摘要：本文以既有建（构）筑物基础变形加固为主要探讨对象，着重分析桩式托换基础加固施工技术。结合实际应用情况，总结锚杆式静压钢管桩托换基础加固施工技术和应用经验。
当今，各大城市的规模不断地扩大，建筑物如雨后春笋般拔地而起，新老建筑物如星罗棋布地装点着城市的每个角落。城市里存有大量保留下来历史悠久的建（构）筑物，而这些老建（构）筑物面临着不同程度的破损，然而由于基础不均匀下沉的缘故尤为凸显。同时，目前各大城市为缓解交通拥堵的瓶颈制约，相继在繁华的地段建设地下交通网络，不少地铁区间的隧道紧临既有建（构）筑物基础，有时还需下穿建（构）筑物基础，这些建（构）筑物的基础同样面临着不均匀下沉的考验。
为了根治或预防既有建（构）筑物基础局部变形影响，加强既有建（构）筑物基础和改善地基的承载能力，有效地传递建（构）筑物荷载，从而有效地控制沉降，使建（构）筑物恢复基础承载受力体系，确保建（构）筑物安全使用，本文结合施工经验，着重分析桩式托换基础加固施工技术，总结锚杆式静压桩托换基础加固施工技术和应用经验。
一、托换加固前准备工作
在制定托换工程技术施工方案前，一般应进行周密的调查研究。主要调查对象是：既有建（构）筑物地基、基础和结构的受力体系，并做出相应评价。同时，还要收集为分析基础沉降原因和确定托换工程技术施工方案所需的资料。调查一般包含既有建（构）筑物地基调查和基础调查两大类。
既有建（构）筑物地基调查
对既有建（构）筑物地基调查的内容应包括：搜集场地岩土工程勘察报告资料、既有建（构）筑物的地基基础设计资料（包含设计变更材料）和施工图纸、工程施工各工序隐蔽记录及竣工技术资料，以及结构沉降实测等材料。
1、查阅原有地质勘察报告。其目的在于掌握现场的工程地质和水文地质资料，在制定托换施工方案之前，需要有比较准确、完整的勘察资料，以摸清地基的持力层、下卧层和基岩的性状和埋深；地基的物理力学性能；地下水位及其变化和补给等情况。当查阅工程地质资料过程中，发现原岩土工程勘察资料不完整、不准确，这就必须进行现场补勘工作，在重点部位布置采取补充钻孔或探井措施，取土分析或进行原位测试，以获得较为完整、真实而准确的资料，掌握地质实际情况。否则，不能进行施工，这对托换工程尤为重要。
2、复核原有建筑结构设计图纸。这是为了清楚地了解被托换建筑物的结构、构造用受力特征。其主要内容有荷载分布、上部结构刚度和整体性、基础形式、受力状况及其计算与构造等方面是否合理。若为不良地质条件，还应查明地基是否做了必要的设计处理、处理是否恰当、考虑是否周密。有时还需进行重点的复核验算，作为分析地基、选择方案的初步资料。
3、检查施工隐蔽记录及竣工技术资料。众所周知，地下隐蔽工程的施工质量，对工程建设的影响取着决定性作用。调查整个施工过程中新发生的问题，包括核查是否按图施工以及现场变更记录，曾遇到的施工技术方面的问题与解决办法，施工中的各项原始记录及质量检查验收资料，施工期挖土、排水、雨雪、气温影响等，这些对查清地基承载也是十分重要。
4、收集分析沉降和随荷载与时间而变化的实测资料。通过比较完整系统的实测资料中，直接掌握建筑物沉降的主要部位及严重程度，判定工程整体质量现况，有助于采取相应的有力措施。
5、查明生产、使用及周边环境的实际情况。重点查明生产或使用情况是否与设计相符，施工中与竣工后的周边环境变化状况，如地下水位升降、地面排水条件变迁、气温变化、环境变化、邻近建筑物修建和相邻深基坑开挖、增减荷载、振动等条件的影响。
