锚杆静压桩在客站改造基础加固工程中的应用

刘明旭 上海铁路局建设管理处

锚杆静压桩是利用原基础底板或桩基承台及上部结构传递来的重量作为压桩反力，通过预埋的锚杆、反力架、千斤顶等压桩设备，将桩段从压桩孔处压入地基土中，然后将桩与基础底板或桩基承台连接形成整体，使新桩基与原建筑物基础共同承担荷载，提高沉桩区域的承载力，达到阻止或减少沉降的目的。锚杆静压桩多用于粉土、粘土、人工填土、淤泥质土等地基土的新建（采用逆作法施工）或已建多层建筑物、中小型构筑物的地基加固、托换、纠偏工程中。锚杆静压桩与其它基础加固或托换技术相比又具有施工时无振动、无噪音、设备简单、操作方便、移动灵活、施工所需空间小的特点。

既有客站改造，要求尽可能减少对行车和旅客的影响，我们利用锚杆静压桩工艺，充分利用其特点，将其应用到客站改造桩基加固工程中，取得了成功。为客站改造基础加固提出一种更方便、更合理、更有效、更经济的加固方法。

1 静压桩沉桩机理

在沉桩施工过程中，桩尖"刺入"土体，直接使土体产生冲切破坏，伴随或先发生沿桩身土体的直接剪切破坏。孔隙水受此冲剪挤压作用形成不均匀水头，产生超孔隙水压力，扰动了土体结构，使桩周约一倍桩径的一部分土体抗剪强度降低，发生严重软化（粘性土）或稠化（粉土、砂土），出现土重塑现象，从而可容易地连续将静压桩送入很深的地基土层中。静压桩是挤土桩，压入过程中会导致桩周围土的密度增加，其挤土效应取决于桩截面的几何形状、桩间距以及土层的性能。在静压桩施工完成后，土体中孔隙水压力开始消散，土体发生固结强度逐渐恢复，上部桩柱穴区被充满，中部桩滑移区消失，下部桩挤压区压力减小，这时桩才开始获得了工程意义上的承载力。

2 工程应用实例

2.1 工程概况

徐州站作为京沪、陇海线上的一座既有大型客站，许多原有设施已不能满足客运功能要求，需进行改造。进站大厅作为客站改造的一部分，为保证进站大厅内两侧辅房结构对称和扩大旅客候车场地，在大厅北侧框架柱间增加四层夹层，增加候车面积2 000m2。因增加的上部荷载较大，柱下部基础需进行加固处理。

2.2 地质情况

施工范围内，根据地质勘察报告，地层分布具有如下特点：

（1）杂填土：上部为30 cm混凝土地坪，下部为碎石垫层，普遍分布，厚1.3～2.9 m。

（ 2）粉土：黄色，中密，湿，场区普遍分布，厚 2.5～5.4 m。

（ 3）层粉土：浅黄，稍密～中密，湿，局部夹薄层可塑粘土，场区普遍分布，厚4.2～4.8 m。

（4）粉质粘土夹粉土：黄～红褐，可塑，饱和，场区普遍分布，厚2.7～4.5 m。

（ 5）粉土：浅灰色，中密～密实，湿～很湿，场区普遍分布，厚1.5～3.2 m。

（ 6）粘土：灰绿色～红褐色，硬塑，局部可塑，饱和，场区普遍分布，厚3.2～3.89 m。

（7）破碎带：强风化基岩为灰岩，但及其破碎，岩石与粘土交替出现，岩石最大厚度不超过1.5 m，该层未穿透。

由此可见，地层中存在较厚的粉土和粘土。由于本工程场地狭窄，工期较紧，需尽可能减少施工对行车组织和旅客候车的影响。最终权衡选择了不占工期，空间要求小，施工方便，受力明确的锚杆静压钢筋混凝土预制桩的加固方案。

