錨桿靜壓樁加固法是將錨桿和靜力壓樁結(jié)合起來而形成的一種施工方法。即先在建筑物開鑿壓樁孔和錨桿孔，用結(jié)構(gòu)膠種植錨桿，然后安裝反力架，利用建筑物基礎(chǔ)提供的反力，用千斤頂將鋼樁或預(yù)制樁逐段壓入土中。當(dāng)壓樁力、壓入深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，將樁與基礎(chǔ)連結(jié)在一起，用以承擔(dān)一部分上部結(jié)構(gòu)荷載，達(dá)到提高地基承載力和控制建筑物沉降的目的。
錨桿靜壓樁多用于粉土、粘土、人工填土、淤泥質(zhì)土等地基土的新建（采用逆作法施工）或已建多層建筑物、中小型構(gòu)筑物的地基加固、糾偏工程中。錨桿靜壓樁與其它基礎(chǔ)加固糾偏技術(shù)相比又具有施工時(shí)無振動(dòng)、無噪音、設(shè)備簡單、操作方便、移動(dòng)靈活、施工所需空間小的特點(diǎn)。成為一種即方便、合理、又經(jīng)濟(jì)、有效的加固方法。我們充分利用其特點(diǎn)，將其應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)倉庫的加固中，整個(gè)施工過程歷時(shí)3個(gè)月，最終恢復(fù)正常使用功能。
某港口鋼結(jié)構(gòu)倉庫，由于堆載過大，地基產(chǎn)生較大沉降變形，造成建筑物出現(xiàn)不均勻沉降而產(chǎn)生傾斜。此鋼結(jié)構(gòu)倉庫為單層，長168m，寬60m，占地面積10080㎡，高8.5m，跨度為30m，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，中柱基礎(chǔ)尺寸為4m×4m，間距16m，兩排邊柱基礎(chǔ)尺寸為3.2m×2.5m，間距8m。地基土為軟弱地基土，設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯地基處理。
該倉庫于2007年年底建成，2008年初開始投入使用，堆貨三個(gè)多月后發(fā)現(xiàn)倉庫東側(cè)南部墻體出現(xiàn)大小兩道裂縫，北側(cè)西部墻體出現(xiàn)一道倒“八”字形裂縫，北側(cè)墻體內(nèi)側(cè)1.0m左右處混凝土地面產(chǎn)生一條從東到西的通長裂縫，裂縫最大寬度達(dá)10mm，經(jīng)測量柱基的最大沉降量為480mm，最小沉降量為120mm，上部結(jié)構(gòu)的最大傾斜值達(dá)42mm?；A(chǔ)產(chǎn)生的不均勻沉降造成建筑物整體向南傾斜。沉降不穩(wěn)定，差異沉降還在繼續(xù)加大，沉降已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范規(guī)定的地基沉降變形的允許值20mm。
根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告分析，該場地淺部分布的31灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（-5.0～-14.0m），具有高含水量、高壓縮性、中靈敏度軟土的特性，工程地質(zhì)性質(zhì)差，屬不良地基土層。該場地地基土層及其物理參數(shù)描述如下表1：
根據(jù)現(xiàn)場情況結(jié)合沉降、傾斜觀測數(shù)據(jù)、工程勘察資料、基礎(chǔ)圖、強(qiáng)夯地基檢測試驗(yàn)報(bào)告等進(jìn)行分析和研究認(rèn)為，造成此鋼結(jié)構(gòu)倉庫產(chǎn)生較大不均勻沉降和傾斜變形的原因?yàn)椋?/div>
1、實(shí)際堆載遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)堆載。設(shè)計(jì)地基按4t/m2的堆載進(jìn)行強(qiáng)夯處理，檢測報(bào)告顯示經(jīng)強(qiáng)夯處理后的地基滿足設(shè)計(jì)承載力要求。投產(chǎn)使用中由于局部實(shí)際堆載達(dá)到設(shè)計(jì)堆載的1倍，造成局部地基承擔(dān)的實(shí)際荷載比設(shè)計(jì)的荷載增加2倍，加快了具有高壓縮性軟弱地基土的固結(jié)速率，促使地基在短期內(nèi)產(chǎn)生較大的不均勻沉降。堆積荷載過大，是造成較大不均勻沉降及變形的最主要因素。
