软土地区锚杆静压桩施工问题及解决方案

第32卷增刊2岩土工程学报Vol.32Supp.22010年8月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringAug.2010软土地区锚杆静压桩施工问题及解决方案詹金林1，水伟厚1，宋美娜1，石宝锋2（1.上海现代建筑设计集团申元岩土工程有限公司，上海200011；2.大连中远造船工业有限公司，辽宁大连116052）摘要：通过对锚杆静压桩加固工艺及施工情况进行详细总结和对锚杆静压桩的施工的挤土效应、附加沉降产生的原因进行讨论分析，提出6种减小锚杆静压桩施工挤土效应的控制措施以及5种防止锚杆静压桩施工引起的附加沉降的控制措施。以软土区某工业厂房地坪沉降锚杆静压桩加固处理案例为实例，对不同的压桩速率、压桩顺序等工艺进行介绍，对施工过程中地面、立柱的变形进行动态监测，针对施工中出现问题通过优化施工工艺进行解决，有效地减小了挤土效应和附加沉降现象，验证减小挤土效应及附加沉降方法的可靠性。关键词：锚杆静压桩；软土地基；地基处理中图分类号：TU47文献标识码：A文章编号：1000–4548(2010)S2–0566–04作者简介：詹金林(1977–)，男，硕士，工程师，从事基础工程与软基处理研究、设计、检测工作。E-mail:[e-mail]。AttentiontojackedpileconstructioninsoftsoilareaZHANJin-lin1,SHUIWei-hou1,SONGMei-na1,SHIBao-feng2(1.XiandaiArchitecturalDesignGroup,ShenyuanGeotechnicalCo.,Ltd.,Shanghai200040,China;2.DalianCOSCOShipbuildingIndustryCo.,Ltd.,Dalian116052,China)Abstract:Haveafullsummaryaboutthejackedpileonthestrengtheningtechnologyandtheconstructionphase.Haveadiscussionaboutthecauseofsoilcompactioneffectandadditionalsettlementduringtheconstructionphase.Putforwardwith6kindsofmeasurestoreducingsoilcompactioneffectand5kindsofmeasurestopreventadditionalsettlementofjackedpilesduetotheconstruction.Finally,presentthefoundationtreatmentofanindustrialplantfloorreinforcementcasewithjackedpilesasanexample,introducedthedetailofdifferentconstructiontechnologyandprocesses.Combinewithdynamicmonitoringofthedeformationofcolumnandgrounds,optimizingtheconstructiontechnologytosolvetheproblemsintheconstruction,verifytheeffectofreducingsoilcompactionandreducetheadditionalsettlementmeasures.Keywords:anchorjackedpile;softsoil;foundationtreatment0前言锚杆（配载）静压桩是锚杆和静力压桩结合形成的一种桩基施工工艺，它是通过在基础上埋设锚杆固定压桩架，以建(构)筑物所能发挥的自重荷载或施加配载为桩反力，用千斤顶将短桩（预制钢筋混凝土桩或钢桩）逐段从基础中预留或开凿的压桩孔内压入土中，然后将桩与基础连结在一起，从而达到提高地基承载力和控制沉降的目的。