簡介
錨桿靜壓樁托換是補救性地基托換的一種, 它採用靜壓方式沉樁, 以建築物自重做反力, 用千斤頂將樁壓入土中, 樁土共同作用來分擔原有建築物的負荷, 從而對既有建築物地基進行加固處理。近年來, 錨桿靜壓樁托換技術在危房加固、房屋增層、柱基糾偏、深基坑支護等方面得到了廣泛套用。靜壓入樁是預製混凝土樁基礎的一項極有前景的新工藝, 它必將有條件地迅速取代錘擊入樁, 並將引導樁基施工的重大改進和突破。但錨桿靜壓樁托換技術是一項難度高、風險大的工作, 設計與施工中的疏忽大意, 都將可能引起重大的質量事故。結合靜壓樁托換工程經驗, 介紹錨桿靜壓樁托換技術的工作機理、適用條件、施工方法及注意事項 。
錨桿靜壓樁托換技術特點
1 錨桿靜壓樁托換技術的優點
(1)施工無噪聲無污染、清潔文明, 安全可靠;
(2)設備簡單, 操作簡便靈活, 施工成本較低, 施工速度較快;
(3)樁型輕巧, 配筋量小, 入樁的損耗報廢率較低。
2 錨桿靜壓樁托換技術的缺點
(1)用於建築物加固時須破壞原基礎開孔和設定錨桿;
(2)用於地基處理時須要較大的反力設備和設定平衡重量;
(3)要求樁體穿入的地基中不宜有相對較硬的土層, 不能有摩阻力較大的夾層:如粘砂層, 帶礫粘土層、風化土層等;
(4)施工過程中對既有建築物產生一定數量的附加沉降。
3 靜壓樁的可靠性
托換樁的可靠性, 可以從壓樁阻力特性來分析。在壓樁過程中, 由於樁擠壓土的作用, 在樁周一定範圍內出現重塑區, 土的抗剪強度大大降低, 因而樁側摩阻力明顯減小。但是, 當壓樁停止後, 隨著時間的推移, 超孔隙水壓會逐漸消失, 土的結構強度得到恢復, 土的抗剪強度也會隨之提高, 從而樁側摩阻力也將明顯增大。根據有關文獻資料表明, 如間歇時間一般為18 ～ 48d, 間歇前後的起動阻力比值為1.27 ～1.77。樁的承載力隨著時間的延長而有較大的提高, 這一特徵使樁有足夠的安全儲備, 從而保證了樁的安全作用 。
錨桿靜壓樁托換技術的適用條件
1 靜壓入樁適用的地質條件
持力層以上的土層一般為:雜填土、淤泥、粘土、砂質粘土、較薄的粉砂土;不能有摩阻力較大的夾層, 如粘砂層、帶礫粘土層等, 以便使托換樁能順利穿過樁周土到達持力層。
一般作為托換樁的持力層, 應具有土質均勻、壓縮性較低、無濕陷性、承載力較高, 且在其下無軟弱下臥層存在等。
2 適用的工程條件
可用於不停產、不搬遷的危房加固、糾偏頂升以及基坑支護等基礎加固。對於不能提供千斤頂反力或嚴重開裂的建築物該處理方法不適用;
用於群樁承力的基礎工程, 同時必須考慮工程邊緣樁位的施工條件, 如安樁的迴轉空間和樁具移動及壓樁時樁具的平衡支撐條件 。
靜壓錨桿樁設計施工前的準備工作
1 明確施工目的
既有建築物地基設計不符合要求, 建築物加層或糾偏,屬於補救性托換;用於新建建築物基礎工程時, 屬於地基加固性托換;深基坑支護中的托換屬於預防性托換。
2 事故原因分析和建築物安全論證
工程事故絕大多數情況下是很多因素造成的。首先, 應查明事故的原因, 對地基土應重新評價。對被托換建築物所產生的沉降、水平位移、傾斜、沉降速率、裂縫大小和擴展情況以及建築物的破損程度, 用圖表和照片正確記錄下來, 並應進行建築物的安全狀態判定。
3 設計前的調查研究
明確了托換的目的後, 應蒐集以下幾個方面資料:
(1)現場的工程地質條件;
(2)被托換建築物的結構、構造和受力特性;
(3)土建施工質量狀況;
(4)托換施工期內的影響;
(5)使用期間和周圍環境的實際情況 。
靜壓入樁施工工藝
1 壓樁設備及配置
液壓千斤頂配油壓表式錨桿機和YZY360 靜壓壓樁機。垂直行程1.5m , 壓入速度1.5m/ mim 。同時壓樁施工需配置起重設備1 台, J2 經緯儀, S3 水準儀及鋼絲繩等。
