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锚杆静压钢管混凝土桩在建筑沉降加固中的应用 侯兴宝 娄贞恒 靳保健 徐晓华 中国五冶集团有限公司 上海 2 0 1 9 0 0 摘要：结合海峡大桥二线通道工程入区服务楼的沉降加固实例 ，介绍了锚杆静压钢管混凝土桩在建筑物沉降中的应用 情况，分析研究了锚杆静压钢管混凝土桩的施工流程和施工注意事项以及施工时存在的问题，并提出了相应的改进建 议。 关键词：建筑沉降 加固 锚杆静压桩 钢管混凝土桩 钢管桩 中图分类号：T U 7 5 3 8 文献标志码：B D OI ：1 0 1 4 1 4 4 j c n k i j z s g 2 0 1 5 1 2 0 2 0 An c h o r Ro d S t a t i c Pr e s s u r e Co n c r e t e - Fi l l e d S t e e l Pi p e PH e App li e d t o Bu il d i n g S e t t l e me n t Re i nf o r c e me n t H OU Xi n g b a o L OU Z h e n h e n g J I N B a o j ia n X U X i a o h u a Ch in a MCC5 Gr o u p Co r p ，L t d Sh a n g h ai 2 0 1 9 0 0 1 背景介绍 1 1 工程概况 海 峡大桥 二 线通 道工 程 是福 建平 潭综 合实 验 区面 向内地 的陆 路 门户节 点和桥 头 堡 。项 目总 占地 面 积约 1 5 7 0 0 0m ，由出入区服务楼、连廊及卡口、监管仓库和司 机休息室 、室外工程组成。工程重点部分为出入区服务楼 和连廊 ，建筑面积约 1 6 0 0 0 I n ，出区服务楼与人区服务楼 分别坐落在金井湾大道两侧 ，通过横跨金井湾大道的1 连 廊连接 ，象征着台湾与大陆 “ 手牵手 、心连心” ，其建设 进展备受社会各界关注 。其出入区服务楼为4 层建筑 ，建筑 高度均为2 0 8 5 m；l 连廊为2 层建筑 ，长度9 2 m，1 层为进 出通道 ，2 层为人行通道 ( 图I )。 图1 海峡大桥二线通道工程乌瞰 1 2 结构概 况 已建入区服务楼主体为地上4 层 ，地下 I 层 ，现浇混凝 土框架结构，建筑高度为2 0 8 5 m，总占地面积约2 7 3 3 I n ， 是多层 办公建筑。其 0 O 0 m 相 当于绝对高程+ 1 0 7 0 m， 作者简介 ：侯 兴宝 ( 1 9 8 2 一 )，男，本科 ，工程师。 通信地址：上海宝山区克东路9 号C 栋3 1 5 室( 2 0 1 9 0 0 ) 。 收稿艟期： 2 0 5 , 1 1 1 _ 0 2 匝 皿 建 筑 狍 工 第 3 7 卷 第 1 2 明 室外地坪绝对高程为+ 1 0 2 5 m。建筑物采用筏板基础 ，筏 板顶高程为+ 6 2 0 1 T I ，筏板厚 1 0 0 0 m l ，筏板底绝对高程为 + 5 2 0 m，筏板下设置厚2 0 0 m m的C 2 0( 内加防腐剂 ) 混凝 土垫层 ，筏板上部为厚3 0 0 m m的c 2 0 细石混凝土。 1 3 建筑沉 降 人区服务楼于2 0 1 4 年9 月2 0 日基础验收合格 ，2 0 1 3 年1 1 月1 日主体验收合格 ，随后进入装饰装修作业 ，至2 0 1 4 年3 月3 1 日人区服务楼施工完毕并交付使用。 入区服务楼 自2 0 1 5 年4 月 1 日开始进行基础加 固的施 工 ，至2 0 1 5 年6 月1 5 E l 钢管混凝土桩压桩完毕 ，从监测数据 可以发现 ，经基础加固后的建筑物沉降已得到明显控制。 1 4 地质情况 拟加 固处理建筑物 为平潭综合实验 区海峡 大桥二 线 通道工程的入 区服务楼 ，位于平潭县北厝镇娘宫村 。