建筑桩基础静压桩施工不均匀沉降加固技术

孙秀伶

（中土华建（北京）建设集团有限公司，北京 102300）

0 引言

在建筑项目进行的过程中，建筑桩基础的不均匀沉降会损耗建筑承载的重力结构，若不及时加固治理，可能会造成建筑物压力负载的情况[1-3]。

虽然设计师会充分考虑在连续施工的情况下，由于地质条件的变化，基础建筑对工后不平衡沉降所产生的各种影响，并在工程设计中赋予基础建筑相应的安全施工程序[4-5]。但是造成建筑物基础不均匀沉降的因素很多、状况复杂多变，所以并不能面面俱到。因此，必须深入研究建筑基础工程桩在不均匀沉降下加固的关键技术。

建筑物基础不均匀沉降会在内部结构中产生附加内力，破坏建筑结构的稳定性。该文通过对建筑物基础不均匀沉降加固技术的研究，总结了最新适用于基础建筑的方法，保障建筑物安全。

1 实例分析

1.1 工程概况

某多层住宅楼建于2000年，共有4个单元，单元户型对称布置。属于钢筋混凝土条形基础，砖混结构，阳台悬挑，楼体一共6层，建筑面积3625.86m2，没有地下室，楼高19m，南北宽9.9m，东西长62.5m。根据对沉降及倾斜每日数据的监测该居民楼的2、3单元楼体均存在不均匀沉降情况，并且仍在继续，说明该楼的倾斜量日益加剧，需要对其进行及时地基加固处理。该楼场地类型为III类，持力土层平均深度为18m。该楼使用期间发生不均沉降，采用桩截面200mm×200mm的C30预制钢筋混凝土方桩对其进行静压托换桩地基加固处理。

1.2 静压桩单桩承载力设计

静压桩单桩终止压力与单桩承载力的非线性拟合方程[6]，设计单桩入土深度19m，根据表1设计单桩终止压力437kN，则静压桩单桩承载力如公式（1）所示。

表1 静压桩合理布桩间距数值模拟汇总表

静压桩单桩承载力设计值如公式（2）所示。

1.3 布桩间距优化设计

根据对不同托换压力及不同桩间距下基础及砖砌体受力性能的数值模拟[7]，托换压力作用下基础受拉强度≤基础抗拉强度设计值的布桩间距都是可行的，然后基于受力性能，上限值则以在托换压力作用下钢筋混凝土条形基础达到其抗拉强度设计值，从而确定静压桩的最大布桩间距及用桩最少的数量，实现布桩间距优化的目标[8]。

通过以上数值模拟的方法，讨论了既有多层建筑上部结构荷载一定的情况下，钢筋混凝土条形基础的静压桩合理布桩间距。条形基础形式多层建筑的竖向荷载由楼板传递至承重墙，然后由承重墙传递至基础，由于层数和层高不同，单位长度基础所承担的上部结构荷载也大小不一，该文对1～6层钢筋混凝土条形基础形式的砖混结构建筑进行了荷载统计，并根据上部结构荷载的大小，按照以上数值模拟的方法分别进行了静压桩布桩间距优化设计[9]。取托换压力为437kN，布桩间距选择2.4m和2.45m，共布设静压托换桩54组。

1.4 验证分析

该文对静压桩的部分观测数据进行统计分析，并绘制成了图1累计沉降量曲线。

由图1可以看出，随着时间的推移其静压桩的累计沉降量随之增大，并逐渐趋于平稳，桩周土体逐渐固结，进而桩侧摩阻力也会随之增加，静压桩的承载力也升高并大于静压桩的托换压力。在这种情况下，静压桩将保持不变不再继续下沉，逐渐趋于稳定值。

根据监测结果，静压桩最大沉降量为4mm（4#桩），满足静压桩总沉降量≤8mm的要求，以上说明该工程布桩间距合理，保证了静压托换桩加固的工程质量。

2 基础不均匀沉降加固方法设计

2.1 静压桩加固施工

某居民楼的土层分布较厚的中砂，承载力特征值fak=300kPa，压缩模量Es1-2=30MPa，是理想的持力层，适宜采用静压桩。锚杆静压桩除了加载方式以外，其工作原理及适用范围与坑式静压桩类似。锚杆静压桩与坑式静压桩的工作原理及适用范围基本相同,但锚杆静压桩在封桩施工时大都需要进行卸荷操作，但其工艺复杂，施工较为困难，实际应用较少。而坑式静压桩施工能够解决由于回弹现象导致的沉降问题[2]。

