摘要：本论文结合某港口仓库具体的工程实例，对钢结构仓库的不均匀沉降引起的倾斜、变形作了分析，阐述了锚杆静压桩技术在钢结构仓库加固处理的施工过程，结果显示了锚杆静压桩技术对控制沉降变形起到了良好的效果。

 

 

　　锚杆静压桩加固法是将锚杆和静力压桩结合起来而形成的一种施工方法。即先在建筑物开凿压桩孔和锚杆孔，用结构胶种植锚杆，然后安装反力架，利用建筑物基础提供的反力，用千斤顶将钢桩或预制桩逐段压入土中。当压桩力、压入深度达到设计要求后，将桩与基础连结在一起，用以承担一部分上部结构荷载，达到提高地基承载力和控制建筑物沉降的目的。

 

　　锚杆静压桩多用于粉土、粘土、人工填土、淤泥质土等地基土的新建（采用逆作法施工）或已建多层建筑物、中小型构筑物的地基加固、纠偏工程中。锚杆静压桩与其它基础加固纠偏技术相比又具有施工时无振动、无噪音、设备简单、操作方便、移动灵活、施工所需空间小的特点。成为一种即方便、合理、又经济、有效的加固方法。我们充分利用其特点，将其应用到钢结构仓库的加固中，整个施工过程历时3个月，最终恢复正常使用功能。

 

 

　　某港口钢结构仓库，由于堆载过大，地基产生较大沉降变形，造成建筑物出现不均匀沉降而产生倾斜。此钢结构仓库为单层，长168m，宽60m，占地面积10080㎡，高8.5m，跨度为30m，采用柱下独立基础，中柱基础尺寸为4m×4m，间距16m，两排边柱基础尺寸为3.2m×2.5m，间距8m。地基土为软弱地基土，设计采用强夯地基处理。

 

　　该仓库于2007年年底建成，2008年初开始投入使用，堆货三个多月后发现仓库东侧南部墙体出现大小两道裂缝，北侧西部墙体出现一道倒“八”字形裂缝，北侧墙体内侧1.0m左右处混凝土地面产生一条从东到西的通长裂缝，裂缝最大宽度达10mm，经测量柱基的最大沉降量为480mm，最小沉降量为120mm，上部结构的最大倾斜值达42mm。基础产生的不均匀沉降造成建筑物整体向南倾斜。沉降不稳定，差异沉降还在继续加大，沉降已远远超过规范规定的地基沉降变形的允许值20mm。

 

　　根据工程地质勘察报告分析，该场地浅部分布的31灰色淤泥质粉质粘土（-5.0～-14.0m），具有高含水量、高压缩性、中灵敏度软土的特性，工程地质性质差，属不良地基土层。该场地地基土层及其物理参数描述如下表1：

 

　　三、倾斜、变形原因分析

 

　　根据现场情况结合沉降、倾斜观测数据、工程勘察资料、基础图、强夯地基检测试验报告等进行分析和研究认为，造成此钢结构仓库产生较大不均匀沉降和倾斜变形的原因为：

 

　　1、实际堆载远超设计堆载。设计地基按4t/m2的堆载进行强夯处理，检测报告显示经强夯处理后的地基满足设计承载力要求。投产使用中由于局部实际堆载达到设计堆载的1倍，造成局部地基承担的实际荷载比设计的荷载增加2倍，加快了具有高压缩性软弱地基土的固结速率，促使地基在短期内产生较大的不均匀沉降。堆积荷载过大，是造成较大不均匀沉降及变形的最主要因素。

 

　　2、现场堆载速率过快。仓库内较大的实际堆积荷载是在短期内连续完成加载的。相对于高压缩性土体较长的固结时间而言，实际堆积荷载可近似看作为一次加载；相对于设计荷载而言，局部实际荷载又为设计荷载的2倍，因而加速了局部土体的固结沉降，使地基在短期内产生较大沉降变形，从而引起钢结构的倾斜及变形。

 

　　3、基础整体刚度差。该仓库采取钢筋混凝土柱下独立基础，由沉降观测数据显示，中柱基础沉降偏大，因中柱的柱基之间没有相应的条基与地基圈梁连系，加之较大的实际堆载，使基础的整体刚度变差，缺乏调整基础不均匀沉降的能力。

 

 

　　1、加固方案的选择

 

　　基础加固是一种被动的工程补救措施，目标往往正在运行中，受场地及客观条件的限制，可供选择的方案很少，而对此钢结构仓库而言，仓库内80%地方已堆上荷载，并且仓库每天都处于施工使用中，因而方案的选择应注意以下两点：一是应尽量减少对地基土体的扰动；二是应严格控制施工产生的附加沉降，使对上部结构的影响降到最低程度。经过几个方案对比，最终采用锚杆静压桩技术对此钢结构仓库进行加固。

