超大厚度黃土地區(qū)地基處理新技術(shù)應(yīng)用研究

摘" 要：大厚度黃土廣泛分布于甘肅、陜西、寧夏及山西地區(qū)，黃土層主要特性為濕陷性，濕陷性黃土是一種非飽和的欠固結(jié)土，因浸水土的結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生明顯變形。現(xiàn)行規(guī)范有很多處理既有建筑地基下沉的方法，但對厚度較大濕陷性黃土處理效果偏差，存在二次下沉風(fēng)險(xiǎn)。以某高層不均勻沉降處理工程為實(shí)例，采用錨桿鋼管靜壓樁進(jìn)行有效托換，使樁端進(jìn)入良好力學(xué)性能的持力層，能夠有效提高地基承載力，并通過錨桿提供一定的預(yù)壓力，高效地解決了地基基礎(chǔ)不均勻下沉問題。通過對壓樁過程中隨著壓樁深度變化壓樁力及鋼管樁屈曲變形的研究，著力解決壓樁深度不夠，鋼管屈曲影響鋼管樁承載力問題，為既有建筑采用鋼管靜壓樁地基基礎(chǔ)加固提供參考。

關(guān)鍵詞：錨桿鋼管靜壓樁；既有建筑；高填方濕陷性黃土；地基承載力；終止下沉；鋼管樁；地基托換

中圖分類號：TU746.3" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）06-0185-04

Abstract： Large-thickness loess is widely distributed in Gansu， Shaanxi， Ningxia and Shanxi regions. The main characteristic of the loess layer is collapsible. Collapsible loess is an unsaturated underconsolidated soil that undergoes obvious deformation due to the structural damage of the soaked soil. The current code has many methods to deal with the subsidence of existing building foundations， but the treatment effect of collapsible loess with large thickness is deviated， and there is a risk of secondary subsidence. Taking a high-rise uneven settlement treatment project as an example， anchor steel tube static pressure piles are used for effective underpinning， so that the pile ends can enter the bearing stratum with good mechanical properties， which can effectively improve the foundation bearing capacity; and this process provides certain preload through the anchor rods， which efficiently solves the problem of uneven settlement of the foundation. Through the research on the pile pressing force and the buckling deformation of steel pipe piles with the change of pile pressing depth during the pile pressing process， efforts are made to solve the problem that the pile pressing depth is not enough and the buckling of steel pipes affects the bearing capacity of steel pipe piles， so as to provide a basis for existing buildings to adopt static pressure steel pipe piles for foundation reinforcement.

Keywords： anchor steel pipe static pressure pile; existing building; high-fill collapsible loess; foundation bearing capacity; termination of subsidence; steel pipe pile; foundation underpinning

對于既有建筑地基基礎(chǔ)出現(xiàn)工程事故，加固處理比較困難。一般采用補(bǔ)強(qiáng)加固的辦法，采取的加固措施應(yīng)安全、快速及可行。濕陷性黃土地基變形特征是在受水浸濕部分出現(xiàn)濕陷變形，一般變形量較大且發(fā)展迅速。應(yīng)急及加固處理是應(yīng)考慮二次浸水的可行性，合理選擇加固處理方法，優(yōu)先考慮處理深度及處理方法的長期效果，加固深度應(yīng)穿透全部濕陷性土層，現(xiàn)有的濕陷性黃土層主要處理方法有地基注漿加固、擴(kuò)大基礎(chǔ)、錨桿靜壓樁、樹根樁、坑式靜壓樁及石灰樁等，加固時(shí)應(yīng)考慮既有建筑有限空間的可操作性。

微樁托換技術(shù)能夠解決地基承載力不足及地基變形等問題，考慮到復(fù)雜高填方濕陷性黃土場地既有建筑持力層較深，樁基施工易造成沉渣較厚。既有建筑采用錨桿鋼管靜壓樁托換技術(shù)受到持力層深度限制，樁端無法較好地進(jìn)入持力層。采用消除樁側(cè)摩擦力的施工方法，避免隨著壓樁長度的增加樁側(cè)摩擦力累積增大的影響。該技術(shù)能夠較好地確保樁端進(jìn)入持力層，樁側(cè)預(yù)留一定孔洞，樁內(nèi)后續(xù)壓力灌注水泥砂漿時(shí)能夠通過孔洞流出水泥砂漿，對鋼管樁起到保護(hù)層作用，對鋼管樁抗腐蝕起到一定的提高作用，結(jié)合注漿工藝對鋼管樁承載力有效提高，同時(shí)能夠較大范圍消除濕陷性。