场地 北侧为山坡地 ，南侧邻海 ( 部分 为滩涂地 )，西侧接平潭 海峡大桥 。原始地貌为海滩 冲淤积 ，现场地土层的表层为 新近吹填砂 ，厚度为6 4 6 7 4 5 m，堆填 时间小 于1 a ，故 土质较松散 ，尚未 固结 完成 。吹填砂下 卧淤泥质 土 ，厚 度为1 1 1 0 1 5 7 0 m。原建筑物软基处理采用C F G 桩 ，桩距 1 6 0 m、桩径5 0 mm，呈正三角形布置。场地先排水后铺填 厚5 0 0 m m碎石垫层作褥垫层 ，垫层上下各铺设1 层双 向玻 纤格栅。建筑周边场地同样采用C F G 桩作软基处理 ，桩距 1 8 0 m、桩径5 0 0 m m，呈正三角形布置 J 。 2 方案选择和实施 2 1 方案选 择 人区服务楼为筏板基础 ，梁底净高为3 4 0 m，同时地 下室梁底分布着消防管道 、通风管道 以及电缆桥架 ，地下 堡 塞耋 堑堡 堡堡堕 垦 塑 篁 里 鳖圭 垄堡 竺 堕 ! 塑 生 室有效的工作空间仅为3 m 。 目 前该工程已交付使用，为消 除不必要的社会影响及不影响国建及海关单位的正常运行 使用 ，必须选择适用于淤泥质土及狭小空间且施工时无振 动 、噪声小 、无污染 的加 固方式。 锚杆静压桩 适用于淤泥 、淤泥质 土 、黏性土 、粉土 和人工填土等地基土的基础加 固工程 。锚杆静压桩利用建 筑物 自重作为压桩反力 ，无需使用大型压桩机械 ，压桩反 力架及桩段长度均可以随工作面高度而定 。其施工机具轻 巧 ，操作简便 ，施工时无振动 、无污染 、噪声小 。另外相 对其他基础加 固方法 ，如 ：旋喷桩法 、灌注桩法 、树根桩 法 、注浆法等在加固引孔过程 中都会将地基的土体进行破 坏 ，减弱地基承载力 ，且经较长固化时间才能形成强度 ， 引起施工拖带沉降。而锚杆静压桩法属于挤压桩 ，在压桩 过程中，对周 围土体产生挤密作用 ，能增加地基承载力 ， 同时锚杆静压钢管桩封桩钢筋施工完成后 即形成作用 ，迅 速制止建筑物沉降。 虽然钢管混凝土桩 的钢管直径和壁厚 比钢管桩有所减 小 ，但钢管混凝土桩桩芯混凝土增强 了钢管的稳定性 ，同 时钢管壁对桩芯混凝土产生约束作用 ，使桩芯混凝土处于 三 向受压状态 ，提高了桩芯混凝土的抗压强度 ，因此提高 了桩的承载力 ，减少了施工成本。钢筋混凝土预制桩的配 筋是根据搬运 、吊装和压桩时的应力设计 的，远超过正常 工作荷载的要求 ，用钢量大。钢筋混凝土预制桩质量约为 钢管的2 倍 ，在地下室运输 、接桩极不方便。综上所述 ，锚 杆静压钢管混凝土桩是人区服务楼加固的最佳选择。 2 2 方案实施 主要施工工序为 ：测量 、放线一钻机钻穿筏板成孔一 引孔至淤泥层一锚杆植筋施工一利用锚杆静压法压人钢管 桩一钢管桩内侧浇筑C 4 0 混凝土一锚杆孑 L 清理 ，焊接封桩钢 筋一封桩一养护 2 2 1钻机成孔 采 用 西3 2 5 mm钻 头取 芯 成 孔 ，孔 垂 直 度 偏 差 0 2 0 ，孔 径不 得小 于4 0 0 mm。取 芯引孔 至褥 垫层 下 5 0 0 m m 处 ，可探明桩孔是否与C F G 桩相碰 ，若有相碰应进 行移孔 、重钻 ；若与C F G 桩不相碰 ，则采用 西2 7 3 m m 泥浆 护壁引孔至进入淤泥质土层2 m。 2 2 2 引孔施工 为 防止穿越褥垫层和回填中砂层时坍孔 ，在引孔前先 进行注浆 ，注浆2 4 h 后开始 引孑 L 。采用 2 7 3 m m钻头引孑 L 至进入淤泥质土层2 m。 2 _ 2 3锚 杆植 筋施工 1 )弹线定位 。根据 变更设计 图纸 的钢筋数 量及位 置，标注出植筋位置。经质检部门验收，位置符合设计要 求后才可以钻孔。 2 )钻孔 。用冲击钻钻孔 ，钢筋 西2 8 m m，钻头选用 西4 0 m m的合金钻头 。钻孔深度取8 0 0 m m，钻头始终与筏 板保持垂直。 3 )洗孔 。洗孔是植筋 中最重要 的一个环节 ，因为孔 钻完后内部会有很多灰粉 、灰渣 ，直接影响植筋的质量 ， 所 以一定要把孔内杂物清理干净 。