2、現(xiàn)場堆載速率過快。倉庫內(nèi)較大的實(shí)際堆積荷載是在短期內(nèi)連續(xù)完成加載的。相對于高壓縮性土體較長的固結(jié)時(shí)間而言，實(shí)際堆積荷載可近似看作為一次加載；相對于設(shè)計(jì)荷載而言，局部實(shí)際荷載又為設(shè)計(jì)荷載的2倍，因而加速了局部土體的固結(jié)沉降，使地基在短期內(nèi)產(chǎn)生較大沉降變形，從而引起鋼結(jié)構(gòu)的傾斜及變形。
3、基礎(chǔ)整體剛度差。該倉庫采取鋼筋混凝土柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，由沉降觀測數(shù)據(jù)顯示，中柱基礎(chǔ)沉降偏大，因中柱的柱基之間沒有相應(yīng)的條基與地基圈梁連系，加之較大的實(shí)際堆載，使基礎(chǔ)的整體剛度變差，缺乏調(diào)整基礎(chǔ)不均勻沉降的能力。
四、加固方案的選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
1、加固方案的選擇
基礎(chǔ)加固是一種被動(dòng)的工程補(bǔ)救措施，目標(biāo)往往正在運(yùn)行中，受場地及客觀條件的限制，可供選擇的方案很少，而對此鋼結(jié)構(gòu)倉庫而言，倉庫內(nèi)80%地方已堆上荷載，并且倉庫每天都處于施工使用中，因而方案的選擇應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：一是應(yīng)盡量減少對地基土體的擾動(dòng)；二是應(yīng)嚴(yán)格控制施工產(chǎn)生的附加沉降，使對上部結(jié)構(gòu)的影響降到最低程度。經(jīng)過幾個(gè)方案對比，最終采用錨桿靜壓樁技術(shù)對此鋼結(jié)構(gòu)倉庫進(jìn)行加固。
采用錨桿靜壓樁技術(shù)：一是能明顯減小軟土的施工附加沉降；二是施工過程中無振動(dòng)、無噪音，可在場地和空間狹窄的條件下操作，對基礎(chǔ)周圍的堆貨和倉庫在施工過程中的使用影響不大；三是傳遞過程和受力性能明確，能得到每根樁的實(shí)際承載力，施工質(zhì)量可靠；四是樁壓入后與土體形成復(fù)合地基，使樁-土共同作用，能夠有效地改善軟土地基承載力，從而達(dá)到控制沉降變形的目的。
2、錨桿靜壓樁的設(shè)計(jì)計(jì)算
錨桿靜壓樁是擠土型樁，截面過大勢必導(dǎo)致排土擠土效應(yīng)過大，對周邊樁、建筑物和管線造成擠壓位移；考慮到施工空間和操作方便的要求，樁截面不宜過大、樁段不宜過長，壓樁數(shù)量及長度根據(jù)此鋼結(jié)構(gòu)倉庫基礎(chǔ)類型，上部結(jié)構(gòu)剛度，荷載特性，地基土的物理、力學(xué)性能等確定。鑒于上述因素，并根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，本工程錨桿樁設(shè)計(jì)為摩擦型樁，采用截面為250mm×250mm的鋼筋混凝土預(yù)制方樁，樁段長為2m，主筋為4￠12，箍筋為￠6.5，混凝土強(qiáng)度等級為C30，設(shè)計(jì)樁長為15m，樁壓入持力層(32灰色砂質(zhì)粉土)約1.0m，錨桿采用M24光面直桿墩粗螺栓，錨桿的錨固深度一般取10～12倍螺栓直徑，采用硫磺膠泥作為粘結(jié)劑。
單樁豎向承載力特征值計(jì)算公式：Ra=qpaAp+up∑qsiali
qpa，qsia－－樁端端阻力、樁側(cè)阻力特征值；Ap－－樁底端橫截面面積；
up－－樁身周邊長度；li－－第i層巖土的厚度
錨桿靜壓樁設(shè)計(jì)最終壓樁力按下式計(jì)算：
?。校穑ǎ蹋剑耍?bull;Ｐａ
式中：Ｋｐ壓樁力系數(shù)．在觸變性粘土中，當(dāng)樁長小于２０ｍ時(shí)，Ｋｐ一般取１.５；非觸變性粘土（如填土），Ｋｐ?。?０；
?。蹋瓨蹲罱K入土深度（ｍ）；Ｐａ－－設(shè)計(jì)單樁豎向承載力；