 

　　采用锚杆静压桩技术：一是能明显减小软土的施工附加沉降；二是施工过程中无振动、无噪音，可在场地和空间狭窄的条件下操作，对基础周围的堆货和仓库在施工过程中的使用影响不大；三是传递过程和受力性能明确，能得到每根桩的实际承载力，施工质量可靠；四是桩压入后与土体形成复合地基，使桩-土共同作用，能够有效地改善软土地基承载力，从而达到控制沉降变形的目的。

 

　　2、锚杆静压桩的设计计算

 

　　锚杆静压桩是挤土型桩，截面过大势必导致排土挤土效应过大，对周边桩、建筑物和管线造成挤压位移；考虑到施工空间和操作方便的要求，桩截面不宜过大、桩段不宜过长，压桩数量及长度根据此钢结构仓库基础类型，上部结构刚度，荷载特性，地基土的物理、力学性能等确定。鉴于上述因素，并根据工程地质勘察报告，本工程锚杆桩设计为摩擦型桩，采用截面为250mm×250mm的钢筋混凝土预制方桩，桩段长为2m，主筋为4￠12，箍筋为￠6.5，混凝土强度等级为C30，设计桩长为15m，桩压入持力层(32灰色砂质粉土)约1.0m，锚杆采用M24光面直杆墩粗螺栓，锚杆的锚固深度一般取10～12倍螺栓直径，采用硫磺胶泥作为粘结剂。

 

　　单桩竖向承载力特征值计算公式：Ra=qpaAp+up∑qsiali

 

　　qpa，qsia－－桩端端阻力、桩侧阻力特征值；Ap－－桩底端横截面面积；

 

　　up－－桩身周边长度；li－－第i层岩土的厚度

 

　　锚杆静压桩设计最终压桩力按下式计算：

 

　　Ｐｐ（Ｌ）＝Ｋｐ•Ｐａ

 

　　式中：Ｋｐ压桩力系数．在触变性粘土中，当桩长小于２０ｍ时，Ｋｐ一般取１.５；非触变性粘土（如填土），Ｋｐ取２.０；

 

　　Ｌ－－桩最终入土深度（ｍ）；Ｐａ－－设计单桩竖向承载力；

 

　　根据工程地质勘察报告提供的数据资料和已有的工程经验，经上述公式计算后，取最终设计压桩力为420KN。由于边柱荷载较小，中柱荷载较大，又因加固桩一般采用对称布置，故本工程采取中柱独立基础下布6根桩，边柱独立基础下布4根桩的平面布置方案。设计压桩数共计248根。中柱基础平面布置图与剖面。

 

 

　　1、锚杆静压桩的施工工艺流程：

 

　　清除基础混凝土→桩孔定位放线→桩孔取芯、修孔→钻取锚固孔→硫磺胶泥埋设锚杆→锚杆养护→固定压桩架和千斤顶→运桩、压桩→硫磺胶泥接桩→压桩至压桩力及设计深度为止→灌浆料封桩。施工过程中需记录每节桩的压桩时间、压桩力及最终压桩深度。

 

　　2、主要施工工艺要求及施工注意事项：

 

　　①本工程采用两套锚杆压桩设备同时工作的方法，严格按照施工图的桩位平面布置，采取先中柱，后边柱；中柱承台中先中间桩，后两侧桩；同一轴线上两套设备同时从中间向两侧的施工顺序施工。采用以最终压桩力控制为主、以桩长控制为辅的双控原则。

 

　　②桩位孔和锚杆孔的开凿，采用混凝土钻孔取芯机开孔，用凿岩机修孔，开凿空洞不宜过大，压桩孔逐个凿完后逐个压桩。凿成的压桩孔应上大下小，以利于基础承台受冲剪。

 

　　③压桩应连续作业，中途不宜停歇。锚杆静压桩利用压桩时的挤土效应，在桩周一定范围内出现重塑区，土的粘结力被破坏，土中超孔隙水压力增大，土的抗剪强度降低，使桩侧摩阻力大幅度下降，从而可以利用较小的压力完成压桩作业。否则因中途停歇时间过长（超过24小时），土中超孔隙水压力逐渐消散，土的结构强度得到恢复，抗剪强度随之提高，桩侧摩阻力随之增大，将会造成压桩阻力增大，难以继续施工。

 

　　④压桩过程中必须是千斤顶与桩段的轴线保持垂直，将桩压入土中1m左右时停止压桩，调整两个方向垂直度，第一节桩的垂直是桩身质量的关键。千斤顶与桩顶间应设置硬木垫块。

 