2.3 施工技术

2.3.1 桩的参数

巴金的写作风格就是朴素，他娓娓道来，看似漫不经心，却暗含匠心。他的语言平实，我们读起来没有障碍，也容易被感染，这就是巴金的风格，大家的风范。这么沉重的主题却是通过小事去写，写得明白，写得晓畅，这正适合我们通过引导学生解读文本来了解背景，以此来加深对文章的理解，对作者情感的把握，对文章主旨的领悟。

为使加固桩与原有桩基尽量协调工作，应选择截面大、强度高、承载力大的桩；考虑到锚杆静压桩是挤土型桩，截面过大势必导致挤土效应过大，对周边桩、建筑物和管线造成挤压位移，考虑到施工空间和操作方便的需求，桩截面不宜过大、桩段不宜过长。故此，本工程桩加固中采用《钢筋混凝土锚杆静压桩》（04ZG301）中的 MZHb-S25（ 中间桩）与MZHb-J25，桩断面为250×250 mm的钢筋混凝土方桩，混凝土强度C35，桩段长2.5 m，单桩承载力特征值为540 kN，桩段的连接采用焊接接头。

2.3.2锚杆构造

锚杆是锚杆静压桩施工过程中核心受力构件，根据单桩竖向承载力的大小确定锚杆的数量和型号，一般采用四根（见图1）或八根锚杆，锚杆一般采用棒材加工而成，棒材型号由受力和锚杆数量确定。锚杆的长度要满足锚固深度要求（一般采用10～12倍棒材直径）及提供足够反力的安装要求（一般采用15～20 cm）。本工程锚杆采用后成孔埋设，锚杆直径D=28 mm，钢材为HRB400级钢筋，锚固螺栓的粘结剂采用硫磺胶泥。

图1 锚杆布置图

2.3.3 施工工艺流程（见图2）

图2 锚杆静压桩施工工艺流程图

2.3.4 施工工艺

（1）锚杆埋设：首先要准确定出埋设位置，其次埋设深度要略大于锚固深度要求，同时应将锚杆与承台或底板内的部分钢筋焊接，确保锚杆埋设准确牢固。

（2）桩段制作：钢筋混凝土预制桩段严格按设计制作、桩身平直、外形尺寸误差不大于±5 mm，端部平整。

（4）压桩工艺：压桩反力架安装要保持垂直，应均衡拧紧锚固螺栓、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。桩段在压入时垂直度极为重要，除了在初始就位时校核垂直度外应在压桩时全程连续控制，每节桩的垂直度应控制在1/1000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 mm。

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24 h。如遇到压力急剧的增加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入，持荷，再压入，再持荷，直至达到设计深度或承载力。为避免和减轻压桩对周围环境产生的危害，应控制压桩速度。即控制每天压桩的数量，避免产生严重的挤土现象和超静水压力；选择合理的压桩顺序，采用背向保护对象向前推进压桩的方法，减少桩入土后挤压土层对附近原有建筑地基的影响。

桩基属于隐蔽工程，应对每根桩静压过程进行观测，做好详细记录。压桩施工完毕后，检查桩位偏差符合规范要求，并对桩承载力进行检验，采用以最终压桩力控制为主、以桩长控制为辅的双控原则。

（5）封桩工艺 ：封桩施工是压桩过程中又一个关键环节。封桩前，桩顶应按设计和规范要求截断至设计标高，桩顶平整无松动混凝土，为加强桩和承台及混凝土底板的连接，应将锚杆相互连接起来，以便形成封桩桩帽，清除桩孔内杂物及水，浇筑大于或等于桩体混凝土强度的微膨胀早强混凝土（见图3）。注意振捣密实，加强养护。

图3 压桩孔剖面图

3 施工中的质量问题及处理

3.1 预制桩顶破裂

原因分析：桩的制作质量差；混凝土拌制不计量、水灰比大；振捣不密实，养护不良；桩的混凝土实际强度低于设计要求；桩头钢筋网片位置不准，有的漏放；桩顶面对桩中心线倾斜过大，且凹凸不平。