根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的數(shù)據(jù)資料和已有的工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)上述公式計(jì)算后，取最終設(shè)計(jì)壓樁力為420KN。由于邊柱荷載較小，中柱荷載較大，又因加固樁一般采用對稱布置，故本工程采取中柱獨(dú)立基礎(chǔ)下布6根樁，邊柱獨(dú)立基礎(chǔ)下布4根樁的平面布置方案。設(shè)計(jì)壓樁數(shù)共計(jì)248根。中柱基礎(chǔ)平面布置圖與剖面。
五、加固方案的實(shí)施與注意事項(xiàng)
1、錨桿靜壓樁的施工工藝流程：
清除基礎(chǔ)混凝土→樁孔定位放線→樁孔取芯、修孔→鉆取錨固孔→硫磺膠泥埋設(shè)錨桿→錨桿養(yǎng)護(hù)→固定壓樁架和千斤頂→運(yùn)樁、壓樁→硫磺膠泥接樁→壓樁至壓樁力及設(shè)計(jì)深度為止→灌漿料封樁。施工過程中需記錄每節(jié)樁的壓樁時(shí)間、壓樁力及最終壓樁深度。
2、主要施工工藝要求及施工注意事項(xiàng)：
?、俦竟こ滩捎脙商族^桿壓樁設(shè)備同時(shí)工作的方法，嚴(yán)格按照施工圖的樁位平面布置，采取先中柱，后邊柱；中柱承臺中先中間樁，后兩側(cè)樁；同一軸線上兩套設(shè)備同時(shí)從中間向兩側(cè)的施工順序施工。采用以最終壓樁力控制為主、以樁長控制為輔的雙控原則。
?、跇段豢缀湾^桿孔的開鑿，采用混凝土鉆孔取芯機(jī)開孔，用鑿巖機(jī)修孔，開鑿空洞不宜過大，壓樁孔逐個(gè)鑿?fù)旰笾饌€(gè)壓樁。鑿成的壓樁孔應(yīng)上大下小，以利于基礎(chǔ)承臺受沖剪。
?、蹓簶稇?yīng)連續(xù)作業(yè)，中途不宜停歇。錨桿靜壓樁利用壓樁時(shí)的擠土效應(yīng)，在樁周一定范圍內(nèi)出現(xiàn)重塑區(qū)，土的粘結(jié)力被破壞，土中超孔隙水壓力增大，土的抗剪強(qiáng)度降低，使樁側(cè)摩阻力大幅度下降，從而可以利用較小的壓力完成壓樁作業(yè)。否則因中途停歇時(shí)間過長（超過24小時(shí)），土中超孔隙水壓力逐漸消散，土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到恢復(fù)，抗剪強(qiáng)度隨之提高，樁側(cè)摩阻力隨之增大，將會造成壓樁阻力增大，難以繼續(xù)施工。
?、軌簶哆^程中必須是千斤頂與樁段的軸線保持垂直，將樁壓入土中1m左右時(shí)停止壓樁，調(diào)整兩個(gè)方向垂直度，第一節(jié)樁的垂直是樁身質(zhì)量的關(guān)鍵。千斤頂與樁頂間應(yīng)設(shè)置硬木墊塊。
⑤同一承臺下的樁應(yīng)連續(xù)壓入，壓樁速率應(yīng)保持一致，壓力差不宜超過10KN。
⑥接樁一般用硫磺膠泥接樁，當(dāng)下節(jié)樁壓到漏出地面0.2m~0.4m時(shí)，應(yīng)接上節(jié)樁。上下樁相接時(shí)必須使錨固筋與錨固孔重合，套上硫磺膠泥夾箍后，保證夾箍與樁面結(jié)合，接樁要上下樁面充分粘結(jié)對齊，防止樁面錯(cuò)位，澆筑時(shí)間應(yīng)控制在2min以內(nèi)；新澆筑的硫磺膠泥接頭，應(yīng)有一定時(shí)間進(jìn)行冷卻，一般應(yīng)大于7min。
⑦采取有效的措施控制附加沉降。在中柱施工過程中，利用水準(zhǔn)儀對沉降較大的柱基進(jìn)行沉降觀測。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，本工程采取控制壓樁速率控制沉降變形，防止樁周超孔隙水壓力和樁端阻力過大，避免樁周土體強(qiáng)度下降過多以及樁端以下土層產(chǎn)生較大的變形。
?、嗳魳俄斀咏孛?，而樁壓力值未達(dá)到規(guī)定時(shí)，可用送樁器將樁壓入基礎(chǔ)下面。
⑨樁與基礎(chǔ)的錨固即封樁。樁和承臺及混凝土底板能否連接牢固，承載力是否達(dá)到要求，聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)形式是否合理，都是封樁后樁能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵。為保證封樁的質(zhì)量，將樁頭孔壁及樁面鑿毛處理，并將孔內(nèi)雜物清理干凈。本工程采用無收縮自密實(shí)灌漿料封孔，灌漿料的強(qiáng)度等級為C40。在澆注灌漿料時(shí)，樁孔表面應(yīng)潮濕，無積水，以確保孔壁與封樁灌漿料有良好的結(jié)合。
