坑式静压桩在旧楼加固改造中的应用

张喜军

（甘肃省建筑科学研究院(集团)有限公司，甘肃 兰州 730070）

1 引言

坑式静压桩就是把千斤顶顶升原理以及静力压桩工艺融合成一体的重要桩基技术，在已建建筑的前提下进一步挖掘出导坑，把上端建筑物的自重当作反力，通过千斤顶把钢管或者预制桩渐渐压到土中，这就充分地发挥了其高效性且反弹低的优势。在某项目中，其桩基采取PHC500AB100-23，原本设计单桩竖向抗压负荷力值大约为2 530 kN，在实际测量中，其值为1 200 kN，因而难以契合设计标准。原设计单位在利用上端荷载等方法予以改善后，其石灰石粉仓桩顶竖向荷载依然超出既有管桩承载力，此时就要提供必要的加固处置。

2 项目地质及水文基础条件

场区地貌单元是山前冲积平原，且各土层层位相对平稳，厚度统一，地表属于素填土，填土层之下是交互布局的粉质粘土以及粉土。且各个重要土层布局情况如下：其一，素填土。呈现为黄褐色，以粉质粘土成分为主，且层厚大约在0.6～2 m之间。其二，粉质粘土。外部呈现为黄褐色，包括了部分云母片，可塑，具备一定的光泽，且并无摇振现象，整体干强度及韧性中等，层厚大约在3.2～5.2 m之间。其三，粉质粘土。呈灰褐色，包含了部分钙质结核、云母片，具备一定的光泽，且并无摇振现象，整体干强度及韧性中等，层厚大约在4.8～8.4 m之间。其四，粉土。呈黄褐色，包含部分铁质氧化物以及云母片，粘粒含量相对很高，同时还掺杂部分黄褐色粉质粘土，并无光泽反应，但是摇振反应明显。其五，粉质粘土。呈黄褐色，包含部分钙质结核以及云母片，可塑，且并无摇振现象，整体干强度及韧性中等，层厚大约在1.5～3.4 m之间。其六，粉土。呈黄褐色，包含部分铁质氧化物以及云母片，且粘粒含量不低，同时还掺杂部分黄褐色粉质粘土层，并无光泽反应，且摇振反应明显，层厚大约在4.6～6.9 m之间。其七，粉质粘土。呈黄褐—灰褐色，包含了部分铁质氧化物以及钙质结核，揭露厚度大约为13.7 m。针对该地水文地质条件，其地下水属于第四系孔隙潜水，水位埋深超过20 m。

3 加固设计分析

3.1 静压桩地基加固基本原则分析

为了进一步确保在旧楼荷载及活荷载作用之下，地基沉降能够保持平稳，并不会出现其他较为明显的不均匀沉降问题。此时采取坑式静压桩托换法进一步加固旧楼。此时在选取桩体的过程中，优先选取钢筋混凝土预制桩，各桩通过若干段构成，且每段直径大约在1.5 m左右，且断面尺寸大约为200 mm×200 mm之间。在实际作业过程中，各个桩体连接位置，可优先采取焊接予以联结。

3.2 静压桩地基加固工作原理分析

在已经挖掘基础的下托换坑中，相关人员可以利用原本建筑物上端结构自重作为主要的支反力，接着再使用千斤顶把预制钢筋混凝土桩渐渐地压到地基内部。在通过托换之后，相关人员要把桩和原基础联结在一块，如此一来就能够遏制桩顶回弹并构成桩顶向上反力，进而迅速缩减原地基压力，桩顶迅速支承上部结构荷载，使得地基不会再出现新一轮的下沉。

3.3 坑式静压桩在旧楼加固方案中的分析

依据原本设计部门给出的上部荷载、桩顶反力以及桩基计算书等方面的信息，同时再充分考量筏板前提下地基土负荷效应，通过一系列的复核计算之后，其石灰石粉仓的桩顶竖向荷载大约为1 412 kN，而复合基桩的实际承载力大约是1 217 kN，如此一来就能够增补钢管桩，最少的承载力即6 345 kN。

但是，由于在作业期间按照补桩原则，在石灰石粉仓环形筏板前提下，从外至内顺次安排两环形均衡布局的钢管桩，如此一来，就能够保证从外侧到钢管桩与首排之间，不仅会使管桩处在同一排上，同时也会让钢管桩安置于相邻两处相应的管桩中端，桩长大致为7 m，而单桩竖向抗压负荷力值大约是110 kN；第二排钢管桩和第二排原本管桩处统一的位置，而钢管桩安置于相邻两处既定的管桩中端，桩长大约为12 m，而单桩竖向抗压负荷值为210 kN。钢管桩采取Q235钢管，外径即219 mm，壁厚6.5 mm。利用植筋连接钢管桩和筏板，接着再浇筑灌浆料，如此一来就构成一项总体。

依据我国《建筑桩基技术规范》，要求相关人员对单桩竖向抗压最大负荷力、桩土以及地基土整体抗力、桩顶最大竖向力、沉降量予以估算，由此达到既定标准。

4 坑式静压桩施工工艺分析

坑式静压桩在本项目中的实际应用阐述如下：

首先，相关人员分范围、对称挖掘工作坑，同时处理钢管桩。

其次，在进行钢管桩作业的过程中，要求在首节桩底装配锥形钢桩尖，于桩顶上设置T型桩帽、千斤顶以及测力传感设施，接着再继续驱动千斤顶压桩，每嵌入下一节桩时就要继续接上一节桩。

