锚杆静压钢管技术在软土地基加固中应用

张辰田

（雄安新区规划建设局，河北 保定 071703）

0 引言

当前大量工程需要在软土地区实施，这也对建设工程各环节提出了越来越高的要求。倘若勘察设计不到位、监管工作的不细心、施工质量的不过关等一系列问题出现，就会导致建筑物在使用过程中出现地基下沉、上部结构开裂、整体倾斜等现象，工程事故时有发生且形式复杂多变，对人们的生命财产安全构成了严重威胁。如果不及时采取合适的技术手段加固和纠偏原建筑，将会使建筑物整体埋下倾覆的严重隐患。因此加强对软基加固技术研究具有重要意义。当前关于软基加固技术研究，具有代表性研究较多：邓勇华[1]重点对公路工程软土地基特点与常用的几种软基处理方法进行对比分析，如深层水泥搅拌法、强夯法、排水固结法。曹永华，李卫，刘天韵[2]共同研究用平板泡沫搭设的浮桥，提供了一个稳定性可以满足使用要求的作业面，实现了超软土上的材料倒运。结合浮桥搭设的隔水挡埝，实现了大面积超软土的分区加固。通过泥面铺设编织布和无纺布，实现了超软泥面打设排水板。最后给出了典型工程应用。贾钰仁[3]研究表明：通过合理选取CFG 桩设计参数，并对其施工质量进行严格的控制，CFG 桩基加固技术有效改善了软土地基的强度与稳定性，减少了软土地基在后续施工与运营过程中的沉降，确保了铁路路基沉降满足设计要求，从而提高了铁路的运行舒适性与安全性。关于房屋建筑软基加固技术研究，黄涛[4]研究认为高层住宅建筑施工对于软土地承载力的要求较高，他仅研究了对软土地基进行预加固，研究结果表明预加固能够提高建筑工程的施工质量，符合实际建筑工程的施工要求。周海鹏[5]分析了国内房屋建设工程中软土地基施工现状和施工处理特点，并对软土地基相关处理技术进行阐述，最后就软土地基处理的管理要求进行强调，对于提高房屋建设工程中软土地基处理具有一定的借鉴意义。但将锚杆静压钢管技术应用软土地基加固研究并不是很多，笔者发现只有张继文[6]以含缺陷桩的原群桩基础为加固对象，研究锚杆静压加固桩参数对加固效果的影响，最后通过分析钢管桩长期持荷试验结果，得到了软土蠕变对于桩基长期沉降的影响。而将锚杆静压钢管技术应用于房屋、住宅等的软土地基加固研究更是罕见。由于锚杆静压钢管技术具有施工过程不会发生噪音，没有震动，没有油烟，环保性较高，而且一天24 小时施工，不受季节性约束，且移位灵活，加固机理直观可靠，对周围建筑影响小，经济效益高，是软土地基加固中一种非常理想的加固技术，适合在城市建筑工程项目中应用，由此本文将以我国南方某小区高层住宅为例，探讨锚杆静压钢管技术在软基加固中应用。

1 基本概念简述

锚杆静压钢管技术：就是一种建筑施工过程中的加固技术。在建筑施工中，以建筑物的重量作为反作用力，运用事先准备好的施工设备，如抗拔锚杆，压桩架和千斤顶，把钢管运用施工设备分段分批地压入施工区域的土体中，增大压桩的压力，使其达到原始设计需求的两倍。完成之后再在桩孔内插入锚固钢筋，并灌入混凝土封桩。在我国的建筑业中已经使用多年，反响很好，锚杆静压桩在建筑施工中，被用于地基加固、托换、纠偏等方面，具备很多优势，应用范围也很广泛[7]。

2 工程概况

本论文以南方某小区高层住宅为例，阐述锚杆静压钢管技术在软土地基加固中的应用[2]。地址位于海南省某市的一个靠近海边的地方。小区内共有27 栋11 层高层住宅及1～2F 配套用房，该小区住宅的基础形式为承台桩基础，没有地下室结构。这个小区的高层建筑都存在一定范围的沉降。论文选取其中的一栋楼房作为研究对象，展开分析探讨，这栋楼为11 层框架-剪力墙结构，建筑高度是31.9m。建筑总面积是5 460m2。基础采用桩基础，桩采用预应力离心混凝土空心方桩。这栋建筑物的四周都是大片的水域。距离北侧大约300m 的地方是一条河流，距离南侧0.5km 的地方，是为了美化小区而建造的人工湖。距离该建筑小区1.4km 的地方则是浩瀚无际的大海。该建筑小区所在地的地下土层成分主要为填土和淤泥质土。它的土层特征分布如图1 所示。