微樁托換技術(shù)能夠有效提高樁基承載力，但對既有建筑結(jié)構(gòu)較長的樁，采用消除側(cè)摩阻力法，不僅降低了施工難度，還能夠確保施工質(zhì)量[1]。因此，本文通過對既有建筑地基錨桿鋼管樁托換施工技術(shù)，對既有建筑結(jié)構(gòu)微樁的施工工藝、作用機(jī)理及承載性狀等方面的研究，分析樁側(cè)摩阻力對結(jié)構(gòu)施工及承載力的影響，為以后大量采用既有建筑靜壓樁消除施工樁側(cè)阻力提供技術(shù)指導(dǎo)。

1" 錨桿鋼管靜壓樁基本原理

1.1" 托換原理

錨桿鋼管靜壓樁是通過錨桿和靜壓樁的壓樁基本工藝，通過錨桿、千斤頂及反力架將原有結(jié)構(gòu)自重轉(zhuǎn)變成壓樁力。千斤頂和鋼管產(chǎn)生預(yù)壓力作用，及時(shí)封堵壓樁孔使鋼管樁與原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生預(yù)壓力，封樁是錨桿靜壓樁技術(shù)的關(guān)鍵工序。既有建筑整體性及剛度不能滿足壓樁要求時(shí)，應(yīng)對原有基礎(chǔ)采取加固措施，壓樁前應(yīng)計(jì)算壓樁力，進(jìn)行錨桿拉拔試驗(yàn)。

1.2" 靜壓樁材料

為了提高靜壓樁施工質(zhì)量，鋼管靜壓樁必須滿足：①根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇鋼管樁長度、接頭形式、焊接質(zhì)量及表面防腐要求；②錨桿直徑、植筋深度、植筋數(shù)量、外露尺寸應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場原有基礎(chǔ)尺寸、強(qiáng)度及配筋情況確定，拉拔力現(xiàn)場試驗(yàn)確定；③反力架尺寸應(yīng)便于拆裝；④鋼樁內(nèi)壓力灌注水泥砂漿，漿液無毒、無臭，不污染環(huán)境，對人體無害，屬非易燃、易爆物品。因此，在注漿過程中，漿體的水灰比一般在0.6～2.0之間。為了調(diào)節(jié)水泥漿的性能，可加入速凝劑或緩凝劑等附加劑。

1.3" 靜壓樁加固機(jī)理

錨桿鋼管靜壓樁將原有基礎(chǔ)的部分荷載傳遞給較好的下部土層中，阻斷該建筑物的沉降或傾斜的繼續(xù)發(fā)展。靜壓樁主要布置于柱、墻四周、地基浸水明顯的承重部位，降低現(xiàn)有基礎(chǔ)下部土體附件應(yīng)力。上部結(jié)構(gòu)薄弱部分不應(yīng)布置靜壓樁。預(yù)壓力通過反力架提供，及時(shí)封堵壓樁孔。鋼管樁側(cè)壁進(jìn)行開孔，通過壓力灌注水泥砂漿使得水泥砂漿與鋼管樁形成整體工作機(jī)理。

鋼管靜壓樁要求壓樁力與壓樁深度雙控，壓樁過程中及時(shí)統(tǒng)計(jì)壓樁力，壓樁達(dá)不到設(shè)計(jì)深度時(shí)，消除側(cè)摩阻力解決壓樁深度不夠問題，根據(jù)土體對鋼管樁腐蝕情況設(shè)計(jì)防腐方法。

2" 錨桿鋼管靜壓樁施工工藝

2.1" 施工流程

樁位測量放線→壓樁孔制作→錨桿植筋→鋼管樁制作→壓樁反力架安裝→壓樁施工（垂直度調(diào)整、樁節(jié)連接）→穩(wěn)壓→壓樁深度記錄→水泥砂漿壓力灌注→施工質(zhì)量驗(yàn)收。

2.2" 壓樁力計(jì)算

單樁極限承載力計(jì)算公式如下所示

Pp=Quk=Qsk+Qpk=μ∑qsikli+λpqpkAP，" （1）

式中：Pp為壓樁力；Quk為單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值；Qsk為總極限側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Qpk為總端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；li為樁周第i層土的厚度；qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；μ為樁身周長；qpk為樁的側(cè)限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；λp為樁端土塞效應(yīng)系數(shù)；AP為樁端面積。

消除側(cè)摩阻力壓樁力計(jì)算

Pp=Quk=Qpk。" " （2）

注漿鋼管樁承載力計(jì)算

Pp=Quk=1.3Qsk+Qpk。 （3）

2.3" 壓樁及防腐

由于持力層較深，壓樁時(shí)鋼管樁側(cè)壁摩擦力對壓樁影響較大，為了使鋼管樁有效地進(jìn)入持力層，采取壓樁時(shí)消除樁側(cè)摩擦力，并考慮鋼管樁腐蝕現(xiàn)象，對距離樁端100 mm樁身處焊接Ф14鋼筋環(huán)，有效地消除壓樁摩擦力。樁身預(yù)留一定數(shù)量Ф20孔洞，后注水泥砂漿流出孔洞形成鋼管保護(hù)層，保護(hù)層厚度20 mm。