第三，在进行钢管桩作业期间，为了确保桩垂直度合理，此时就要求改善压桩支架，先利用钢板稳固千斤顶以及支架，接着再在桩位正上方进一步钻定位孔，把支架中心对准定位孔，接着于筏板下端设置撞螺栓稳固支架，最后再充分利用斜撑以及长方形钢箍稳固各个支架。值得注意的是，此时要采取水平尺以及铅锤明确实际垂直度。

第四，针对钢管桩各节的衔接位置，施工人员要优先采取焊接接头，而针对接桩位置的坡口，要求设置45°，焊缝等级属于二级，在作业过程中，要求及时探伤检测焊缝进行超声波，检测结果分为Ⅰ级或者Ⅱ级。

第五，除了最上一节之外的钢管桩中灌注水泥浆，采取P.O42.5水泥，且水灰比为0.5。在凝固水泥浆期间，注意回灌，如此一来就能够避免水泥浆凝固紧缩，等到水泥浆凝结之后方可继续下一节的钢管桩作业。

第六，在基础底面混凝土上钻孔植筋，植筋深度大约是0.3 m，且基础底面之下引出的钢筋直径大约是0.3 m。

第七，依据基础底面与倒数二节钢管桩间的间隔，施工人员需要截留钢管，同时在上、下两侧壁上各自留出大约10 mm的返气孔以及灌浆孔。

第八，施工人员要把基础底面延伸出的钢筋放置在最前面的钢管桩中，同时还要求把这一节钢管下侧和倒数第二节钢管桩联结在一起，而上侧和基础底面缝隙，就要求采取环氧树脂予以严密封堵。

第九，从灌浆孔内继续注入灌浆料，等到返气孔冒浆之后，再堵塞好返气孔，同时要求继续加压到0.1～0.2 MPa，接着再继续堵塞灌浆孔。

第十，在作业过程中，施工人员还要求实时监测石灰石粉仓周边的沉降情况，均匀地设置S1、S2、S3以及S4四处监测点。

第十一，为了进一步提升工作坑区域桩中的侧阻力，此时要求利用C15混凝土完成回填，为了缩小回填混凝土和基础底面间的缝隙，在实际回填之前，施工人员还需要在工作坑顶留出一定的注浆管，在回填结束之后，再继续采取注浆管继续灌注水泥浆，如此一来就能够稳步填充缝隙。

5 坑式静压桩施工的主要问题分析

首先，施工期间的压桩力通常不低于单桩竖向承载力特征值的两倍，不过依然有部分桩无法契合该条件，在相隔2～3 d后，压桩力可以提升到单桩竖向承载力特征值的两倍，由此出现压力滞后的问题，该问题在其他项目中也依然存在，引发这一问题的原因包括如下几点：其一，桩周土在沉桩期间被挤压扰动，大幅度减小了强度，粘性土的触变效用能够使损失程度减小。其二，在实际压桩期间，桩的挤压环节能够提升土体的总应力，增加超孔隙水压力，而一旦沉桩结束，此时的超孔隙水压力就会渐渐消失，进而固结桩周土，土的强度渐渐回归或者超过其原本强度。其二，在实际压桩期间，压桩力在前几节施工中浮动不明显，而压到0.5倍桩长之后，此时压桩力就会出现快速变化，这主要是因为桩尖从软土层穿越到硬土层侧阻力上升引发的。而且2至10号桩在压到较高值之后，还会出现相应降低，如此一来就代表2至10号区域穿过了软—硬—软三种不同的地层。第三，在施工期间，各个测点出现了不同程度的沉降起伏，不过沉降变化相对很小。而在部分回填工作结束之后，沉降水平明显上升，这可能与石灰石粉仓增加荷载相关，不过在30 d后，沉降又渐渐趋于平稳。除此之外，各个观测点信息区别不大，这就代表沉降属于均匀沉降，同时沉降值达到了低于200 mm的设计标准。除此之外，在施工中还会遇到的其他问题，比如当西侧桩体压到第十节的情况下，此时压桩力高达38 MPa，这就说明压桩力已经契合设计标准，压桩深度为16.5 m，而由于并未契合设计持力层，在进一步进行试压之后，观察到桩体已经处在微微晃动的情况下，而且在压桩力高达40 MPa的情况下爆桩，桩头混凝土迅速下落，这就可以估算出桩体在第十节桩压入后遭到大石等阻碍物，此时施工人员要及时清理桩头压松散的混凝土，继续凿平，接着再切断上部外露的钢筋，因为它们的压桩力契合设计标准，那么就可以要求在其上焊接预埋板后，在上方连接一个1.2 m的桩体封桩，同时还要求在桩体周边灌出一定的微膨胀混凝土，与原基础垫层合为整体。

6 结束语

根据坑式静压桩在旧楼加固改造中的应用，可以获得如下结论：首先，针对工程空间较为狭小，不允许受损且自重相对较大的建筑体，采取坑式静压桩加固具备可行性，同时还能够充分发挥针对性强且可控程度高的优势。其次，施工人员将千斤顶和支架稳固成一个整体，如此一来就可以更为高效地提升桩的垂直度。第三，在工作坑上端，安置注浆管完成回填后的补浆工作，可以在一定程度上填充混凝土回填过程中遗留的缝隙。第四，钢管桩的压桩力具备时效性以及突变性，这在很大程度上受压桩期间土的触变性、孔隙水压力以及地层变化方面的影响。第五，在实际加固期间，相关人员要实时监测沉降情况，然后依据监测反馈情况决定是否开始下一个环节，牢牢秉持“动态设计，信息作业”的基本理念，从而保证加固建筑工程的安全可靠性。