微型钢管桩在建筑地基加固处理中的应用探索

摘"要：微型钢管桩是一种在建筑地基加固处理中常用的桩型，相较于其他的地基加固方法，其具有强度高、造价低、施工快、影响小的优点。本文以一栋主体施工完成的建筑采用微型钢管桩工艺进行地基加固处理的过程为例，旨在探索该工艺在此类地基加固案例中的设计和施工要点，对其应用进行探索。本文对建筑沉降量不均匀问题进行了原因分析、加固方案比选、设计要点分析、施工要点分析，并对微型钢管桩施工过程中的问题进行了探讨。

关键词：微型钢管桩；加固；单桩竖向承载力；复合地基承载力

近20年以来，我国城镇化的进程不断加快，建设规模不断加大，高层建筑成为住宅类建筑的主流。在工程中，高层建筑地基不均匀沉降的问题比较普遍，对这类问题，一般采取地基加固处理。

1"微型钢管桩概述

目前地基加固的方法中常采用压桩法，采用的桩型有锚杆静压桩、树根桩以及微型钢管桩。微型钢管桩是一种直径小于300mm的钢桩，相对于其他的桩型，微型钢管桩有以下优点。

（1）强度高，抗弯能力大，能承受较大的水平力。钢桩的力学强度性能优于混凝土桩，抗压标准值和抗拉标准值接近，有良好的抗弯性能以及抗剪性能。

（2）制造和施工方便。钢材具有良好的加工性能，可加工成方形、矩形等截面，桩尖的加工也简单可控。施工时采用小型钻孔机钻孔后再送桩，施工方便。

（3）接桩简便，质量可靠。钢桩接头构造简单，可直接对焊或套管焊接，施工时方便快捷。钢桩质量轻，运输起吊均安全方便，成本可控。

在建筑地基加固处理中，微型钢管桩与土体共同作用，形成由桩间土和钢管桩桩体组成的复合地基，以提高地基的承载力，防止建筑的进一步沉降和倾斜。这种方法是在微型桩和钢管桩技术的基础上发展起来的一种新的加固方法。微型钢管桩适用于淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、碎（砾）石土以及人工填土等地基处理。常用于地基加固、山体抗滑、边坡加固等，具有强度高、造价低、施工快、影响小的特点。

本文依托工程案例，介绍在某项目中使用微型钢管桩进行地基加固处理时在设计、施工方面的一些探索经验。

2"加固处理中的应用探索

2.1"项目工程基本情况

本工程为一栋18层的住宅楼，局部有1层地下室。楼层东西方向长度约为30m，南北方向宽度约为12m，标准层建筑面积295.21m2，总建筑面积5971m2。该住宅楼为钢筋混凝土结构，结构形式为框架剪力墙结构，抗震设防烈度6度，框架抗震等级四级，剪力墙抗震等级三级。土层分布情况由上至下分别为：人工填土①层，欠固结土，具有高压缩性，平均2.43m；粉质黏土②层，中等压缩性土，平均厚度为3.11m；细砂③层，强度低，属高压缩性土，平均厚度为3.44m；卵石④层，中等偏低压缩性，平均厚度为6.92m；灰岩⑤层微风化，揭露最大层厚为11.70m。原设计中地基采用CFG桩进行加固处理，CFG桩直径500mm，采用正方形布置，桩间距1.6m，桩长约6～13m，单桩承载力特征值512kN，复合地基承载力特征值350kPa。主楼采用筏板基础，筏板厚度为1.2m，根据建筑功能的需求，筏板在南北方向有高差。筏板高差示意图如图1所示。

本工程主体施工完成后，根据测量数据显示，楼栋南侧沉降观测点的平均沉降量为3.68mm，北侧沉降观测点的沉降量为9.43mm，楼栋出现沉降不均匀的问题，且此时楼栋尚未交付使用，荷载尚未施加完成。根据连续沉降观测的结果判断，楼栋南侧沉降变化不大，但北侧沉降有继续扩大的趋势。

2.2"建筑沉降原因分析

北侧沉降有继续扩大的趋势这一现象引起了建设单位的高度重视，立即组织勘察单位、设计单位、施工单位、监理单位以及检测单位共同商讨、分析原因。经过相关参建方的分析讨论，该项目沉降不均匀的可能原因有两点：一是筏板高差处石粉回填土施工质量不达标;二是地基处理施工质量验收环节管理不到位。

（1）筏板高差处石粉回填土施工质量不达标。本工程北侧的基础底面比南侧的基础地面高出约2m，筏板基础采用变标高设计。这种变标高筏板基础正确的施工方式应为CFG桩桩顶标高跟随筏板标高变化，以确保基础传力的直接和稳定。但施工方因为进度要求，施工时将北侧CFG桩桩顶降低至与南侧齐平，待CFG桩全部施工完毕后，再用石粉（回填材料）将北侧区域回填至基底设计标高。经调查回填施工记录得知，施工方进行回填作业时，未按照“分层铺摊，分层压实”的要求进行施工作业，导致2m厚的石粉回填土压实度不达标。