图1 某建筑小区地下土层分布特征示意图

第①层是杂填土，厚度0.7～3.7m。第②层淤泥质粉质粘土，厚度1～5m。该土层的特点是流塑，压缩性，很大很高，其中掺杂有黑色有机质条带，局部有软塑状粉质黏土，土质颗粒大小不等，均匀性差。第③I 层是粉质黏土夹粉土，这一土层的分布特点是比较均匀，厚度大约在6～7m 之间。土质软塑，状态为厚层，内部掺杂有很多粉土团块，它的部分区域主要的土质结构是粉土，呈现的层次为，由稍密过渡到中密状，土质特点：土质颗粒参差不齐，均匀性差。③II 层土质主要是粉土，特点是由稍密过渡到中密，土质较湿，表现形式为厚层状，土质中掺杂有一些贝壳碎片，压缩性低，土质不够均匀。这一层局部分布，是第③⑴层的夹层，第③⑵层是粉土，土质特征分布规律为由稍密过渡到中密，粉土层中掺杂有一些贝壳碎片，压缩性偏低，其中还有一黏性土薄层，土质颗粒大小不等，不够均匀。第③III 层为粉质黏土夹粉土，厚度4～5m。软塑，中等压缩性。掺杂有很多粉土团块，部分区域以粉土为主，分布状态为稍密-中密状，土质颗粒大小不等。第③IV层粉质黏土掺杂着粉土，这一层的厚度为5～6m。软塑，厚层状，中等压缩性，掺杂有很多粉土团块，部分区域的土质主要是粉土，分布的状态呈稍密-中密状，土质颗粒大小不等。第③IV ⑴层是粉土，组织的密度为中度，湿度很大，厚层状，其中掺杂有一些贝类碎片，导致该土层的压缩性很低，土质颗粒也大小不等，均匀性差。第④层的土质主要成分是淤泥质黏土，流塑，压缩性很大，其中还含有一粉土薄层，土质颗粒大小不等，均匀性差，部分区域含有软塑状粉质黏土。这一层的层底埋深通常情况下为33～41.6m，层厚7.7～15.9m。第⑤1层土质的主要成分为粉质黏土夹粉土，厚度为5～10.5m，软塑，厚层状，压缩性居中，其中掺杂着很多粉土团块，部分区域为粉土，土质均匀性一般。⑤11 层土质为粉土，密度居中。湿度很大，厚层状，其中掺杂着一些贝壳碎片，中等偏低压缩性，其中掺杂一黏性土薄层，土质均匀性差。⑤I 层为夹层。⑤II 层的土质是粉质黏土夹粉土，土层的厚度为1.5～5.7m，软塑，厚层状，中等压缩性，土层中掺杂着很多粉土团块，部分区域的土质是以粉土为主，呈中密状，土质颗粒大小不等，均匀性一般。⑤III 层土质为粉土，厚度在2.0～5.0m，中密，其中掺杂着一些贝壳碎片。土质的压缩性很低，掺杂着黏性土薄层，土质颗粒大小不一，均匀性一般。这一层的土质特别好。部分区域缺失，是⑤II 层的夹层[8]。

3 沉降分析

这个小区的高层住宅在施工建设的时候，施工单位就邀请相关的测量单位对整个住宅楼的建筑主体展开了详细的观测。该栋建筑物设置了8 个观测点。分别是建筑物的4 个角和中间的混凝土结构的墙体部分。具体的观测点的平面设置如图2 所示。

图2 建筑物监测点平面示意图

这个高层住宅的具体情况如下，长40.2m，宽12.32m。竣工于2019 年3 月。整栋住宅小区的累计沉降量大约150mm。可以测得它的沉降速率大约为1.5mm/d，本次观测发现，整栋小区发生沉降较为均衡，整栋建筑并没有出现倾斜现象。经过分析认为，因为该小区住宅在施工建设的时候运用的是桩基基础，那么它的沉降量有些过大，经过研究探讨得出的结论有以下几个方面：第一，施工建筑区的地下土层中存在着大量的淤泥质土，而且土层的含水量非常大，压缩性也非常大，这样就使得泥土的承载力太小，会导致地面上的建筑物出现沉降现象，甚至会出现倾斜变形等。第二，测量单位在观测过程中对该建筑也有了很多了解。这栋高层住宅在施工前期的图纸设计中，桩长原本设定为40m，后来在具体的施工过程中，因为受一些自然条件和人为因素的制约，桩长进行了调整，减少到25m 左右，持力层的承载力被人为减小。在该建筑的地下土层中存在粉质黏土夹粉土，压缩性较弱，这样的情况就制约了他的基础承载力不能够达到设计的要求标准。第三，小区的高层住宅对地下土层结构在现有建筑桩基础持力层的下面存在一层淤泥质黏土，压缩性很高，土层的厚度大概为7.7～15.9m。这一层土受到附加应力的影响，出现沉降现象，发生变形。这样就使得整个高层小区住宅基础下降，各方面的专家根据实际的数据和相关情况，决定采用锚杆静压桩加固措施，使桩长达到设计的持力层。