预防及处理措施：控制预制桩的制作质量，必须达到建筑桩基检测技术规范的要求。箍筋间距、桩头网片、桩尖要求、接桩的预埋件设置、桩的长度都必须满足设计与规范要求。混凝土搅拌必须按配合比要求计量，随拌随用，桩的表面应平整。制作允许偏差应符合规范要求。桩帽与桩周围的间隙不宜大于10 mm，桩帽与桩之间加设垫木，以减小集中应力的产生。如沉桩深度不大，可拔出换桩；当桩入土深度过大但尚未达到设计要求时，可凿除桩顶的破碎部分，用水洗刷干净，立模板箍紧，调整或增补钢筋网片，提高混凝土强度等级，掺早强剂，灌筑混凝土振捣密实，待混凝土达到强度后，将桩沉到设计要求。

3.2 桩身上抬

原因分析：由于静压桩是挤土桩，在场地桩数量较多，桩距较密的情况下，时常后压的桩会对已压的桩产生挤压上抬，特别对于短桩，易形成所谓的吊脚桩。桩身上抬除了静载沉降偏大外，对桩而言可能会把接头拉断，桩尖脱空，同时大大增加对四周桩的水平挤压力，导致桩倾斜偏位。

预防及处理措施：施工前合理安排压桩顺序，同一单体建筑物一般要求先压场地中央的桩，后压周边的桩；先压持力层较深的桩，后压较浅的桩。出现桩身上抬后一般采用复压的办法使桩基按正常使用，但对承受水平荷载的基础要慎重。

3.3 桩身倾斜或位移

原因分析：场地不平，稳桩时桩不垂直，桩锤、桩帽和桩不在同一直线上；桩距太小沉桩时土体挤压邻桩而位移，或遇横向障碍物，造成桩身倾斜及位移。

预防及处理措施：沉桩前必须平整施工场地，检查和校验沉桩机合格后方可进场。加强施工管理，严格控制沉桩过程中桩的垂直度，严格检查预制桩的质量。压桩期间不得开挖基坑，需要压桩完毕后相隔适当时间方可开挖，相隔时间应视具体地质情况、基坑开挖深度、面积、桩的密集程度及孔隙水压力消散情况来确定，一般宜两周左右。对已沉至设计要求的桩，应与设计、监理等有关人员共同研究处理方案，采取补桩或扩大承台等补强措施。对未沉桩，适当增大桩距，改变沉桩顺序或方法，加强桩垂直度的控制，及时纠正桩帽、桩锤和桩的垂直度，加厚桩垫，保持桩顶平整。

3.4 接桩处松脱开裂

原因分析：连接处的表面没有清理干净，留有杂质、雨水和油污。采用焊接连接的预埋件不平，焊缝不连续、不饱满、夹渣等缺陷。上下两节桩不垂直，接桩面不平整，接桩处局部产生集中应力而破坏。

预防及处理措施：接桩前，对连接部位上杂质、油污、水分等必须清理干净，保证连接部件清洁；检查连接部件是否牢固、平整和符合设计要求；接桩时，两节桩应在同一轴线上，焊接预埋件应平整服贴，焊缝应饱满连续，焊条质量必须符合规定要求，焊完后得停留一定时间，停留时间一般大于1.0 min。对开脱部分按规定重接或补强，检查合格后，将桩沉至设计标高。

4 结束语

由于锚杆静压桩采用了静压方式，避免了冲击应力，对桩周土体的隆起及水平挤压较小，从而降低了对周围环境的影响；该工艺采用的施工机具简单，对施工现场条件要求不高且受力明确、传力路径清晰、施工无振动、无噪音、无污染，对行车组织影响较小。加固完成后，经多次沉降观测，满足规范和设计要求，达到了预计效果，缩短了施工周期，取得了较好的经济效益和社会效益。