（2）地基处理施工质量验收环节管理不到位。根据检测公司提供的《工程质量检测报告》，本工程检测了三根CFG桩的承载力，检测方法为静载试验，结果显示三根桩的承载力均不满足设计要求，检测结果如表1所示。复合地基承载力检测结果显示，三个测点的复合地基承载力检测结果中有一处未达到设计要求，复合地基承载力检测结果如表2所示。

在CFG桩承载力检测环节中，检测报告明确指出CFG桩承载力未达到设计要求，但是设计、监理单位未进行补桩处理。复合地基静载荷试验结果显示2#检测点未达到设计要求的情况，虽然后续扩大检测的结果满足，但此问题仍然未引起设计、监理单位的充分重视，错过了弥补地基承载力不足的最好时机。

2.3"建筑加固方案比选

根据参建各方的商讨，最终决定对本工程进行地基加固处理。对于本工程出现的沉降不均匀的问题，有两种常用的地基加固方式，一种是采用锚杆静压桩，一种是采用微型钢管桩。

锚杆静压桩即利用建筑自重作为反力，用千斤顶将桩段从基础底压入持力层，通过桩周土和桩端土提供承载力。锚杆静压桩需要先在基础内植筋，通过钢筋与原有基础连接，以提供压桩时的平衡力。此种加固方式需要先安装好反力架，并将反力架与原有基础通过植筋连接，施工工期较长。由于楼栋沉降的持续发展以及项目工期的要求，锚杆静压桩不适用于该项目。

微型钢管桩通过小型钻孔机先引孔，再将微型钢管桩压入土层中，然后进行化学注浆，保证桩体与土体的有效融合，形成复合地基提高地基承载力。此种方式施工简便、可在狭小的空间内进行作业，微型钢管桩对土层的穿透性好、工期短、质量可控。

经过方案比选，参建各方最终确定使用微型钢管桩对原有地基进行加固处理。

2.4"加固设计要点

微型钢管桩复合地基其本质是通过桩的作用对原有地基承载力进行增强，以达到加固的目的，其竖向单桩承载力的计算和复合地基承载力的计算均遵循《建筑桩基技术规范》以及《建筑地基处理技术规范》的相关规定。对于本工程中的微型钢管桩，在进行单桩竖向承载力计算时应注意考虑新近石粉回填土的负摩阻力影响，在进行复合地基计算时，可考虑原有CFG桩对地基土承载力的提高作用。

单桩竖向承载力计算。根据《建筑桩基技术规范》的规定，钢管桩的单桩竖向极限承载力标准值按下列公式计算：

设计选用的微型钢管桩桩径160mm，其周长为502mm，截面面积为20096mm2。根据本工程地质勘察报告，微型钢管桩施工区域的土层厚度分别为：石粉填土层2m，细砂③层5m，卵石④层6m，进入较完整灰岩⑤2层1m，预计桩长14m左右。微型钢管桩穿越的土层的极限侧阻力标准值分别为：石粉填土层-20kPa，细砂③层15kPa，卵石④层120kPa，进入较完整灰岩⑤2层230kPa，持力层较完整灰岩⑤2层极限端阻力标准值10000kPa。单桩承载力特征值的安全系数K=2。本工程微型钢管桩单桩竖向承载力特征值计算结果如表3所示。需要注意的是，在微型钢管桩单桩竖向承载力计算过程中石粉填土层由于是新近填土，应考虑其负摩阻力的作用，计算时其中性点以上的桩长取1m。最终微型钢管桩的单桩竖向承载力应通过试桩结果确定。

复合地基承载力计算。根据《建筑地基处理技术规范》的规定，复合地基承载力计算公式如下：

FSPK=λMRA/AP+β（1-M）FSK

设计选用的微型钢管桩间距为1600mm，梅花形布置，由此可计算得面积置换率为0.009，根据地质勘察报告，FSK取80kPa，λ取0.9，β取0.9，则微型钢管桩复合地基承载力FSPK=215kPa。按检测报告提供的CFG桩最低的极限承载力值为539kN，其特征值为269kN，CFG桩复合地基承载力FSPK=161kPa。采用微型钢管桩进行地基加固处理后，微型钢管桩和CFG桩两者共同对原有地基承载力有提高作用，最终的复合地基承载力应为两种复合地基承载力之和，即215+161=376kPa。根据计算表明，经过微型钢管桩加固处理后的复合地基承载力达到设计要求。

2.5"加固施工要点

（1）试桩。根据《建筑桩基技术规范》的要求，本工程拟选取工程总桩数1%且不少于3根桩用于试桩，选取的桩不应是工程桩。本工程共计88根钢管微型桩，经设计、监理与建设单位共同商定，本工程选取3根桩进行试桩。