锚杆静压桩最早在美国用于托换基础，20世纪80年代由我国冶金建筑研究总院从国外引进研究开发，1983年首次在国内地基加固工程中应用并获得成功[1]。经过20多年的应用发展，国家和众多省市都有了相应的规范和标准，在地基加固处理、托换、纠偏等方面得到充分发展，发挥其轻、便、静、快、省、准、稳的优点，在实际工程中不断得到设计、施工单位的重视。锚杆静压桩具有它本身的优势，但也存在一些实际问题，对于实心桩，其最主要也是危害最大的问题就是挤土效应[2]和附加变形影响[2-4]。根据浙江某纺织厂房地坪沉降的锚杆静压桩设计、施工的工程实例进行论述，介绍锚杆静压桩施工需要注意的问题。1锚杆静压桩的设计锚杆静压桩的设计可参考国家或地方锚杆静压桩规程及相关基础及桩基设计规程或图集。锚杆静压桩设计一般主要考虑竖向受压荷载，当需要承受水平荷载、上拔力和弯矩时要对各项指标进行详细验算。───────收稿日期：2010–04–20增刊2詹金林，等.软土地区锚杆静压桩施工问题及解决方案567锚杆静压桩的竖向抗压承载力可根据公式（1）计算，即apappsiai+R=qAuql∑。(1)式中Ra为单桩竖向承载力特征值（kN）；qpa,qsia为桩端端阻力、桩侧阻力特征值（kPa）；Ap为桩底端横截面积（m2）；up为桩身周边长度（m）；li为第i层岩土的厚度（m）。软土地区锚杆静压桩施工压桩力可根据静力触探资料估算，根据上海市钢筋混凝土锚杆静压桩图集[5]，预估压桩时的最大压桩力。2锚杆静压桩施工锚杆静压桩桩身质量标准应符合现行的国家或地方相关规范及标准。锚杆可采用预先埋设和后成孔，其中预先埋设适用于新建工程，宜采用爪肢锚杆或锚板形式，已建工程宜采用墩粗锚杆、焊箍锚杆、带螺纹锚杆等，黏结剂宜采用环氧砂浆、硫磺胶泥或结构胶黏结剂及LK高强无收缩注浆料。对于已建提供反力不足或结构较单薄无法采用锚杆时，可选用锚杆联合配载或配载提供压桩反力。压桩施工应符合下列规定：（1）压桩架应保持竖直，螺帽应始终保持拧紧状态。（2）吊桩入压桩孔，桩段应垂直，入土定位的垂直偏差不大于0.005倍桩长。（3）压桩应一次到位，如不能一次到位，则桩尖必须停留在软土中，且停留时间应小于24h。（4）压桩时应加强监测，控制压桩速率，同时压桩时压桩机应避免集中于局部施工，防止引起局部基础上抬。（5）压桩时，如桩端未能达到设计标高，可经设计认可后截桩。截桩应避免在悬臂状况下进行，应先固定桩头，然后凿出30～50mm深，切割钢筋，再截断桩身。（6）接桩可采用焊接或硫磺胶泥接桩。焊接应保证焊接质量，焊接完成后焊缝自然冷却不少于2min后再继续沉桩。采用硫磺胶泥接桩时，应注意硫磺胶泥的熬制温度和浇注温度，确保接桩质量满足相关规范要求。3锚杆静压桩防挤土措施由于软土地区锚杆静压桩承载力一般不大，多为实心不排土桩，大量桩体积的压入，桩必须向外排挤与自身体积相等的土体体积，施工的桩数越多、施工速度越快，土侧向挤压力就越大。桩周土体会产生水平和竖向位移，锚杆静压桩一般是对既有建（构）筑物进行压桩施工，一般竖向的位移受到上部荷重的限制。由于超孔隙水压力的升高和饱和软土的不可压缩性，因而加大了水平向位移，所以，压桩对周围建筑物和管线等设施的影响主要是由水平位移造成的，其次才是竖向位移。大量的工程实践证实，在饱和软土地区，压桩会造成桩周土体的扰动及强度的变化，还会产生很高的超孔隙水压力、侧向位移和竖向位移等，造成周围建筑物和管线随之产生较大的水平位移和竖向位移，当不均匀位移达到一定量值时，就会使建筑物、管线等设施受到破坏[2]。另外，由于沉桩时桩周土体产生侧向位移，会使先施工的桩位发生变化，造成桩体倾斜，甚至断裂，严重影响桩基承载力。如当锚杆桩桩端深度超过工程桩时，往往还会由于挤土引起工程桩的上抬，造成结构的不均匀升降；如在边坡及码头施工时，常常会造成桩位向临空面移动，严重时会引起边坡应力释放，很容易引起基坑边坡失稳。