理，CFG樁直徑500mm，采用正方形布置，樁間距1.6m，樁長約6～13m，單樁承載力特征值512kN，復合地基承載力特征值350kPa。主樓采用筏板基礎，筏板厚度為1.2m，根據建筑功能的需求，筏板在南北方向有高差。筏板高差示意圖如圖1所示。

本工程主體施工完成后，根據測量數據顯示，樓棟南側沉降觀測點的平均沉降量為3.68mm，北側沉降觀測點的沉降量為9.43mm，樓棟出現沉降不均勻的問題，且此時樓棟尚未交付使用，荷載尚未施加完成。根據連續沉降觀測的結果判斷，樓棟南側沉降變化不大，但北側沉降有繼續擴大的趨勢。

2.2"建筑沉降原因分析

北側沉降有繼續擴大的趨勢這一現象引起了建設單位的高度重視，立即組織勘察單位、設計單位、施工單位、監理單位以及檢測單位共同商討、分析原因。經過相關參建方的分析討論，該項目沉降不均勻的可能原因有兩點：一是筏板高差處石粉回填土施工質量不達標;二是地基處理施工質量驗收環節管理不到位。

（1）筏板高差處石粉回填土施工質量不達標。本工程北側的基礎底面比南側的基礎地面高出約2m，筏板基礎采用變標高設計。這種變標高筏板基礎正確的施工方式應為CFG樁樁頂標高跟隨筏板標高變化，以確保基礎傳力的直接和穩定。但施工方因為進度要求，施工時將北側CFG樁樁頂降低至與南側齊平，待CFG樁全部施工完畢后，再用石粉（回填材料）將北側區域回填至基底設計標高。經調查回填施工記錄得知，施工方進行回填作業時，未按照“分層鋪攤，分層壓實”的要求進行施工作業，導致2m厚的石粉回填土壓實度不達標。

（2）地基處理施工質量驗收環節管理不到位。根據檢測公司提供的《工程質量檢測報告》，本工程檢測了三根CFG樁的承載力，檢測方法為靜載試驗，結果顯示三根樁的承載力均不滿足設計要求，檢測結果如表1所示。復合地基承載力檢測結果顯示，三個測點的復合地基承載力檢測結果中有一處未達到設計要求，復合地基承載力檢測結果如表2所示。

在CFG樁承載力檢測環節中，檢測報告明確指出CFG樁承載力未達到設計要求，但是設計、監理單位未進行補樁處理。復合地基靜載荷試驗結果顯示2#檢測點未達到設計要求的情況，雖然后續擴大檢測的結果滿足，但此問題仍然未引起設計、監理單位的充分重視，錯過了彌補地基承載力不足的最好時機。

2.3"建筑加固方案比選

根據參建各方的商討，最終決定對本工程進行地基加固處理。對于本工程出現的沉降不均勻的問題，有兩種常用的地基加固方式，一種是采用錨桿靜壓樁，一種是采用微型鋼管樁。

錨桿靜壓樁即利用建筑自重作為反力，用千斤頂將樁段從基礎底壓入持力層，通過樁周土和樁端土提供承載力。錨桿靜壓樁需要先在基礎內植筋，通過鋼筋與原有基礎連接，以提供壓樁時的平衡力。此種加固方式需要先安裝好反力架，并將反力架與原有基礎通過植筋連接，施工工期較長。由于樓棟沉降的持續發展以及項目工期的要求，錨桿靜壓樁不適用于該項目。

微型鋼管樁通過小型鉆孔機先引孔，再將微型鋼管樁壓入土層中，然后進行化學注漿，保證樁體與土體的有效融合，形成復合地基提高地基承載力。此種方式施工簡便、可在狹小的空間內進行作業，微型鋼管樁對土層的穿透性好、工期短、質量可控。

經過方案比選，參建各方最終確定使用微型鋼管樁對原有地基進行加固處理。

2.4"加固設計要點

微型鋼管樁復合地基其本質是通過樁的作用對原有地基承載力進行增強，以達到加固的目的，其豎向單樁承載力的計算和復合地基承載力的計算均遵循《建筑樁基技術規范》以及《建筑地基處理技術規范》的相關規定。對于本工程中的微型鋼管樁，在進行單樁豎向承載力計算時應注意考慮新近石粉回填土的負摩阻力影響，在進行復合地基計算時，可考慮原有CFG樁對地基土承載力的提高作用。

單樁豎向承載力計算。根據《建筑樁基技術規范》的規定，鋼管樁的單樁豎向極限承載力標準值按下列公式計算：

設計選用的微型鋼管樁樁徑160mm，其周長為502mm，截面面積為20096mm2。根據本工程地質勘察報告，微型鋼管樁施工區域的土層厚度分別為：石粉填土層2m，細砂③層5m，卵石④層6m，進入較完整灰巖⑤2層1m，預計樁長14m左右。微型鋼管樁穿越的土層的極限側阻力標準值分別為：石粉填土層-20kPa，細砂③層15kPa，卵石④層120kPa，進入較完整灰巖⑤2層230kPa，持力層較完整灰巖⑤2層極限端阻力標準值10000kPa。單樁承載力特征值的安全系數K=2。本工程微型鋼管樁單樁豎向承載力特征值計算結果如表3所示。需要注意的是，在微型鋼管樁單樁豎向承載力計算過程中石粉填土層由于是新近填土，應考慮其負摩阻力的作用，計算時其中性點以上的樁長取1m。最終微型鋼管樁的單樁豎向承載力應通過試樁結果確定。