根据表4试桩的结果，3根微型钢管桩的单桩竖向极限承载力实测值均大于设计要求。

（2）成孔。微型钢管桩成孔质量应控制放线定位质量以及桩孔垂直度。首先，应对每个桩位进行放线定位，依据施工图纸精准进行放线作业，放线完成复核无误后方可进行下一步的钻孔作业。其次，钻机钻孔时应注意控制钻机钻头的垂直度，钻头的垂直度直接决定了钻孔的垂直度，而垂直度偏差是微型钢管桩质量验收的主控项目之一，开始钻孔时应采用经纬仪复核钻头的垂直度。

（3）送桩。微型钢管桩送桩质量应控制桩身质量以及桩身垂直度。首先，应检验微型钢管桩的桩身质量，桩径不足、桩身弯曲或破损的微型钢管桩属于不合格产品，应做退场处理，不得用于工程项目中。其次，送桩过程中应注意控制桩身的垂直度，在施工孔位旁应设置两台经纬仪，使用经纬仪来检测地面与桩身的垂直度，确保桩身垂直度数据的准确。两台经纬仪与桩身成90度设置，以控制桩身两个方向的垂直度。送桩前期应慢速均匀，如发现垂直度偏差，应立即停机校正，当桩入土深度达到2m以上时，严禁采用通过机身扳回纠偏的方法，必要时应拔出钢管桩，重新校正后再送桩。接桩时应先检测钢管桩的垂直度，上下两根桩身的中心线应一致并保持垂直，避免上下桩不垂直导致的垂直误差在送桩过程中不断累计的问题。

（4）注浆。微型钢管桩注浆质量应控制孔内注浆质量以及孔外注浆质量。注浆质量控制首先应检验注浆材料是否满足设计要求，本工程孔内注浆采用C30细石混凝土，孔外（桩身与土体之间）采用化学灌浆料。孔内灌浆管与微型钢管桩桩身一同送入桩孔中，送桩完毕后，通过注浆管将C30细石混凝土送入桩身内。注浆时应缓慢稳定地提升注浆管，保证细石混凝土填充密实。孔外注浆应保持适当压力，保证桩土形成整体，共同作用。

2.6"加固实际效果

本工程在微型钢管桩的施工过程中，也出现了一些问题。在钻孔完成将近1/3时，出现了楼栋沉降加大的趋势，经参建各方商讨分析，楼栋沉降加大的原因极有可能是钻机钻孔对石粉回填层的扰动，破坏了原有的土力平衡条件。对此，参建各方决定暂停钻孔施工，对已成孔的桩位进行送桩和注浆处理，同时在后续的施工中，采用“边成孔，边成桩”的施工方案，以降低施工对石粉回填层的扰动影响。改变施工方案后，经观测未再出现沉降急速加大的情况。

本项目的地基加固处理施工作业完成后，检测单位对该楼栋的沉降量进行了持续观测，观测结果表明，该楼栋沉降持续扩大的趋势已停止，楼栋沉降趋于稳定，楼栋的整体沉降量和沉降差符合规范要求。微型钢管桩地基加固工艺在该项目中取得了良好效果。楼栋的沉降观测数据见表5，表5中1#2#3#点位于楼栋南侧，4#5#6#点位于楼栋北侧。

3"结论

本文通过某工程案例对微型钢管桩在建筑地基加固处理中的应用进行了分析和探索，对沉降量不均匀问题进行了原因分析、加固方案比选、设计要点分析、施工要点分析，并对微型钢管桩施工过程中的问题进行了探讨。微型钢管桩质量可靠、成本可控、施工简便，是一种科学可行的地基加固方式，只要在加固设计和施工环节认真严谨、科学施工，就会达到良好的加固效果。

我国的建筑行业经过了数十年的高速发展，目前建筑也正在由高速发展向高质量发展转型，工程建设的相关各方应秉持科学严谨、实事求是的工作态度，认真地完成每一个项目。

参考文献：

［1］建筑地基基础规范：GB500072011［S］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［2］建筑桩基技术规范：JGJ942008［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［3］建筑地基处理技术规范：JGJ942012［S］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

［4］王德华.微型钢管桩托换在浅层掏土纠偏中的应用研究［D］.重庆：重庆大学，2007.

［5］姚智全.微型钢管桩不同施工工艺在既有建筑物地基加固工程中的应用与比较［J］.建筑科学，2021，37（7）：9499.

［6］吕向向.微型钢管桩托换加固某建筑物桩筏基础的应用研究［D］.兰州：兰州理工大学，2022.

［7］郭奋恩.微型钢管桩在既有建筑基础加固中的应用［J］.技术园地，2010，28（8）：6371.

基金项目：广西建设职业技术学院2022年校级在线精品课程［建筑识图与房屋构造（下）］

作者简介：陈冬（1983—"），男，汉族，广西桂林人，学士，高级职称，研究方向：建筑工程技术、建设工程监理。