因此，有必要在设计和施工中采取尽量减少挤土效应影响的措施，确保工程的顺利进行，根据笔者经验及文献[3～4]，可采用以下方法减少挤土效应。（1）预钻孔法预钻孔就是先在桩位上钻孔取土，钻孔直径和深度宜为桩径的1/2~2/3。大量工程实践表明钻孔取土是减小挤土效应的有效手段，降低压桩区的地面隆起。本方法适用于桩径、桩长、承载力要求不高的锚杆静压桩。（2）排水法软土地区锚杆静压桩挤土效应首先表现在孔隙水压力的增加，由于孔隙水压力的增加，地基土有效应力降低，从而破坏土体结构强度，从而产生位移。如果压桩过程能够加速超孔隙水压力的消散，加强超孔隙水压力监测，便可有效地降低锚杆静压桩的挤土效应。一般根据土体的渗透系数及沉桩深度和范围，设置降水设备，使地下水降至桩长的2/3左右为宜。（3）设置隔离带单桩挤土影响范围半径约为桩径的10~12倍，群桩的挤土影响范围一般约为桩长的1~1.5倍。因此压桩施工前在需要保护的建筑外设置防挤取土孔，防挤孔直径可取200~300mm，深度宜穿透淤泥质土，为防止孔内缩颈，可利用泥浆护壁。也有在防挤孔内填充中粗砂或采用防挤沟、隔离桩等隔离措施。（4）控制压桩速度软土地区压桩过程中所产生的超孔隙水压力消散比较缓慢，多台设备同时施工，压桩过快会造成孔隙水压力骤然上升，因此挤土效应也急剧增大，对邻近建筑物产生影响。因此应控制压桩速率，尽量减小超孔隙水压力的增大，减小施工的挤土效应。568岩土工程学报2010年（5）优化施工工艺大面积压桩时应优化施工工艺，先施工邻近建筑物基础的锚杆桩，再施工其他区域锚杆桩，锚杆桩施工避免局部集中施工场面，实行隔桩跳压措施，可有效加速孔压消散，减小挤土效应。（6）信息化施工加强施工监测，如进行测斜、土压力监测、孔隙水压力监测、沉降监测、邻近建筑物变形监测等，根据监测结果指导现场施工，发现问题及时采取措施，保证施工质量。4附加沉降控制文献[2]指出，所有既有事故建筑工程加固不管采用何种地基处理方法，如树根桩、旋喷桩、压密注浆、锚杆静压桩等，在加固处理过程中都会发生附加沉降，特别是用水泥固化剂进行土体加固，由于水泥需要水化结硬过程，少则一周，多则一个月，故破坏土体结构更为严重，由此产生附加沉降量也会更大。据有关资料介绍，小直径树根桩用于上海某宾馆加层地基加固中，产生了附加沉降约为10cm；旋喷桩用于南京某车间基础加固中，产生附加沉降约为12cm；而压密注浆同样会产生较大的附加沉降。如浙江软土地区某纺织工业厂房室内地坪下陷，严重影响正常使用，曾采用压密注浆进行加固处理，加固后发现注浆区域地坪沉降反而大于未注浆加密区域的沉降。后经笔者采用锚杆静压桩对该厂房地坪进行加固，由于锚杆静压桩加固完没有立刻进行封桩，经过一周后可明显看到地坪下凹，下凹深度约3～6cm，由此可见锚杆静压桩的附加沉降也不可忽略。地基灵敏度越高，地基加固后附加沉降越大。根据文献[2～3]，锚杆静压桩施工过程中产生的附加沉降由三部分组成：桩端阻力及桩侧摩阻力产生的沉降；桩体侧向挤土引起的隆起或由于土体挤密引起的沉降；桩周产生塑性区造成土体强度降低引起的沉降。对于锚杆静压桩的附加沉降有以下几种措施可供处理选择：（1）快速封桩快速封桩能够有效制止沉降，压完桩后选用早强微膨胀混凝土及时封桩，封桩后桩体能够快速提供承载力和减小其沉降。封桩必须将压桩孔内的杂物清理干净，排除积水、清除孔壁和桩面浮浆。快速封桩不适用于桩端持力层过硬的加固项目，曾报道内地某基础锚杆静压桩加固项目，千斤顶油泵一停便会压力急剧增高，最终导致处理失败，封桩过早会造成桩身压坏，因此快速封桩适合桩端持力层硬度不是太大的区域。（2）优化压桩施工顺序，避免局部集中压桩，大面积压桩可采取隔桩跳压，尽量减少对地基土的扰动。（3）控制施工速度，可减小超孔隙水压力，减轻压桩的挤土效应，能够减少附加沉降。（4）桩长必须按设计要求严格控制，对于已到达设计标高但压桩力不