[科普中国]-锚杆静压桩托换

简介

锚杆静压桩托换是补救性地基托换的一种, 它采用静压方式沉桩, 以建筑物自重做反力, 用千斤顶将桩压入土中, 桩土共同作用来分担原有建筑物的负荷, 从而对既有建筑物地基进行加固处理。近年来, 锚杆静压桩托换技术在危房加固、房屋增层、柱基纠偏、深基坑支护等方面得到了广泛应用。静压入桩是预制混凝土桩基础的一项极有前景的新工艺, 它必将有条件地迅速取代锤击入桩, 并将引导桩基施工的重大改进和突破。但锚杆静压桩托换技术是一项难度高、风险大的工作, 设计与施工中的疏忽大意, 都将可能引起重大的质量事故。结合静压桩托换工程经验, 介绍锚杆静压桩托换技术的工作机理、适用条件、施工方法及注意事项1。

锚杆静压桩托换技术特点1 锚杆静压桩托换技术的优点

(1)施工无噪声无污染、清洁文明, 安全可靠;

(2)设备简单, 操作简便灵活, 施工成本较低, 施工速度较快;

(3)桩型轻巧, 配筋量小, 入桩的损耗报废率较低。

2 锚杆静压桩托换技术的缺点

(1)用于建筑物加固时须破坏原基础开孔和设置锚杆;

(2)用于地基处理时须要较大的反力设备和设置平衡重量;

(3)要求桩体穿入的地基中不宜有相对较硬的土层, 不能有摩阻力较大的夹层:如粘砂层, 带砾粘土层、风化土层等;

(4)施工过程中对既有建筑物产生一定数量的附加沉降。

3 静压桩的可靠性

托换桩的可靠性, 可以从压桩阻力特性来分析。在压桩过程中, 由于桩挤压土的作用, 在桩周一定范围内出现重塑区, 土的抗剪强度大大降低, 因而桩侧摩阻力明显减小。但是, 当压桩停止后, 随着时间的推移, 超孔隙水压会逐渐消失, 土的结构强度得到恢复, 土的抗剪强度也会随之提高, 从而桩侧摩阻力也将明显增大。根据有关文献资料表明, 如间歇时间一般为18 ～ 48d, 间歇前后的起动阻力比值为1.27 ～1.77。桩的承载力随着时间的延长而有较大的提高, 这一特征使桩有足够的安全储备, 从而保证了桩的安全作用1。

锚杆静压桩托换技术的适用条件1 静压入桩适用的地质条件

持力层以上的土层一般为:杂填土、淤泥、粘土、砂质粘土、较薄的粉砂土;不能有摩阻力较大的夹层, 如粘砂层、带砾粘土层等, 以便使托换桩能顺利穿过桩周土到达持力层。

一般作为托换桩的持力层, 应具有土质均匀、压缩性较低、无湿陷性、承载力较高, 且在其下无软弱下卧层存在等。

2 适用的工程条件

可用于不停产、不搬迁的危房加固、纠偏顶升以及基坑支护等基础加固。对于不能提供千斤顶反力或严重开裂的建筑物该处理方法不适用;

用于群桩承力的基础工程, 同时必须考虑工程边缘桩位的施工条件, 如安桩的回转空间和桩具移动及压桩时桩具的平衡支撑条件2。

静压锚杆桩设计施工前的准备工作1 明确施工目的

既有建筑物地基设计不符合要求, 建筑物加层或纠偏,属于补救性托换;用于新建建筑物基础工程时, 属于地基加固性托换;深基坑支护中的托换属于预防性托换。

2 事故原因分析和建筑物安全论证

工程事故绝大多数情况下是很多因素造成的。首先, 应查明事故的原因, 对地基土应重新评价。对被托换建筑物所产生的沉降、水平位移、倾斜、沉降速率、裂缝大小和扩展情况以及建筑物的破损程度, 用图表和照片正确记录下来, 并应进行建筑物的安全状态判定。

3 设计前的调查研究

明确了托换的目的后, 应搜集以下几个方面资料:

(1)现场的工程地质条件;

(2)被托换建筑物的结构、构造和受力特性;

(3)土建施工质量状况;

(4)托换施工期内的影响;

(5)使用期间和周围环境的实际情况1。

静压入桩施工工艺1 压桩设备及配置

液压千斤顶配油压表式锚杆机和YZY360 静压压桩机。垂直行程1.5m , 压入速度1.5m/ mim 。同时压桩施工需配置起重设备1 台, J2 经纬仪, S3 水准仪及钢丝绳等。