六、加固效果分析
為了檢驗(yàn)錨桿靜壓樁對地基的加固效果，在倉庫東西方向的三條軸線上設(shè)置15個(gè)固定沉降觀測點(diǎn)，其分別位于鋼柱根部。觀測點(diǎn)布置如圖3。之后平均每周觀測一次，連續(xù)觀測三個(gè)月后發(fā)現(xiàn)沉降已基本趨于穩(wěn)定，現(xiàn)將工程竣工驗(yàn)收后及竣工驗(yàn)收三個(gè)月后的沉降觀測數(shù)據(jù)整理。
由以上觀測數(shù)據(jù)分析，經(jīng)過錨桿靜壓樁技術(shù)加固處理后的倉庫基礎(chǔ)，其沉降變形已有效的控制在規(guī)范規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。表2中，沉降較大的中柱承臺加固施工后，其沉降量為10~20mm，加固三個(gè)月后，其沉降量為12~21mm，沉降已基本趨于穩(wěn)定。由相鄰兩測點(diǎn)間的差異沉降形成的相對傾斜值也滿足規(guī)范規(guī)定的允許值要求，該處理方案達(dá)到了預(yù)期效果。取得了較好的經(jīng)濟(jì)效率與社會效率，在已有建筑基礎(chǔ)加固中能夠廣泛應(yīng)用。
七、結(jié)語
（1）本工程實(shí)踐表明，由于錨桿靜壓樁采用了靜壓方式，避免了沖擊應(yīng)力，對樁周土體的隆起及水平擠壓較小，從而降低了對建筑物結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的不良影響，又可以在短期內(nèi)達(dá)到控制沉降變形的目的。
（2）該工藝采用的施工機(jī)具簡單，對施工現(xiàn)場條件要求不高，對于一些地基是經(jīng)過強(qiáng)夯處理后的地基層，且建筑又處于投產(chǎn)使用中，其設(shè)計(jì)壓樁力相對較小，為了保證壓樁的完整率，可先引孔，后壓樁。
（3）錨桿靜壓樁壓完后便實(shí)施封樁，立即分擔(dān)原基礎(chǔ)部分荷載，并把它傳遞到深層較好的持力層中，起到壓力擴(kuò)散作用，從而有效地避免沉降較大部位產(chǎn)生附加沉降。在壓樁施工中由于擠土作用，在樁周一定范圍內(nèi)出現(xiàn)重塑區(qū)，土的粘聚力被破壞，土中超孔隙水壓力增大，土的抗剪強(qiáng)度降低，因此，樁側(cè)摩阻力明顯減少。錨桿靜壓樁即利用此特性，用較小的壓樁力將樁壓至較深的土層中，隨著時(shí)間的推移，超孔隙水壓力也逐漸消散，土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到恢復(fù)，抗剪強(qiáng)度也隨之逐漸提高。
?。?）又好又快的封樁，可促使樁周和樁端下一定范圍內(nèi)的土體建立起預(yù)加壓力。預(yù)加壓力的作用是：一是預(yù)加壓力能與上部荷載平衡；二是建立預(yù)加壓力后，可使基礎(chǔ)有微量回彈，從而減少上部土層基底壓力，將上部荷載通過樁傳遞至下部較好的持力層；三是對倉庫產(chǎn)生的不均勻沉降進(jìn)行調(diào)整。
（5）建筑物的加固過程是建筑物上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)和地基中應(yīng)力和位移的調(diào)整過程，不能急于求成，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)測，以便隨時(shí)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果修改或調(diào)整指導(dǎo)加固的設(shè)計(jì)與方案。
?。?）對已產(chǎn)生較大沉降事故的且基礎(chǔ)為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的建筑，采用錨桿靜壓樁技術(shù)使樁與地基土形成樁-土共同作用的復(fù)合地基的加固方案，能迅速制止沉降和傾斜，且施工過程中不會引起附加沉降，對控制獨(dú)基的沉降變形有顯著效果。
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