2 工作原理與施工順序
壓樁是利用缸體中油位在泵壓下變化使活塞桿伸縮, 並依託反力錨桿或壓樁機自重抵消樁入土時的摩擦阻力, 利用抱樁器固定樁位然後重力壓入, 不產生衝擊力。入樁的反作用力隨入樁深度的加大相應增大, 依靠油泵變壓入樁。
工藝流程為:托換樁定位--操作坑開挖或樁孔開鑿--托換樁壓入--接樁--樁頂錨固--澆注混凝土錨頭或承台--操作坑回填夯實--地面恢復。
3 入樁線路的選定
施工時隨著入樁段數的增多, 各層地質構造土體密度隨之增高, 土體與樁身表面間的摩擦阻力也相應增大, 壓樁所需的壓入力也在增大。為使壓樁中各樁的壓入阻力基本接近, 入樁線路應選擇單向行進, 不能從兩側往中間進行, 這樣地基土在入樁擠密過程中, 土體可自由向外擴張, 既可避免地基土上溢使地表升高, 又不致因土的擠壓而造成部分樁身傾斜, 保證了群樁的工作基本均勻並符合設計值。
4 試樁要求試樁目的是檢驗根據鑽探報告的地質構造算出的單樁承載力, 並給設計提供可靠依據。試樁方法按相關規範要求。試樁應分別選擇在不同地質構造區域的中央範圍內進行。根據試樁加荷超載2 倍計算, 各區單樁承載力均應超過原設計值, 同時修改原設計值。
5 壓樁操作注意事項
(1)樁身不受損壞。
(2)下壓速度控制在1m/min 左右, 使各層土體能正確反映其抗剪能力。
(3)壓樁機的液壓入樁有一定的垂直行程高度, 如YZY360 樁機的垂直行程為1.5m , 即每入樁1.5m 即鬆開抱樁器。開動油泵使之上移, 再抱樁固定壓入, 循環作業。在開始的第一、二個行程, 要特別注意控制樁身的垂直度。
(4)單節樁需利用鋼製送樁器(即與斷面同規格的一節鋼板焊成的樁)幫助混凝土樁順利壓至設計標高, 兩節樁則在下節樁壓至樁頂距地表面40cm 左右暫停, 然後將上節樁吊入就位。上節樁下端伸出的鋼筋對準下節樁頂的預留孔,人工灌澆溶化的熱硫磺膠泥, 待從預留孔至溢滿樁頂全表面時, 即將上節樁輕輕插入, 使兩樁端接觸面保持有5 ～ 10mm間隙, 懸粘15 ～ 20min 後(此時硫磺膠泥已具粘結力和強度), 再繼續壓樁至設計標高。
(5)記錄入樁行程深度及相應壓力值, 以判別入樁情況正常與否及樁的承載能力。
(6)由於液壓抱樁器在機身平台上, 入樁初始的第一、二行程, 抱樁點與樁頂距離較大, 樁身容易擺動, 如不能在初始入樁時保證樁的垂直度, 則在後續行程中調整時樁身容易折斷;
(7)兩節及多節樁粘結用快凝早強硫磺膠泥, 在強大的入樁壓力下無法保證樁的接觸面之間空隙的均勻程度, 故對樁端面水平度要求極高;
(8)上下節樁間利用上節樁底伸出的鋼筋錨固於下節樁頂的預留孔內, 此鋼筋在樁身起吊中不可避免會拖地彎折,均需在上節樁吊起懸空插入下節樁前用套管板直, 施工安全需特別注意 。
壓樁施工中經常出現的問題與對策
1 基礎無地梁或地梁強度不夠
90 年代以前的中高層建築物, 在遇有不良地質條件時,絕大多數採用鋼筋砼板式基礎, 或柱下條形基礎。壓樁托換前應首先將原基礎部分鑿除, 以便樁體壓入和錨固。
2 樁頭的連線問題
托換樁每節的長度一般為1.5 ～ 2.0m , 樁之間的連線採用焊接或硫磺膠泥, 制樁時必須嚴格保證樁頂及樁端面的水平平整度, 以保障樁身垂直度。實際施工中, 對於表面不平整的樁可採用薄鋼板墊片, 調整樁身垂直度。
3 兩節樁接頭的水平平整度問題
規範要求樁長超過12m 的預製樁必須分節接長。制樁時樁頂及樁端面的水平平整度必須嚴格保證, 以保障樁身垂直度。特別是多節樁的各樁端面水平平整度是保障全樁鉛垂入樁的關鍵, 否則會在壓樁中出現報廢現象。
4 斷樁的判別與處理
托換樁壓樁阻力隨樁入土深度增加而增大。壓樁過程中, 如遇壓力突然降低, 可能由兩方面的原因引起:
(1)樁尖穿過較好土層而進入軟弱層, 可以通過對地質報告的分析來判定;