4 地基加固方案设计

小区的高层住宅建筑的沉降和倾斜都是均衡的，这种情况下，采用锚杆静压桩加固[3],就能够很有效控制该住宅小区的高层建筑的沉降，静压锚杆桩采用钢管桩，规格为直径（d）是377mm，钢管的壁厚（h）为10mm 质Q360b，压桩工序施工操作结束后，在桩内灌注C20 细石混凝土，桩长超过46m,桩身插入⑤II 层粉土必须大于1m。单桩承载力特征值为1 000kN，压桩力要大于2 000 kN,参考该住宅小区的重量，安插了40 根锚杆桩，静压桩采用双控。如果在加固过程中需要停下的时候，钢管桩的一端安插于软土层中，停压的时长不能大于1d。钢管桩的尖端必须符合设计要求的深度，在压桩施工操作过程中，如果压桩力大于设计单桩承载力1.5 倍，时长大于5min 的时候要停止压桩，接桩施工工艺如图2。具体的操作过程中要注意以下几项：第一，承台需进行水磨钻配合人工风镐开孔，出现孔顶窄、孔底宽的梯形孔，要求标准为上口边长L＜450mm，下口边长L＜550mm，在施工过程中，一定要注意保护好承台，不让它因施工造成损伤。第二，压桩架必须维系垂直状态，锚固螺栓需要随时随地拧紧松动的螺母；第三，施工操作过程中，就位的桩节需维系竖直状态，这样才可以让千斤顶、桩节及压桩孔轴线重台，压桩要垫上钢板或者是桩垫，安装好钢桩帽之后才可以开展压桩工作。

图3 静压锚杆桩接桩施工工艺

5 地基加固

按照该小区高层住宅沉降监测报告数据，第1 步要对沉降面积比较大的地方开展压桩施工，由于在小区高层住宅的底部设置了预应力方桩，而且这个高层住宅的外墙已经装饰完毕，建筑的承台基础面积很小，这就给设置锚杆桩带来了难度。尤其是一些很窄小的区域，如楼梯间，电梯井筒等必须先调整好位置或者加大基础承台的面积才可以展开施工[5]。在具体的施工建筑过程中，容易出现以下问题：第一，外墙的影响，由于该小区的建筑外墙外部承台面积很小，无法进行施工操作，可把外部锚杆桩设置到室内，为了达到施工效果，必须让其和设计中原有的室内桩对称布置，如BX6 轴、BX10 轴、BX20 轴及BX24 轴承台。第二，由于电梯已经安装完毕，电梯井筒内部桩的安装就没有空间可以进行操作，所以为了施工安装。需要把电梯井筒内设计中原有的BX8 轴、BX22 轴的外侧承台做进一步的深加工，把其面积加大，高度加高，达到标准后，浇筑早强灌浆料，待其成型稳固后，再展开施工操作。第三，由于高层住宅的楼梯间第一阶梯段影响，不能开展压桩操作，承台基础桩位间距太小，不能移桩，通过与建筑单位进行沟通，刨掉第一阶梯进行压桩施工，之后再重新浇筑第一阶梯。第四，因为原来的施工单位偷工减料，导致承台混凝土的浇筑质量特别差。进行锚杆桩施工的时候，由于压桩力超过了承台的承载力范围，而导致承台出现开裂、破损等现象。原高层住宅的承台不能够进行锚杆施工[9]，所以，需要先把破损承台重新加高，由原承台800mm 增至1 200mm。第五，按照专家提出的建议，补桩后的承台抗冲切能力降低，为了解决这一难题，可以把原承台由800mm 增加至1 000mm。

6 加固效果分析

在压桩施工的时候，建筑物的沉降幅度越来越大。压桩施工自2021 年2 月10 日开始，到5 月15 日结束，在将近一百天的时间内，建筑物的沉降幅度是108.7mm。根据具体的施工情况和相关的数据进行研究，可以找到沉降的主要原因，是向压桩带来的附加沉降[7]。压桩施工过程中，桩端的阻力与桩侧的摩擦力使土体下降。压桩施工中，桩周围土体强度降低，导致原地基的平均压缩模量下降，因为受到荷载的影响，出现变形。为了解决这一问题，在2021 年3 月7 日，施工单位进行了预应力封桩，到了2021 年10 月15 日，再一次对建筑物沉降情况进行观测，各监测点的沉降速率为0.31mm/d。沉降幅度越来越小，到了2021 年年底的时候，该高层住宅沉降率就下降到0.08 mm/d。按照《建筑物沉降观测办法》（DGJ32/J 18-2006）规定，该高层住宅小区达到竣工标准[10]。

7 结论

通过论述南方某小区高层住宅采用锚杆静压桩技术对软土地基进行加固，根据观测到的相关数据，可以充分认定它在建设施工中的可行性。只要慎重设计、慎重施工，掌握好施工步骤，处理好新老基础的承载力和上部结构的整体刚度，可以大大地降低土建造价，缩短施工周期。取得了较好的经济效率与社会效率，在旧城改造过程中能够广泛应用。