超低净空条件下应用锚杆静压钢管桩技术控制沉降

葛欣铭

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 工程概况

某已建供能管沟工程在投用后发现沉降病害，经第三方评估机构对管沟工程的运营安全状况进行全面的评估，划定了4个健康度评级，部分区段健康度评估为4级（最低级），评估结论建议采取沉降控制措施。

背景工程所在地区为长江三角洲冲积平原，场地地貌单元属于滨海平原地貌类型，工程所处区域土层分布从上至下为：①1杂填土、①2素填土、②褐黄-灰黄色粉质黏土、③灰色淤泥质粉质黏土、③夹灰色砂质粉土、④灰色淤泥质黏土、⑤1a灰色黏土、⑤1b灰色粉质黏土、⑤2灰色砂质粉土、⑥暗绿-草黄色粉质黏土、⑦1灰绿-草黄色黏质粉土。该段管沟结构底板标高为－7.05～－4.05 m，位于④淤泥质黏土层。

2 工程难点、特点

2.1 工程难点

1）管沟的内净尺寸为高2.8 m、宽4.2 m，并且已存在大量的桥架、管道等设施，内部空间狭小，较大的施工机械难以实施。

2）施工需停能并拆除部分供能管道，利用冷热供能转换的季节间隙进行施工，停能时间短，故施工要求在1个月内完成。

3）桩位的排布受到冷水管支墩、热水管支架等已有构筑物的影响，需要根据实际情况进行特别布置。

2.2 锚杆静压桩特点

1）能迅速制止沉降和倾斜，施工过程中不会引起附加沉降。

2）压桩施工可在净空受限的狭小空间内实施，适用于大型机具无法进入的工程。

3）传荷过程和受力性能明确，能得到每根桩的实际承载力，质量可靠[1-4]。

3 工程实施

3.1 方案选择

3.1.1  桩型选择

桩型采用φ219 mm×7 mm螺旋管钢管桩，桩身材料选用Q235B钢材，桩长18～22 m，桩尖进入⑥层暗绿-草黄色粉质黏土。受到管沟内部净空限制，桩段长度设为1.6 m，采用焊接接桩，接桩节点强度不小于桩本身强度；压桩孔内封桩采用C40KL无收缩灌浆料；单桩承载力特征值为280 kN，桩顶预加反力≥1.1倍单桩承载力。

3.1.2  压桩设备

桩架所提供的压桩力，对黏性土宜大于单桩竖向承载力特征值的1.2倍，对其他土则宜大于单桩竖向承载力特征值的1.5倍；本次锚杆静压桩桩尖进入⑥层暗绿-草黄色粉质黏土（钢管桩底－25.86 m），故选用50 t千斤顶作为压桩设备。

由于管沟内部净空高度受到限制，高度仅为2.8 m，所以静压桩桩架需经过二次改造，桩架高度确定为2.6 m。

3.1.3  锚杆选择

抗拔锚杆选用4M25高强度钢种植锚杆，锚固长度≥15d（d为锚杆直径），并采用C40KL无收缩灌浆料作为黏结剂。

3.1.4 桩的布置

桩位横向为双排布置，纵向根据现场已有构筑物的情况按1.5～2.0 m不等间距进行布置，横向为两侧对称布置。

3.1.5  开凿压桩孔

采用φ250 mm金刚石薄壁钻一次成孔，取出混凝土芯柱，孔壁再用风镐或冲击钻打毛。

3.1.6  桩段连接方式

接桩采用CO2气保焊进行满焊，钢管端部设置45°坡口，上下桩段之间设内衬圈，确保钢管同心度及垂直度满足要求。

3.1.7  预加反力

根据设计要求，工程采用预加反力封桩，桩顶预加反力≥1.1倍单桩承载力特征值；钢管压至设计深度后，摆放传力支架及千斤顶，千斤顶按设计承载力要求加设预加反力，浇筑灌浆料；为保证预加反力的效果，要求在灌浆料终凝前桩架及千斤顶不能撤离，原则上静置时间应大于12 h。