2.3.1nbsp; 反力架設(shè)計(jì)

根據(jù)壓樁力大小及現(xiàn)場高度限制條件設(shè)計(jì)反力架尺寸，規(guī)范要求壓樁力為特征值的1.5倍，考慮壓樁安全儲備1.2倍，反力架工作原理如圖1所示；原有基礎(chǔ)底板拆除壓樁孔，壓樁孔如圖2所示；錨桿采用植筋的方式與原有結(jié)構(gòu)連接，錨桿預(yù)埋如圖3所示。

2.3.2" 鋼管樁身防腐

由于持力層較深、鋼管樁承載力較高，壓樁時(shí)鋼管樁側(cè)壁摩擦力影響壓樁深度，采取消除側(cè)摩阻力的方法施工，有效地解決壓樁深度不足問題。在距離樁端100 mm樁身處焊接Ф14鋼筋環(huán)，鋼管樁樁身預(yù)留間距500 mm的Ф20孔洞，后注水泥砂漿流出孔洞形成鋼管保護(hù)層，保護(hù)層厚度20 mm。鋼管柱樁身制作詳圖如圖4所示。

2.4" 檢驗(yàn)及驗(yàn)收

施工前應(yīng)對成品樁做外觀及強(qiáng)度檢驗(yàn)，接樁用焊條應(yīng)有產(chǎn)品合格證書，或送有關(guān)部門檢驗(yàn)；壓樁用壓力表、錨桿規(guī)格及質(zhì)量應(yīng)進(jìn)行檢查。壓樁施工中應(yīng)檢查壓力、樁垂直度、接樁間歇時(shí)間、樁的連接質(zhì)量及壓入深度[2]。重要工程應(yīng)對電焊接樁的接頭進(jìn)行探傷檢查。對承受反力的結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)觀測。施工結(jié)束后應(yīng)進(jìn)行樁的承載力檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容有：①鋼管樁承載力不小于設(shè)計(jì)值，采用靜載法抽樣試驗(yàn)；②壓樁長度不小于設(shè)計(jì)值，采用鋼卷尺測量；③水泥砂漿強(qiáng)度不小于設(shè)計(jì)值，采用28 d試塊強(qiáng)度試驗(yàn)；④接頭焊接尺寸偏差符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，采用焊縫檢測儀檢測[3-4]。

3" 工程實(shí)例

某住宅樓位于蘭州市城關(guān)區(qū)，該建筑使用功能為住宅樓，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上18層、地下1層，基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，防水筏板厚度為300" mm。建筑高度為52.20 m，建筑物長度為75.45 m，寬度為15.90 m，建筑面積為20 010.30 m2，基礎(chǔ)采用人工挖孔鋼筋混凝土灌注樁，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級為乙級，由1—4個(gè)單元組成，其中2單元和3單元之間預(yù)留結(jié)構(gòu)伸縮縫。該樓近幾年地基出現(xiàn)嚴(yán)重不均勻沉降，主要表現(xiàn)為2單元、3單元伸縮縫頂層變寬，3單元、4單元整體傾斜，地下室筏板下部脫空，室外管道出現(xiàn)倒流現(xiàn)象。

該樓進(jìn)行整體傾斜觀測，測得東西方向（邊長：75.45 m）兩端沉降差分別為68 mm、102 mm，整體傾斜均為0.001；南北方向（邊長：12.30 m）兩端沉降差分別為25 mm、9 mm，整體傾斜分別為0.002、0.001。該樓整體傾斜未超過GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.3.4條要求。蘭州市沙坪村經(jīng)濟(jì)5#住宅樓各層土層物理性能指標(biāo)見表1。

3.1" 壓樁鋼管設(shè)計(jì)

本工程錨桿靜壓樁采用鋼管樁，樁段長度由場地凈高和頂壓設(shè)備尺寸確定，一般取1.0～2.5 m?？倶堕L由持力層深度確定。根據(jù)原設(shè)計(jì)該項(xiàng)目工程樁持力層為Ⅰ區(qū)卵石層埋深25.8～31.6 m，Ⅱ區(qū)卵石層埋深21～26 m，由于持力層較深，壓樁時(shí)鋼管樁側(cè)壁摩擦力對壓樁影響較大，鋼管樁按照端承樁設(shè)計(jì)，為了使鋼管樁有效進(jìn)入持力層，采取壓樁時(shí)消除樁側(cè)摩擦力，并考慮鋼管樁腐蝕現(xiàn)象，對距離樁端100 mm樁身處焊接Ф14鋼筋環(huán)，有效消除壓樁摩擦力。樁身預(yù)留一定數(shù)量Ф20孔洞，后注水泥砂漿流出孔洞形成鋼管保護(hù)層。本工程設(shè)計(jì)鋼管樁尺寸為219 mm×8 mm；靜壓樁長度按照25 m計(jì)算，進(jìn)入卵石層深度按照500 mm。