方法是 ：用不掉毛的毛 刷 ，套上加长棒 ，伸至孔底 ，来 回反复抽动，把灰尘和碎 渣带 出，再用空压机吹出浮尘。吹完后再用脱脂棉蘸酒精 或丙酮擦洗孔壁 ，但不能用水擦洗 ，因为用酒精或丙酮容 易挥发 ，水不易挥发 ，再者用水后孔 内不会很快干燥。洗 孔完成后需要经质检部 门验收 ，再进行 自检 ，合格后报监 理验收，验收合格后方可注胶。 4 )钢筋处理。钢筋锚 固部分要清除表面锈迹及其他污 物 ，采用角 向磨光机配钢丝刷除锈 ，打磨至露出金属光泽 为止 ，若钢筋锈蚀严重 ， 则要用稀盐酸浸泡除锈 1 0 1 5 m i n 后，用石灰水中和，再用清水冲洗擦干后方可使用。 5) 注胶 。注胶要从孔底开始 ，这样可以排出孔 内的 空气 ，为了使钢筋植入后孔内胶液饱满 ，又不能使胶液外 流，孔 内注胶应达到孔深的1 3 。 6) 植筋 。先将配制好 的结构胶注入孔 内，并将结构 胶涂于钢筋锚 固端 ( 宜2 3 m m)，然后缓慢将钢筋插入孔 内 ，同时要求钢筋旋转 ，使结构胶从孑 L 口溢出 ，排出孔 内 空气 ，钢筋外露3 0 0 m m。 7) 养护。植筋施工完毕后注意保护，2 4 h 之内严禁有 任何扰动，以保证结构胶 的正常固化 。 8 ) 检测试验。在植筋前，要对所用钢筋及植筋胶进行 现场拉拔试验 ，以确定钢筋及植筋胶是否符合设计要求。 2 2 4 桩段制作 、连接 桩段采用焊接连接。焊接前应再次检查接头部位处理 情况及上下节桩是否在 同一轴线上 、是否垂直 ，符合要求 方可施焊；焊接时2 名焊工在桩两侧 同时施焊 ，以保证对称 受力 ，减小变形 ；焊接后应检查焊接质量 ，若有漏焊或焊 缝高度不够 ，应及时补焊口 。 2 2 5钢管混凝土桩桩尖制作 为了避免桩头在压桩过程 中发生变形或开裂 ，导致管 内进水进泥 ，桩头处需进行加强处理 ( 图2 ) 。 图2 钢管混凝土桩桩尖构造 2 2 6 压 桩 施 工 压桩反力架安装要保持垂直，应均衡拧紧锚固螺栓 、 2 0 1 5 1 2 B u i ld in g C o n s t r u c 衄 r 堡 皇 堂 里 堡 堡 堕 ： 堡 塑 警 土 建 筑 沉 降 加 固 中 的 应 用 螺帽，在压桩过程中应随时拧紧松动的螺帽；在锚杆受力 较 大时应使用 多个螺帽叠加使用。桩段在压人时的垂直 度极为重要 ，因此除了在初始就位时校核垂直度以外 ，还 应在压桩时进行全程连续控制 ，每节桩的垂直度应控制在 1 1 0 0 0 以内；同时应保持千斤顶与桩段轴线在同一垂直线 上 ，千斤顶施加的压力中心与截面形心重合 ，千斤顶安放 偏差不大于2 m m 。 室 内钢管混凝土桩不应同时集中在一处施工 ，多台设 备 同时施工时，同一轴线上不应超过2 根桩 。 压桩应连续进行 ，尽量减少接桩时间 ，中途不得长时 间停顿 ，以免土体固结 、超静水压力消散 ，引起摩阻力剧 增。如必须 中途停顿时，桩尖应停 留在软土层 中，且停留 时间不宜超过2 4 h 。如遇到压力急剧地增加 ，则可能遇碎 石障碍物或压入较硬土层 ，这时液压系统可采用 “ 稍压人 一持荷一再压入一再持荷”的方式 ，直至达到设计深度或 承载力。 压桩过程应做好记录 ，以终压力控制为主 ，桩长进入 持力层深度作为参考。 2 2 7 桩 芯 混凝 土施 工 桩芯混凝土的水胶 比应控制在0 4 5 及 以下 。钢管 内混 凝土的浇筑工作宜连续进行 ，若间歇时 ，时间不应超过混 凝土的终凝时间。 2 2 8 封桩工艺 封桩施工是压桩过程 中的关键环节。桩和混凝土底板 能否连接牢固 ，承载力是否达到要求 ，连接节点形式是否 合理，都是封桩后桩能否发挥作用的关键。 封桩前 ，桩顶应按设计和规范要求截断至设计标高 ： 钢管桩段采用氧割进行切断 ；钢管桩 内用C 4 0 混凝土填充 ； 为加强桩和混凝土底板 的连接 ，应将地下室筏板钢筋相互 连接 ，以便形成封桩桩帽；清理桩孔 内的渣滓及水。 