地基加固前，应采取措施断绝本楼一切可能渗入地基的水源。沿基础边缘开挖垂直导坑，尺寸不小于1000mm×1000mm，至基础下2 m，再沿基础底挖水平导坑至设计桩位，条形基础下部开挖宽度根据各基础宽度确定。导坑开挖应避免基础下大面积连通施工，应保障施工人员安全，必要时做好坑壁支护。压桩时，压桩力不得小于单桩竖向承载力特征值的2倍，且持续时间不应小于5min。设计桩长可根据现场试压调整，采用桩长和单桩承载力特征值双指标控制。每桩压桩深度达到设计要求后，施工单位应会同建设、监理单位验收桩长，各方确认后方可进行下一组静压桩施工。静压桩施工顺序必须采用跳打法，减少附加沉降。

2.2 简支转连续受力点分析

在简支梁桥阶段操作中，通过钢筋实现建筑截面的柔性结构层布置，沉降反应下的建筑物顶层结构能有效控制建筑物变形。不同截面铺装的钢板厚度不同，发挥的作用也不同。因此在连续梁桥阶段，主要通过建筑面板连续的受力点，增加钢板的厚度。这时可选择将主梁在顶层形成的简支转连续受力和混凝土预应力受力结合在一起。

由于建筑物截面面板的负弯矩区没有预加应力的作用，在后期可能会出现超负荷承载的问题。

简支转连续受力点在施工的连接方式如图2所示。

建筑桩基础静压桩施工不均匀沉降加固施工的具体过程如下。环形预留核心土开挖法的施作工艺大致为按计划打入超前小导管；开挖，及时施作喷锚、钢拱架等初期支护措施；开挖，及时施作喷锚、钢拱架等初期支护措施；开挖核心土区域；开挖仰拱。截面铺装的混凝土施加了一定的预应力，由于作用在截面顶端的钢束强度不够，施加预加力的区域无法做到全覆盖。所以，在后期简支转连续受力的连接下，主要依靠简支梁体的结构性能。通过简支转连续操作实现建筑加固的效果。简支梁体主要施加预应力的范围比较长，因此在加固方面，其结构承载的质量范围更大，密度更大，整体协调性就能更好。

2.3 沉降工况下单元应力变化分析

为对建筑物的简支梁连续受力点进行分析，需要在施工现场采集简支梁相关数据，因此，该文在混凝土连续箱梁截面的模式上优先选择双箱双室形式。建筑主梁的高度的箱截面受力程度根据不同混凝土的承受力决定是否能做到箱梁的连续受力。建筑单箱的连接方式设为双室，其高跨比为1/14.7。建筑物的横梁截面和边支点处按承受力的变化调节。两端的主梁截面主要依靠预应力混凝土构件受力，建筑物的箱梁均依靠预受力为R50承载质量的混凝土承载现浇层，主梁则采用负荷R40混凝土纵向预应力约束体系。建筑腹板设置长钢绞线，底板设置短钢绞线。在短期截面受力作用下，建筑物的简支连续的上限受力不超过基础的限值。为避免不均匀沉降的影响，各沉降工况下的单元应力变化规律见表2。

表2 控制截面单元指标数据

以表2中所显示的数据为依据，在建筑物静压桩施工下，设计的建筑加固的方法和目前常见的基于主成分分析法的风险预警方法作为目标，计算不同建筑加固方法的测量精度的相关性。具体操作如公式（3）所示。

式中：S为建筑物设计的沉降量，S1为单箱建筑物施工沉降量，S2为双箱建筑物需要调整的沉降量，H为建筑固定高度。

而分离箱的加固精度测试如公式（4）所示。

式中：a代表预留沉降值。由公式（3）进一步推导公式（5）。

式中：S为建筑物设计沉降量，a'为建筑物回归精确率；b为建筑物宽度。以此来验证设计的加固方法的性能。

3 方法性能测试

为了对加固后施工效果进行验证，对该文技术及传统技术后测量精度，得到结果如图3所示。

从图3的曲线变化试验结果可以看出，该文所设计的建筑桩基础静压桩施工不均匀沉降加固技术在精度的测试计算所占比例大于传统方法测试计算的比例。数据表明，该文设计的建筑加固方法在实际的操作应用过程中能够保障建筑施工获得更精准的安全性能模拟操作。传统施工的不均匀沉降加固技术，在对比下数据比建筑桩基础静压桩施工不均匀沉降加固技术低。新的加固方法可以提升一倍的精确度。综上所述，该文设计的建筑桩基础静压桩施工不均匀沉降加固技术在精度的测试计算中表现更好，对安全建筑操作施工的帮助更大。

4 结语

因施工不均匀造成建筑物的沉降是一个非常复杂的问题，涉及影响因素很多，该文通过理论分析和数值模拟等手段，结合工程数据，对建筑桩基础静压桩施工的不均匀沉降进行研究。因学术水平有限，目前的成果仍存在不足，希望在今后的工作中对不均匀沉降问题做进一步的研究，为沉降后的加固技术的应用分析提供更详尽的依据，并综合考虑各影响因素产生的影响，辅助建筑基础能够更安全地进行施工作业的操作，减少因施工不均匀沉降带来的损失。