某小区高层建筑桩基采用锚杆静压钢桩补强效果分析

某小区高层建筑桩基采用锚杆静压钢桩补强效果分析

孟丹苏

上海市建工设计研究总院有限公司 上海市 200000

摘要：某小区住宅楼和地下车库基础工程，在桩基完工后经低应变检测，存在较严重的质量问题，虽采取了一定的补强措施，但在没有再做进一步检测的情况下就进行上部结构的施工。当上部结构荷载达到一定数量时，建筑发生较严重的倾斜和沉降。针对上述问题，经多方多次研讨，决定采用锚杆静压桩技术对桩基进行补强。 通过对监测数据及补强过程暴露问题的分析，认为补强施工虽取得了较好的效果，但宜在方案制定之后尽早实施。补强过程不仅要严格控制桩端持力层，还要严格控制压桩速率。这样不仅可以达到减少挤土效应、超静孔隙水压力的效果，还可减少对桩侧土体的破坏，对补强后土体的趋稳，减少补强后各楼倾斜、沉降速率和收敛时间十分有利。

关键词：预应力混凝土管桩；低应变；桩基补强；锚杆静压钢桩；持力层；压桩速率

一、工程概况

本工程为一住宅小区，由十二幢高层建筑和地下车库组成，总建筑面积约27万平方米。本工程基础形式为桩基础，桩型为高强度预应力混凝土管桩。桩基沉桩采用锤击法，以卵石层为持力层，基础底板厚1.4m。

本工程基础部分采用了两种不同型号的高强度预应力混凝土管桩。其中主楼部分采用PHC600A130型管桩，共2256根，单桩抗压允许承载力为2400KN，单桩抗压极限承载力为4800KN；地下车库部分采用PHC500AB100型管桩，共2738根，单桩抗压允许承载力为1800KN，单桩抗压极限承载力为3600KN。

二、工程地质情况

本工程区域内地基土土层分布稳定，土性相对均匀，各土层物理力学性质指标如表1所示：

各土层物理力学性质指标 表1

三、桩基质量问题

桩基完工后，经低应变检测主楼桩基出现了较严重的质量问题，如表2所示：

各主楼低应变检测结果 表2

根据已检测桩数据，除1#、3#楼外，其余各主楼均出现了Ⅲ类桩，其中8#楼占比高达66.1%；除2#、3#、7B#、10#、12#楼外，其余各主楼均出现了Ⅳ类桩，其中9#楼占比最高为11.5%，但其Ⅲ类占比亦高达42.7%。

四、桩基补强方案

本工程的主楼经检测发现比较多的Ⅲ、Ⅳ类桩，虽然采取过桩孔灌芯和补打钻孔灌注桩等补强措施，但在没有再做进一步深入检测的情况下，就进行上部结构的施工。这种草率的决策埋下了建筑安全隐患。其中12#楼主体结构建造至16层时，南北横向倾斜达0.85‰，17层时达0.93‰，仅增加一层，结构横向倾斜陡增。

上述情况引起了建设方的高度重视，为确保建筑安全，建议立即邀请岩土工程专家进行评审。有关各方多次组织研讨，通过对施工过程中挤土效应、软黏土的流动性、打桩速率、土方开挖、桩身焊接质量、施工技术措施等方面的分析，汇总意见后一致认为采用锚杆静压钢桩技术对桩基进行补强为最佳方案。

本工程先对10#、12#两幢楼进行了桩基补强，以后根据s-t观测资料，结合原高层桩的观测资料，又对其余建筑桩基采用同样技术进行了补强。

五、锚杆静压钢桩补强的原理

该项施工技术是锚杆和压桩两项技术的结合，其基本原理是在基础底板根据设计补强的要求开凿压桩孔，在压桩孔两侧，根据压桩力大小埋设相应数量的抗拔锚杆，利用建筑结构自身重力做为反力，通过抗拔锚杆反力架和液压千斤顶，将钢桩逐节压入土中。当压至设计要求的深度和压桩力，然后在钢桩中空部分浇筑C35微膨胀早强防水混凝土封孔，使桩与基础底板成为整体。补强的钢桩便可承受补强设计所要求的上部传递的荷载。达到对缺陷问题桩的受力补充的目的。