封桩采用C 4 0 微膨胀混凝 土，注意振捣密实 ，加强养 护。待全部桩压完 ， 桩头密封结束 ，做最后验收。 2 3 存在的问题及改进方式 2 3 1筏 板取 孔施工 困难 筏板引孔要求 西3 2 5 m m，筏板厚度 1 0 0 0 m m，下设厚 2 0 0 m m 的C 2 0 垫层 ，上设厚3 0 0 m m 的C 2 0 m 石混凝土 ， 筏板 总厚度达到1 5 0 0 mm， 3 2 5 mm钻头钻机取芯困难 ，钻头 磨损严重 。而采用风镐破除，需要较大工作 面，取孔直径 达到5 0 0 mm，且进度缓慢 。 改进方式 ：采用 1 8 0 mm 钻头 ，沿钻孔周长方 向分6 次取芯成孔。 2 3 2 地 下室净空不足 地下室梁下净空仅3 4 0 m，梁下分布着消防管道 、通 风管道 以及 电缆桥架 ，实际利用空间仅3 m，施 工操作 困 难 圜建 筑 袍 工 ： 3 7 J g 第 1 2 胡 改进方式 ：根据地下室实际工作面加工高度3 m 的压桩 反力架 ，每段钢管桩均加工为2 I l l 。 2 3 3 回填 区域钢 管桩压入 困难 压桩过程中所有钢管桩需穿透褥垫层及 回填中砂层 ， 局部区域含回填块石 ，钢管桩遇阻力无法压入。 改进方式 ：在压桩前采用 8 9 m m 钻头引孔 至淤泥层 2 m， 并注入水泥浆 ，注浆2 4h 后用 西2 7 3 m m 钻头引孔至淤 泥层面。 2 3 4 桩长过 大，难 以保证成桩质量 钢管桩长度约为3 5 m，上部9 m 处需放设钢筋笼 ，混凝 土一次性连续浇筑 ，混凝土 自由倾落高度太高会造成混凝 土离析，无法保证成桩质量。 改进方式 ：每压入1 2 段 ( 2 - 4 m) 钢管桩即开始浇筑 桩芯混凝土，并振捣密实 ，下段钢管桩浇筑时 ，振动棒需 插入上段浇筑的钢管桩5 0 0 m m，相邻2 段钢管桩桩芯混凝 土浇筑的间隔时间不得大于混凝土初凝时间。待上部9 m 处 的钢管桩全部压入后 ，再放入钢筋笼 ，沿钢管桩内壁侧 浇 筑混凝土 ，振动棒随着混凝土的浇筑慢慢提升 ，保证桩芯 混凝土振捣密实 一 。 3 结语 目前人区服务楼的沉降已得到有效控制。从开始加固 施工至钢管混凝 土桩形成作用仅仅花 了7 5 d 。锚杆静压钢 管混凝土桩能适用人区服务楼狭小的施工空间及特殊地质 条件的建筑物沉降的基础加 固工程 。另钢管混凝土桩与承 载力相当的钢管桩相 比，钢管用量 明显减少。因此使用锚 杆静压钢管混凝土桩 ，不但 能迅速制止建筑物沉降 ，不产 生拖带沉降，施工工期短 ，而且加固费用低廉 ，施工操作 简单 ，加固安全可靠 ，值得大范围推广应用。 参 考 文 献 一 尚晓飞， 张立 简析建筑 地基加 固中锚杆 静压桩 的运用 J 】 江 西建 材， 2 0 1 4 ( 1 ) ： 6 0 6 1 2 刘毓氚 1 陈福全 锚杆静压桩在危险建筑物加 固中的应 用研究 J 】 岩 ； iS；h学与工程学报， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 1 3 0 1 3 2 3 】吴修锋 锚杆静压桩在房屋加固工程中的应用【 J 】 西部探矿工程， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 1 2 9 - 1 3 0 4 张 力，卫 龙武 ， 邓学支 锚杆静压桩 在建筑物 纠偏 与加 固中的应用 J _ 施工技术，2 0 0 5 ( 9 ) ： 7 1 7 3 5 顾 向群 ， 杨 军 锚杆 静 压 桩 在危 房 加 固 中 的应 用 J 】 工业 建 筑 ， 1 9 9 9 ( 4 ) ： 6 3 6 5 【 6 】 吴根 才 锚杆 静压桩 在地基 加固处理 中 的应 用 J 】 国外 建材 科技 2 O O 6 ( 4 ) ：5 4 5 5 7 】叶 黎鹏 采 用锚杆 静 压桩 对地 基 的加 固 处理 【 J 建筑 技术 开 发 2 0 0 5 ( 6 ) ：4 6 4 7