3.1.8  封桩形式

上节桩加封板加焊4根锚筋，在基础混凝土面层上开槽将锚杆打弯，焊接交叉钢筋，然后浇筑C40KL无收缩灌浆料。

3.2 方案实施

3.2.1  施工工序

钢管切割加工→桩位放样→开孔→埋设锚杆→排水→桩架就位→吊桩入孔→压桩→焊接→压桩→记录→桩长或压桩力达到设计要求停止压桩→加封板→焊锚筋→锚杆开槽打弯→焊接交叉钢筋→清孔排水→浇筑C40KL无收缩灌浆料

3.2.2  施工准备

1）根据现场构筑物情况与设计确定桩位布置后，按平面布置图测放桩位，平面偏差不得大于10 cm。

2）采用开孔设备在管沟底板上开设压桩孔，压桩孔为上小下大截头锥形，上口φ350 mm，下口φ450 mm。

3）桩段制作要求钢管桩桩身竖直、管子端面平整，坡口为45°，钢管同心度要好。

4）压桩架安装时要保持垂直，应均衡拧紧锚固螺栓的螺帽，防止压桩架晃动。

5）桩尖就位时必须保持垂直，桩段就位后必须加以校正，使千斤顶与桩段轴线保持在同一轴线上，不得偏心受压。

3.2.3  施工过程控制

1）压桩时，桩顶应设桩垫，桩尖就位时必须保持垂直，桩体垂直偏差不得超过桩段长的1.5%。

2）焊接接桩时，应清除表面铁锈，进行满焊，确保焊接质量，焊缝应饱满，无气孔。

3）压桩施工不得中途停顿，应一次到位，如需中途停顿，桩尖可停留在软土中，且停留时间不得超过24 h。

4）结合该段管沟结构所处位置的水位条件和管沟底板埋深，开孔后尤其是压桩阶段应进行监测和观察，制订适当的安全措施和应急预案，避免地下水涌入管沟内部造成水土流失。

5）压桩实施过程中，桩位施工顺序应在管沟两侧交错推进，避免单侧压桩引起局部管沟结构的倾斜。

3.2.4  施工质量控制

1）压桩以桩长和压桩力作为停止压桩的标准；桩顶要求嵌入基础100 mm，如果压桩力先达到设计要求，对于外露的桩头须进行切除。

2）焊接完成封桩钢盖板，钢管桩压至标高，安放反力支架预加反力；预加反力的千斤顶在灌浆料终凝后方可撤出。

3）压桩及预加反力所用千斤顶等设备在开工前均需进行标定工作，以确保表显数据与实际数据相符。

4）桩与基础的连接（封桩）是整个压桩施工过程中的关键工序，封桩前必须把压桩孔内的杂物清理干净，排除积水，清除孔壁和桩面的浮浆，以增加黏结力。

5）压桩过程应做好施工记录工作，作为工程验收资料，并可作为后期总结和单桩承载力标准值验证的重要依据。

4 实施效果

4.1 沉桩质量

由于受到净空限制，桩段分割短，故导致焊缝增多等不利情况出现，单桩沉桩时间控制在4.5 h左右；根据施工数据反馈，压桩力随着压桩深度的增加而增加，压桩深度超过15 m后压桩力的增长速率明显增加（图1），长21 m的钢管桩压桩完成时的最终压桩力在320 kN左右（单桩承载力特征值的1.1倍）。

图1 压桩深度与压桩力曲线

为了有效验证锚杆钢管桩单桩承载力情况，在钢管桩压至设计深度后，经过24 h静置，待桩身周围土体重塑、土体强度恢复后，对桩身进行复压试验。综合考虑试验效果及复压施加力对桩身可能产生的破坏情况，复压施加力选定为承载力特征值的1.3倍，即280×1.3=364 kN进行。钢管桩未被压动，单桩承载力满足设计要求。

4.2 沉降控制

第三方监测数据显示，在采取了锚杆静压桩的沉降控制措施后，该段管沟沉降由实施前“变化速率为0.04～0.11 mm/d且未收敛”的情况，转变为实施后的“变化速率为0.00～0.02 mm/d且已收敛”（图2）。

图2 管沟累计沉降趋势

由此可见，锚杆静压桩的实施对管沟的沉降控制是成功的，取得了预期的效果。

5 结语

锚杆静压钢管桩技术在管沟沉降控制方面的成功应用，解决了在管沟内部超低净空条件下施工的难题，有效地控制了管沟的沉降情况，为今后类似的构筑物沉降控制提供了宝贵的经验。