六、桩基补强的原则

1.补桩数量

补桩数量按承受建筑设计总荷载标准值的1/3确定。

2.桩的平面布置

本工程补强采用钢桩规格为Φ426*13，以8-1卵石层为持力层，设计单桩承载力特征值Ra=1500KN，压力表控制压力F≥3000KN。

桩位平面布置应考虑以下原则：

（1）桩基沉降较大部位；

（2）Ⅲ、Ⅳ类桩集中部位；

（3）电梯井部位因荷载较大，应适当加强；

（4）角桩、边桩等荷载较小处适当考虑；

（5）补桩平面布置应考虑均匀性；

（6）桩基形心与建筑物荷载重心尽可能接近；

七、锚杆静压钢桩补强效果

本工程区域南侧共补强了4幢楼，分别是1#、10#、11#、12#楼，均为28层，补强情况如表3所示：

四幢主楼补强情况 表3

以下仅对10#、12#楼补强前后的倾斜率、平均沉降速率进行对比，如表4、表5所示：

10#、12#楼补强前后倾斜率比较 表4

1 0#、12#楼补强前后平均沉降速率比较 表5

由表3、表4及表5可知，补强前两栋楼的上部结构荷载虽不同，但倾斜率和沉降速率均比较大。在采用锚杆静压钢桩补强后，有效控制了这两个指标的发展。

随着建筑物的继续施工，补强后建筑物、桩基与地基土之间的荷载传递逐渐趋于平衡协调以至稳定，其最终倾斜和沉降亦控制在国家规范值之内。

八、桩基补强控制要点及存在问题

1.桩端持力层的控制

锚杆静压钢桩在施工过程中可通过压力直观地了解压桩全过程，且每根桩都有Pp-D压桩曲线，如图1所示：

由图可知，压桩经过软弱土层时，压桩力增加较小；桩端进入8-1卵石层时，压桩力急剧增加。当压桩力F≥3000KN时，钢桩入土深度均在33m左右。依据这两个参数，可确保补强钢桩进入持力层。

根据统计，10#楼共补强钢桩104根，其中入土深度＞33m的有13根，占总数的12.5%，平均入土深度33.43m；12#楼共补强钢桩102根，占总数的28.4%，平均入土深度33.81m。对比原预应力混凝土管桩施工记录，可知原砼管桩的有效桩长基本都在33.0m。据此我们可以推测，原砼管桩中存在一定数量的桩未进入持力层的可能，加之桩基存在严重的质量问题，故当上部结构施加到一定量的荷载，建筑结构局部发生较严重的沉降和倾斜，也就不可避免了。

2.桩基补强压桩速率

本工程11#楼共补强钢桩120根，施工时间为201X年4月10日至4月27日，压桩速率是7根/天。201X年5月8日（压桩后11天）观测资料得出平局沉降速率为0.35mm/天，是201X年4月24日观测资料0.04mm/天的8.75倍。桩基补强后沉降速率反倒上升，分析原因如下:

1.压桩速率快，桩间土挤土效应明显；

2.压桩速率快，破坏了桩侧土，降低了桩侧土的摩阻力，与此同时该楼上部结构已基本完成，在上部荷载的共同作用下，周围土体恢复较慢。两次观测时间仅相隔13天，土体尚在恢复之中。

201X年5月17日观测资料,平均沉降速率下降至0.28mm/天； 201X年5月24日观测资料,平局沉降速率下降至0.09mm/天。

通过上述数据，我们注意到，锚杆静压钢桩虽取到了良好的补强效果，但在补强后一段时间内出现了沉降速率变大的情况。笔者认为这与压桩速率过快有关。适当降低压桩速率（如3~4根/天），可减少对桩侧土的破坏，对建筑尽快趋稳十分有利。

九、结论

通过对已补强建筑的监测表明，采用锚杆静压钢桩虽取得了良好的补强效果，但在不同边界条件（上部结构荷载大小，Ⅲ、Ⅳ类桩百分比分布，倾斜、沉降速率，桩位偏差等）下，补强施工后各楼倾斜、沉降速率趋稳、收敛所需的时间是不同的。

笔者通过对桩基质量问题及监测资料的分析，认为桩基补强施工宜在方案制定之后尽早实施，并宜暂停上部结构的施工。不断增加的上部结构荷载，不仅增大了施工期间存在的风险，而且对桩基补强后建筑的尽快趋稳十分不利。但具体补强时间还应综合考虑桩基质量、监测数据、施工进度、施工组织等因素后做出判断。根据监测资料，当倾斜率达到0.50~0.60‰，平均沉降速率为0.05~0.15mm/天时，采取补强措施，应该会取得更好的效果。

桩基补强施工应控制合适的压桩速率，这样不仅可以达到减少挤土效应、减少土超静孔隙水压力的效果，还可减少对桩侧土体的破坏。这样对补强后土体的趋稳，减少补强后各楼倾斜、沉降速率和收敛时间是十分有利的。

参考文献：

1.李广信，张丙印，于玉贞.《土力学》（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2013

2. JGJ/T186-2009，《逆作复合桩基技术规程》[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

3. JGJ 123-2012，《既有建筑地基基础加固技术规范》[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.