　　⑤同一承台下的桩应连续压入，压桩速率应保持一致，压力差不宜超过10KN。

 

　　⑥接桩一般用硫磺胶泥接桩，当下节桩压到漏出地面0.2m~0.4m时，应接上节桩。上下桩相接时必须使锚固筋与锚固孔重合，套上硫磺胶泥夹箍后，保证夹箍与桩面结合，接桩要上下桩面充分粘结对齐，防止桩面错位，浇筑时间应控制在2min以内；新浇筑的硫磺胶泥接头，应有一定时间进行冷却，一般应大于7min。

 

　　⑦采取有效的措施控制附加沉降。在中柱施工过程中，利用水准仪对沉降较大的柱基进行沉降观测。根据观测数据，本工程采取控制压桩速率控制沉降变形，防止桩周超孔隙水压力和桩端阻力过大，避免桩周土体强度下降过多以及桩端以下土层产生较大的变形。

 

　　⑧若桩顶接近地面，而桩压力值未达到规定时，可用送桩器将桩压入基础下面。

 

　　⑨桩与基础的锚固即封桩。桩和承台及混凝土底板能否连接牢固，承载力是否达到要求，联结节点形式是否合理，都是封桩后桩能否发挥作用的关键。为保证封桩的质量，将桩头孔壁及桩面凿毛处理，并将孔内杂物清理干净。本工程采用无收缩自密实灌浆料封孔，灌浆料的强度等级为C40。在浇注灌浆料时，桩孔表面应潮湿，无积水，以确保孔壁与封桩灌浆料有良好的结合。

 

 

　　为了检验锚杆静压桩对地基的加固效果，在仓库东西方向的三条轴线上设置15个固定沉降观测点，其分别位于钢柱根部。观测点布置如图3。之后平均每周观测一次，连续观测三个月后发现沉降已基本趋于稳定，现将工程竣工验收后及竣工验收三个月后的沉降观测数据整理。

 

　　由以上观测数据分析，经过锚杆静压桩技术加固处理后的仓库基础，其沉降变形已有效的控制在规范规定的允许范围之内。表2中，沉降较大的中柱承台加固施工后，其沉降量为10~20mm，加固三个月后，其沉降量为12~21mm，沉降已基本趋于稳定。由相邻两测点间的差异沉降形成的相对倾斜值也满足规范规定的允许值要求，该处理方案达到了预期效果。取得了较好的经济效率与社会效率，在已有建筑基础加固中能够广泛应用。

 

 

　　（1）本工程实践表明，由于锚杆静压桩采用了静压方式，避免了冲击应力，对桩周土体的隆起及水平挤压较小，从而降低了对建筑物结构和周围环境的不良影响，又可以在短期内达到控制沉降变形的目的。

 

　　（2）该工艺采用的施工机具简单，对施工现场条件要求不高，对于一些地基是经过强夯处理后的地基层，且建筑又处于投产使用中，其设计压桩力相对较小，为了保证压桩的完整率，可先引孔，后压桩。

 

　　（3）锚杆静压桩压完后便实施封桩，立即分担原基础部分荷载，并把它传递到深层较好的持力层中，起到压力扩散作用，从而有效地避免沉降较大部位产生附加沉降。在压桩施工中由于挤土作用，在桩周一定范围内出现重塑区，土的粘聚力被破坏，土中超孔隙水压力增大，土的抗剪强度降低，因此，桩侧摩阻力明显减少。锚杆静压桩即利用此特性，用较小的压桩力将桩压至较深的土层中，随着时间的推移，超孔隙水压力也逐渐消散，土的结构强度得到恢复，抗剪强度也随之逐渐提高。

 

　　（4）又好又快的封桩，可促使桩周和桩端下一定范围内的土体建立起预加压力。预加压力的作用是：一是预加压力能与上部荷载平衡；二是建立预加压力后，可使基础有微量回弹，从而减少上部土层基底压力，将上部荷载通过桩传递至下部较好的持力层；三是对仓库产生的不均匀沉降进行调整。

 

　　（5）建筑物的加固过程是建筑物上部结构，基础和地基中应力和位移的调整过程，不能急于求成，应加强现场监测，以便随时根据监测结果修改或调整指导加固的设计与方案。

 

　　（6）对已产生较大沉降事故的且基础为柱下独立基础的建筑，采用锚杆静压桩技术使桩与地基土形成桩-土共同作用的复合地基的加固方案，能迅速制止沉降和倾斜，且施工过程中不会引起附加沉降，对控制独基的沉降变形有显著效果。