钢管锚桩设计与施工

李国辉

上海建工二建集团有限公司 上海 200090

1 工程概况及周边情况

1.1 工程概况

某商业改造项目位于上海市静安区西南部，南京西路西段，与静安寺相对，北侧有轨交2号线，东侧有轨交7号线，西侧有新建轨交14号线，南侧与静安公园相接。场地现为下沉式露天广场，改造后为轨交换乘及公共交通空间。

1.2 周边情况

下沉式露天广场始建于1997年，面积约为2 600 m2，底板东北侧局部雨水调节池相对标高为－6.50 m。北侧接轨交2号线静安寺站5号出口，西侧紧邻华山路，东侧为静安公园入口广场，南侧为地下2层商场，商场顶板以上有厚3～5 m覆土，为静安公园人工造山景观。下沉广场底板下原有反滤层及设置钻孔灌注桩以解决上浮问题，商场下部设少量灌注桩协调与下沉广场的差异变形。

2 钢管锚桩设计

2.1 工程场地条件

本工程场地位于轨交出入口处，周边南京西路及华山路有高层建筑及相关市政管线。地勘报告提供的桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp数据如表1所示。

表1 fs和fp数据

场地浅层地下水属于潜水，上海市平均地下水埋深在0.50～0.70 m之间，低水位埋深1.50 m，高水位埋深为0.50 m。地下水和土对混凝土结构有微腐蚀性，地下水对钢筋结构有弱腐蚀性，在长期浸水条件下对钢筋混凝土中的钢筋有微腐蚀性，在干湿交替条件下对钢筋混凝土中的钢筋有弱腐蚀性。地下水对建筑材料腐蚀的防护，应符合国家标准GB 50046—2008《工业建筑防腐设计规程》的规定。

2.2 桩基设计

2.2.1 锚桩桩型确定

钢管桩虽然具有其他材质桩无法比拟的优点，但由于耗钢量大，故在桩基选型时，需考虑以下几方面[1-4]：

1）应能在设计使用年限内满足承载力及沉降要求。

2）在满足第1项要求的前提下，较其他桩施工方法经济。

3）在预定工期内能确保施工，并且不给附近的建筑物带来不良影响。

4）对预料中的今后地基条件及场地周围状态的变化不产生危害。

在锚桩选型初期对钢管桩及灌注桩的适用性作了对比，结合本工程实际情况，由于贴近轨交车站，施工作业面积较小，且该项目承载力为抗浮控制，利用钢管桩抗压和抗拔强度大致相等的特性，综合以上几条原因，本工程锚桩最终选用钢管桩。

2.2.2 桩径及持力层确定

结合地勘报告，可作为该项目桩端持力层的主要有⑤3粉质黏土层以及⑦1粉砂夹粉质黏土，由于需在原结构底板上开孔施工，为了尽可能减少施工过程中对原有结构的破坏，采取控制桩数的办法，即保证单桩竖向抗压及抗拔承载力相等原则进行，选用2种持力层作用下的2种桩径进行对比分析。当采用⑤3粉质黏土层时，桩径取610 mm，采用⑦1粉砂夹粉质黏土时，桩径取426 mm，此时单桩竖向抗压及抗拔承载力相等。

1）从挤土效应分析评价2种桩型。由于钢管桩属于挤土桩，在饱和黏性土中影响更为明显，该项目有几根桩离轨交车站原有结构最近为1.7 m，采用φ610 mm钢管桩的挤土效应比采用φ426 mm钢管桩的明显，对周围土造成的扰动相对较大。

2）从施工及经济性方面评价2种桩型。由于单桩承载力相同，但对于单节桩而言，φ610 mm钢管桩压桩所需压桩力更大，对原底板破坏的可能性更大。表2为该项目2种桩型下的经济性比较。

表2 经济性比较(单位:万元)

综合以上各方面，本项目最终决定采用φ426 mm桩径，持力层选在⑦1粉砂夹粉质黏土。

3 施工措施

1）锚杆桩桩孔需在原有底板上新开孔，开孔采用排孔切割法。由于原底板下设置有疏水层，排孔切割必须分2次进行，施工过程中要做好引水排水措施，预防地下水上涌，同时埋设反力锚杆。

2）钢管桩抗压承载力较大，属大吨位锚杆静压桩，所有压桩反力均来自原结构底板。经复核，原结构底板强度不足以提供相应反力，需在压桩前或压桩过程中采取底板加强或压桩锁桩二次施工反力平衡法。经过多方面比较，并结合项目实际情况，最终选用压桩锁桩二次施工反力平衡法进行桩基施工。桩基施工前需把原建筑面层凿除。压桩锁桩二次施工反力平衡法具体施工方法是：第1根桩先压一半长度，在压桩力达到1 200 kN时（具体可根据现场实际情况调整）停止压桩，并在钢管桩沿底板上表面用钢牛腿焊接成“¤”形，这样就把这根桩临时变成了抗拔桩，再跳开一个桩位压第2根桩并同样锁桩，待相应桩位的底板边都有临时反力桩的抗拔力以后，再回压第1根桩，以此完成全部桩基施工。按照2根桩为一组的原理，也可以选择3根桩或者按需要选择多根桩作为一施工组进行二次施工反力平衡法施工。根据本工程实际情况，最终选用3根桩进行试桩，并进行多次试压，以取得详细数据为后面正式压桩提供依据（图1）。

图1 锚杆静压桩压桩力曲线

3）项目中存在少部分桩邻近现有轨交车站，沉桩施工过程中需采取引孔措施，以减少对相邻建筑物和地下管线的影响，施工过程中适当控制沉桩速度。引孔措施采用在开口钢管压进土层约5 m时（即钢管桩的垂直度已经稳定，土塞进入钢管2～3 m）开始钢管内取土，钢管内取土的优点是避免了先钻孔再下钢管。建议贴近现有轨交车站的钢管桩的前10 m压桩速度控制为1 m/h，具体可根据施工现场数据随时调整，确保不影响现有建筑物及轨交正常运行。

4 结语

1）通过以上具体项目，从设计及施工措施方面分析，当需要在既有建筑物附近加建或新建建筑物且施工场地较小时，可考虑采用钢管桩作为锚桩[5-6]。

2）当既有建筑物原结构不足以提供锚桩施工反力时，可考虑采用压桩锁桩二次施工方法。

3）为了减少挤土桩对既有建筑物结构的影响，需要控制压桩速度及采取引孔措施。