(2)樁身斷裂。斷裂原因主要是由於接頭處鋼板預埋件焊接質量差而造成。如斷裂部位較淺, 可將斷樁拔出, 重新接樁再壓;如斷裂部位較深, 應進行補樁處理。
5 地下障礙物處理
在地質鑽探報告中, 對於鑽孔間可能存在的障礙(如舊房及設備基礎、地下溝道等)是無法反映的, 只能在壓樁過程中發現。由於該類障礙物一般不會埋置很深, 可在施工中用鋼製送樁器在可疑區域探深2m 試測, 遇異常情況可拔出開挖清除;如無異常, 則拔出送樁器換吊混凝土樁壓入。實施中效果良好。
6 樁尖未達設計標高又無法繼續壓入時的判斷和處理
工程在局部區域的入樁過程中, 少數樁的入土深度可能距設計標高尚差一定距離, 但入樁壓力已達或超過設計值若干倍, 液壓效率降低, 機身抖動。說明此時已接近樁機能力的極限, 可根據壓力值停止入樁。究其原因, 可以肯定樁尖已進入持力層, 說明持力層構造有起伏。而在設計樁長時,是按一個分區中持力層最深標高確定樁長的(不可能每根樁長變化), 上述情況屬正常現象。
7 減小附加沉降的措施
根據工程實踐經驗, 設計所得計算結果應基本符合實際情況。按前述附加沉降產生主要原因的分析, 在考慮減小附加沉降的措施時, 應該從前述原因著手, 採取以下措施:
(1)預加軸力方法。預加軸力主要是防止樁體回彈引起附加沉降;
(2)合理安排施工流程。由於壓樁順序會影響上部結構與土體的應力轉移, 因此在壓樁過程中合理安排施工流程是十分重要的。如先壓應力集中的部位, 是為了彌補相對不足的地基承載力, 對整個建築物起到平衡調節作用, 一般情況是先在中部壓樁, 然後向兩側大間距進行跳壓;
(3)控制沉降速率。控制沉降速率是為了防止樁周孔隙水壓力和樁端阻力過大, 避免樁周土體強度降低過多以及樁端以下土層產生較大變形。從計算結果可以看出, 附加沉降主要是由樁端阻力引起的, 所以應對施工時壓樁力以及沉樁速率給予足夠的重視, 最好進行現場實時監控;
(4)預鑽孔方法。為了減小沉樁對土體的擾動往往採用預鑽孔方法, 上海地區樁位預鑽孔取土, 孔徑一般小於樁邊長5～ 10cm , 取土深度一般為6 ～ 15m 。由於預鑽孔施工不方便, 一般較少使用。
8 造成樁位偏離的原因分析
通過檢測確認樁長及樁體強度基本達到設計要求後, 應檢驗樁有無較大偏移, 因為樁位的準確與否關係到托換效果和原建築物的安全。
造成樁位偏離的原因可能有管理方面、技術方面、施工方面等, 主要表現在:
(1)施工方案選擇不當。如場地表層土鬆軟, 為了追求進度, 在開工時, 場地沒有完全平整;
(2)參照物不穩。如坐標設在圍牆和木釘龍門架上, 若圍牆變形或倒塌, 龍門架傾倒或視線受阻, 軸線再次定位困難較大。
(3)樁位覆核不夠。如一味地追求進度, 倉促施工, 而沒有多次進行樁位覆核, 完全有可能發現問題而未發現。
(4)開挖方法的影響。為省時省事, 採用機械大開挖或人工鑿孔, 難免對樁體位移不造成影響;
(5)原設計和施工不規範。一般建築設計, 有牆柱即應有軸線表示, 但原建築物設計和施工沒有軸線表示, 或兩者不符, 不能找出基礎或樁的準確位置。如此壓樁不能夠順利, 即使幾經反覆, 仍會造成施工時樁定位偏移錯誤 。
總結
(1)敘述了錨桿靜壓樁的特點和設計方法及施工工藝, 為今後套用提供參考方法;
(2)錨桿靜壓樁施工過程中產生的附加沉降由四部分組成:樁端阻力及樁側摩阻力產生的沉降;樁體側向擠土引起的隆起或由於土體擠密引起的沉降;樁周產生塑性區造成土體強度降低引起的沉降;施工降水引起的沉降。
(3)就常用控制附加沉降的措施, 根據前述理論分析對它們的作用進行了闡述。
(4)根據不同工程地質條件和工程的性質, 合理確定靜壓托換樁的設計與施工方案, 能夠使加固工程取得滿意的效果, 托換樁的承載力也是有足夠保證的 。