復合地基承載力計算。根據《建筑地基處理技術規范》的規定，復合地基承載力計算公式如下：

FSPK=λMRA/AP+β（1-M）FSK

設計選用的微型鋼管樁間距為1600mm，梅花形布置，由此可計算得面積置換率為0.009，根據地質勘察報告，FSK取80kPa，λ取0.9，β取0.9，則微型鋼管樁復合地基承載力FSPK=215kPa。按檢測報告提供的CFG樁最低的極限承載力值為539kN，其特征值為269kN，CFG樁復合地基承載力FSPK=161kPa。采用微型鋼管樁進行地基加固處理后，微型鋼管樁和CFG樁兩者共同對原有地基承載力有提高作用，最終的復合地基承載力應為兩種復合地基承載力之和，即215+161=376kPa。根據計算表明，經過微型鋼管樁加固處理后的復合地基承載力達到設計要求。

2.5"加固施工要點

（1）試樁。根據《建筑樁基技術規范》的要求，本工程擬選取工程總樁數1%且不少于3根樁用于試樁，選取的樁不應是工程樁。本工程共計88根鋼管微型樁，經設計、監理與建設單位共同商定，本工程選取3根樁進行試樁。

根據表4試樁的結果，3根微型鋼管樁的單樁豎向極限承載力實測值均大于設計要求。

（2）成孔。微型鋼管樁成孔質量應控制放線定位質量以及樁孔垂直度。首先，應對每個樁位進行放線定位，依據施工圖紙精準進行放線作業，放線完成復核無誤后方可進行下一步的鉆孔作業。其次，鉆機鉆孔時應注意控制鉆機鉆頭的垂直度，鉆頭的垂直度直接決定了鉆孔的垂直度，而垂直度偏差是微型鋼管樁質量驗收的主控項目之一，開始鉆孔時應采用經緯儀復核鉆頭的垂直度。

（3）送樁。微型鋼管樁送樁質量應控制樁身質量以及樁身垂直度。首先，應檢驗微型鋼管樁的樁身質量，樁徑不足、樁身彎曲或破損的微型鋼管樁屬于不合格產品，應做退場處理，不得用于工程項目中。其次，送樁過程中應注意控制樁身的垂直度，在施工孔位旁應設置兩臺經緯儀，使用經緯儀來檢測地面與樁身的垂直度，確保樁身垂直度數據的準確。兩臺經緯儀與樁身成90度設置，以控制樁身兩個方向的垂直度。送樁前期應慢速均勻，如發現垂直度偏差，應立即停機校正，當樁入土深度達到2m以上時，嚴禁采用通過機身扳回糾偏的方法，必要時應拔出鋼管樁，重新校正后再送樁。接樁時應先檢測鋼管樁的垂直度，上下兩根樁身的中心線應一致并保持垂直，避免上下樁不垂直導致的垂直誤差在送樁過程中不斷累計的問題。

（4）注漿。微型鋼管樁注漿質量應控制孔內注漿質量以及孔外注漿質量。注漿質量控制首先應檢驗注漿材料是否滿足設計要求，本工程孔內注漿采用C30細石混凝土，孔外（樁身與土體之間）采用化學灌漿料。孔內灌漿管與微型鋼管樁樁身一同送入樁孔中，送樁完畢后，通過注漿管將C30細石混凝土送入樁身內。注漿時應緩慢穩定地提升注漿管，保證細石混凝土填充密實。孔外注漿應保持適當壓力，保證樁土形成整體，共同作用。

2.6"加固實際效果

本工程在微型鋼管樁的施工過程中，也出現了一些問題。在鉆孔完成將近1/3時，出現了樓棟沉降加大的趨勢，經參建各方商討分析，樓棟沉降加大的原因極有可能是鉆機鉆孔對石粉回填層的擾動，破壞了原有的土力平衡條件。對此，參建各方決定暫停鉆孔施工，對已成孔的樁位進行送樁和注漿處理，同時在后續的施工中，采用“邊成孔，邊成樁”的施工方案，以降低施工對石粉回填層的擾動影響。改變施工方案后，經觀測未再出現沉降急速加大的情況。

本項目的地基加固處理施工作業完成后，檢測單位對該樓棟的沉降量進行了持續觀測，觀測結果表明，該樓棟沉降持續擴大的趨勢已停止，樓棟沉降趨于穩定，樓棟的整體沉降量和沉降差符合規范要求。微型鋼管樁地基加固工藝在該項目中取得了良好效果。樓棟的沉降觀測數據見表5，表5中1#2#3#點位于樓棟南側，4#5#6#點位于樓棟北側。

3"結論

本文通過某工程案例對微型鋼管樁在建筑地基加固處理中的應用進行了分析和探索，對沉降量不均勻問題進行了原因分析、加固方案比選、設計要點分析、施工要點分析，并對微型鋼管樁施工過程中的問題進行了探討。微型鋼管樁質量可靠、成本可控、施工簡便，是一種科學可行的地基加固方式，只要在加固設計和施工環節認真嚴謹、科學施工，就會達到良好的加固效果。

我國的建筑行業經過了數十年的高速發展，目前建筑也正在由高速發展向高質量發展轉型，工程建設的相關各方應秉持科學嚴謹、實事求是的工作態度，認真地完成每一個項目。

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基金項目：廣西建設職業技術學院2022年校級在線精品課程［建筑識圖與房屋構造（下）］

作者簡介：陳冬（1983—"），男，漢族，廣西桂林人，學士，高級職稱，研究方向：建筑工程技術、建設工程監理。