3.2" 壓樁力計(jì)算公式

單樁極限承載力計(jì)算公式如下所示

Pp=Quk=Qsk+Qpk=μ∑qsikli+λpqpkAP。

3.3" 計(jì)算復(fù)核

根據(jù)工程實(shí)際情況，樁端力主要為粉土層樁端力，粉土層qpk按照2 700 kPa計(jì)算，Qsk=933.6 kN；Qpk=37.1 kN標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算壓樁力計(jì)算值為970.7 kN；消除側(cè)摩阻力壓樁力計(jì)算為37.1 kN；承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1 250.8 kN。

3.4" 高強(qiáng)水泥砂漿設(shè)計(jì)

地基浸水導(dǎo)致該建筑物不均勻沉降，現(xiàn)有注漿技術(shù)主要采用水泥漿改變地基承載力，水泥漿含水量大，易引起建筑物附加沉降，且強(qiáng)度不易保證，采取混凝土澆筑鋼管樁不易對鋼管形成保護(hù)層，影響鋼管使用年限，采用高強(qiáng)度水泥砂漿技術(shù)，確保流動性滿足施工要求，同時(shí)解決流動性和強(qiáng)度問題，避免因水泥漿含水較多引起附加下沉。采用M30水泥砂漿壓力灌注鋼管柱。

鋼管樁豎向承載力特征值為500 kN，根據(jù)規(guī)范要求壓樁力為特征值的1.5倍，壓樁力為750 kN，考慮壓樁安全儲備1.2倍，錨栓總拉拔力為900 kN，根據(jù)壓樁力選擇4根8.8級M33高強(qiáng)螺桿，錨桿螺栓的錨固深度采用12～15倍錨桿直徑，且不小于300 mm，由于原有筏板厚度為300 mm，植筋深度能滿足施工要求，現(xiàn)場植筋深度為280 mm，對現(xiàn)場植筋采取拉拔試驗(yàn)，最小拉拔力為180 kN，原設(shè)計(jì)植筋不能滿足現(xiàn)場需求，采取增加植筋數(shù)量要求。

按照傳統(tǒng)技術(shù)壓樁施工時(shí)鋼管樁壓樁力為900 kN，樁端阻力為37.103 kN，采用端部擴(kuò)大頭消除側(cè)阻力技術(shù)壓樁力為37.1 kN，采用注漿鋼管樁復(fù)合技術(shù)可將鋼管樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值提高到1 200 kN，鋼管樁側(cè)壁預(yù)留孔洞，使水泥砂漿形成20 mm厚水泥漿保護(hù)層，有利于鋼管樁長期防腐。

錨桿鋼管靜壓樁托換技術(shù)能夠解決地基承載力不足及地基不均勻沉降等問題，分析研究大厚度黃土層受力特點(diǎn)及總結(jié)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使鋼管樁能夠有效進(jìn)入持力層尤為重要[5-6]。本文消除了壓樁時(shí)側(cè)摩阻力，有效解決了壓樁深度問題，能夠解決大厚度黃土地區(qū)采用靜壓樁托換技術(shù)難題，值得在既有建筑地基補(bǔ)強(qiáng)處理中推廣應(yīng)用。

4" 結(jié)束語

本文通過對濕陷性黃土地區(qū)鋼管靜壓樁托換技術(shù)的研究，對靜壓樁施工工藝、作用機(jī)理、壓樁力及壓樁深度現(xiàn)狀的分析及良好持力層對托換技術(shù)的重要性，通過實(shí)例分析研究表明：鋼管樁受到側(cè)摩阻力影響，很難進(jìn)入良好持力層，鋼管樁采用消除側(cè)壁壓樁阻力的方法，有效地解決壓樁深度不滿足設(shè)計(jì)問題，解決實(shí)際施工中以設(shè)計(jì)最終壓樁力為主，壓入深度為輔的問題；同時(shí)在樁身預(yù)留孔洞，通過鋼管樁內(nèi)壓力灌注水泥砂漿技術(shù)，增大了鋼管樁直徑，減小鋼管樁后期彎曲變形，同時(shí)為鋼管樁增加保護(hù)層，有利于鋼管樁地下長期防腐。靜壓鋼管樁對土體進(jìn)行了擠密、壓力灌注水泥砂漿，漿體固結(jié)土體較好地改善原有土體，提高土體承載力，對終止不均勻沉降有較好的作用。

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作者簡介：李斌（1992-），男，工程師。研究方向?yàn)榭拐鸾Y(jié)構(gòu)加固及改造。