2 工作原理与施工顺序

压桩是利用缸体中油位在泵压下变化使活塞杆伸缩, 并依托反力锚杆或压桩机自重抵消桩入土时的摩擦阻力, 利用抱桩器固定桩位然后重力压入, 不产生冲击力。入桩的反作用力随入桩深度的加大相应增大, 依靠油泵变压入桩。

工艺流程为:托换桩定位--操作坑开挖或桩孔开凿--托换桩压入--接桩--桩顶锚固--浇注混凝土锚头或承台--操作坑回填夯实--地面恢复。

3 入桩线路的选定

施工时随着入桩段数的增多, 各层地质构造土体密度随之增高, 土体与桩身表面间的摩擦阻力也相应增大, 压桩所需的压入力也在增大。为使压桩中各桩的压入阻力基本接近, 入桩线路应选择单向行进, 不能从两侧往中间进行, 这样地基土在入桩挤密过程中, 土体可自由向外扩张, 既可避免地基土上溢使地表升高, 又不致因土的挤压而造成部分桩身倾斜, 保证了群桩的工作基本均匀并符合设计值。

4 试桩要求试桩目的是检验根据钻探报告的地质构造算出的单桩承载力, 并给设计提供可靠依据。试桩方法按相关规范要求。试桩应分别选择在不同地质构造区域的中央范围内进行。根据试桩加荷超载2 倍计算, 各区单桩承载力均应超过原设计值, 同时修改原设计值。

5 压桩操作注意事项

(1)桩身不受损坏。

(2)下压速度控制在1m/min 左右, 使各层土体能正确反映其抗剪能力。

(3)压桩机的液压入桩有一定的垂直行程高度, 如YZY360 桩机的垂直行程为1.5m , 即每入桩1.5m 即松开抱桩器。开动油泵使之上移, 再抱桩固定压入, 循环作业。在开始的第一、二个行程, 要特别注意控制桩身的垂直度。

(4)单节桩需利用钢制送桩器(即与断面同规格的一节钢板焊成的桩)帮助混凝土桩顺利压至设计标高, 两节桩则在下节桩压至桩顶距地表面40cm 左右暂停, 然后将上节桩吊入就位。上节桩下端伸出的钢筋对准下节桩顶的预留孔,人工灌浇溶化的热硫磺胶泥, 待从预留孔至溢满桩顶全表面时, 即将上节桩轻轻插入, 使两桩端接触面保持有5 ～ 10mm间隙, 悬粘15 ～ 20min 后(此时硫磺胶泥已具粘结力和强度), 再继续压桩至设计标高。

(5)记录入桩行程深度及相应压力值, 以判别入桩情况正常与否及桩的承载能力。

(6)由于液压抱桩器在机身平台上, 入桩初始的第一、二行程, 抱桩点与桩顶距离较大, 桩身容易摆动, 如不能在初始入桩时保证桩的垂直度, 则在后续行程中调整时桩身容易折断;

(7)两节及多节桩粘结用快凝早强硫磺胶泥, 在强大的入桩压力下无法保证桩的接触面之间空隙的均匀程度, 故对桩端面水平度要求极高;

(8)上下节桩间利用上节桩底伸出的钢筋锚固于下节桩顶的预留孔内, 此钢筋在桩身起吊中不可避免会拖地弯折,均需在上节桩吊起悬空插入下节桩前用套管板直, 施工安全需特别注意2。

压桩施工中经常出现的问题与对策1 基础无地梁或地梁强度不够

90 年代以前的中高层建筑物, 在遇有不良地质条件时,绝大多数采用钢筋砼板式基础, 或柱下条形基础。压桩托换前应首先将原基础部分凿除, 以便桩体压入和锚固。

2 桩头的连接问题

托换桩每节的长度一般为1.5 ～ 2.0m , 桩之间的连接采用焊接或硫磺胶泥, 制桩时必须严格保证桩顶及桩端面的水平平整度, 以保障桩身垂直度。实际施工中, 对于表面不平整的桩可采用薄钢板垫片, 调整桩身垂直度。

3 两节桩接头的水平平整度问题

规范要求桩长超过12m 的预制桩必须分节接长。制桩时桩顶及桩端面的水平平整度必须严格保证, 以保障桩身垂直度。特别是多节桩的各桩端面水平平整度是保障全桩铅垂入桩的关键, 否则会在压桩中出现报废现象。

4 断桩的判别与处理

托换桩压桩阻力随桩入土深度增加而增大。压桩过程中, 如遇压力突然降低, 可能由两方面的原因引起:

(1)桩尖穿过较好土层而进入软弱层, 可以通过对地质报告的分析来判定;

(2)桩身断裂。断裂原因主要是由于接头处钢板预埋件焊接质量差而造成。如断裂部位较浅, 可将断桩拔出, 重新接桩再压;如断裂部位较深, 应进行补桩处理。

5 地下障碍物处理

在地质钻探报告中, 对于钻孔间可能存在的障碍(如旧房及设备基础、地下沟道等)是无法反映的, 只能在压桩过程中发现。由于该类障碍物一般不会埋置很深, 可在施工中用钢制送桩器在可疑区域探深2m 试测, 遇异常情况可拔出开挖清除;如无异常, 则拔出送桩器换吊混凝土桩压入。实施中效果良好。

6 桩尖未达设计标高又无法继续压入时的判断和处理

工程在局部区域的入桩过程中, 少数桩的入土深度可能距设计标高尚差一定距离, 但入桩压力已达或超过设计值若干倍, 液压效率降低, 机身抖动。说明此时已接近桩机能力的极限, 可根据压力值停止入桩。究其原因, 可以肯定桩尖已进入持力层, 说明持力层构造有起伏。而在设计桩长时,是按一个分区中持力层最深标高确定桩长的(不可能每根桩长变化), 上述情况属正常现象。

7 减小附加沉降的措施

根据工程实践经验, 设计所得计算结果应基本符合实际情况。按前述附加沉降产生主要原因的分析, 在考虑减小附加沉降的措施时, 应该从前述原因着手, 采取以下措施:

(1)预加轴力方法。预加轴力主要是防止桩体回弹引起附加沉降;

(2)合理安排施工流程。由于压桩顺序会影响上部结构与土体的应力转移, 因此在压桩过程中合理安排施工流程是十分重要的。如先压应力集中的部位, 是为了弥补相对不足的地基承载力, 对整个建筑物起到平衡调节作用, 一般情况是先在中部压桩, 然后向两侧大间距进行跳压;

(3)控制沉降速率。控制沉降速率是为了防止桩周孔隙水压力和桩端阻力过大, 避免桩周土体强度降低过多以及桩端以下土层产生较大变形。从计算结果可以看出, 附加沉降主要是由桩端阻力引起的, 所以应对施工时压桩力以及沉桩速率给予足够的重视, 最好进行现场实时监控;

(4)预钻孔方法。为了减小沉桩对土体的扰动往往采用预钻孔方法, 上海地区桩位预钻孔取土, 孔径一般小于桩边长5～ 10cm , 取土深度一般为6 ～ 15m 。由于预钻孔施工不方便, 一般较少使用。

8 造成桩位偏离的原因分析

通过检测确认桩长及桩体强度基本达到设计要求后, 应检验桩有无较大偏移, 因为桩位的准确与否关系到托换效果和原建筑物的安全。

造成桩位偏离的原因可能有管理方面、技术方面、施工方面等, 主要表现在:

(1)施工方案选择不当。如场地表层土松软, 为了追求进度, 在开工时, 场地没有完全平整;

(2)参照物不稳。如坐标设在围墙和木钉龙门架上, 若围墙变形或倒塌, 龙门架倾倒或视线受阻, 轴线再次定位困难较大。

(3)桩位复核不够。如一味地追求进度, 仓促施工, 而没有多次进行桩位复核, 完全有可能发现问题而未发现。

(4)开挖方法的影响。为省时省事, 采用机械大开挖或人工凿孔, 难免对桩体位移不造成影响;

(5)原设计和施工不规范。一般建筑设计, 有墙柱即应有轴线表示, 但原建筑物设计和施工没有轴线表示, 或两者不符, 不能找出基础或桩的准确位置。如此压桩不能够顺利, 即使几经反复, 仍会造成施工时桩定位偏移错误3。

总结(1)叙述了锚杆静压桩的特点和设计方法及施工工艺, 为今后应用提供参考方法;

(2)锚杆静压桩施工过程中产生的附加沉降由四部分组成: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;施工降水引起的沉降。

(3)就常用控制附加沉降的措施, 根据前述理论分析对它们的作用进行了阐述。

(4)根据不同工程地质条件和工程的性质, 合理确定静压托换桩的设计与施工方案, 能够使加固工程取得满意的效果, 托换桩的承载力也是有足够保证的3。