为了真实而准确地评价地基，可根据既有建（构）筑物的场地条件选用以下方法进行检验：以钻探、井探、槽探等方式进行勘探，以载荷、静力触探、标准贯入、旁压等试验进行原位测试。根据地基检验结果与上部结构现状，对地基进行综合评价，为选择加固处理方案提拱科学依据。
（二）既有建（构）筑物基础调查
对既有建（构）筑物基础调查的内容应包括：搜集既有建（构）筑物的基础和上部主体结构设计资料（包含设计变更材料）和施工图纸及竣工图纸、工程施工各工序隐蔽记录及竣工技术资料。了解既有建（构）筑物各部位基础的实际荷载。通过开挖探坑验证基础类型、材料、尺寸及埋深，检查基础腐蚀或损坏程度，若有桩基，还应查明桩基入土深度、持力层和桩身质量等情况。
为真实而准确地综合评价基础，可选用钻孔取芯法判断基础强度、选用钢筋扫描仪核查基础内部钢筋数量、型号以及分布位置。对于桩基，还可通过沉降观测，测定桩基下沉情况。
二、地基承载力与地基变形计算
在制定托换施工方案进行基础加固前，应按基础实际承受荷载和变形特征进行地基基础承载力和变形验算。
（一）地基承载力计算
当轴心荷载作用时，应符合：þ≤ƒ。
当偏心荷载作用时，还应满足：þmax≤1.2ƒ。
（Þ—基础加固后基础底面处的平均压力设计值；þmax—基础加固后基础底面边缘的最大压力设计值；ƒ—地基承荷力设计值，按现行《建筑地基基础设计规范》确定）
（二）基础加固后基础底面的压力计算
当轴心荷载作用时，应按þ=（F+G）/A进行确定。
当偏心荷载作用时，应按以下计算公式进行确定：
þmax=（F+G）/A+M/Wþmin=（F+G）/A-M/W
（F—基础加固后上部结构传至基础顶面的竖向力设计值；G—基础自重和基础上回填土重设计值，并减去地下水位以下部分的浮力；A—基础底面面积；M—基础加固后作用于基础底面的力矩设计值；W—基础加固后基础底面的截面模量）
（三）地基变形计算
既有建（构）筑物基础加固后的地基变形计算不得大于现行《建筑地基基础设计规范》规定。其基础最终沉降量按s=s0+s1+s2公式进行计算。
（s0—基础加固前已完成的基础沉降量，可通过沉降观测资料确定；s1—基础加固后的基础沉降量，可通过加固后经检测得到的压缩模量计算确定；s2—原建筑荷载下沉降尚未稳定时，通过沉降观测数据推算得出，若沉降已稳定，则该值为0）
三、锚杆式静压钢管桩托换基础加固施工
（一）锚杆式静压钢管桩托换基础适用范围与加固原理
1、适用范围
该托换基础加固技术，适用于粉土、粘性土、人工填土，淤泥质土、湿陷性黄土等地基土（一般要求静力触探比贯入阻力þs﹤80MPa），以及由于地基不均匀沉降引起上部结构开裂或预防上部结构倾斜的基础托换加固工程。
2、加固原理
锚杆式静压钢管桩是利用螺栓锚杆承受反力，通过设置的反力架和千斤顶进行压桩。当压桩力达到单桩设计承载力的1.5倍且桩长达到设计规定时，则可判定满足要求。在不卸载条件下，立即将钢管桩与既有建（构）筑物基础在压桩孔部位采用早强微膨胀砼浇筑锚固处理，当砼达到预期强度后，该钢管桩便能承受上部荷载，迅速起到托换基础的效果，及时阻止或预防建（构）筑物不均匀沉降。
（二）锚杆式静压钢管桩承载力计算
单桩垂直承载力标准值，一般采取现场桩的载荷试验确定，也可以根据现行《建筑地基基础设计规范》以下公式计算确定：
Pa=Pp(ι)/Kp
（Pa—设计单根钢管桩垂直承载力标准值；Pp(ι)—桩最终入土深度ι时的压桩力；Kp—压桩系数，此系数的取值是由桩与土质、桩材、桩截面形状、压桩速度等因素确定，在粘性土中，当钢管桩长小于20m时，Kp一般取值为1.2，在黄土或人工回填中，Kp一般取值为1.5）
若按摩擦桩施工时，还应结合当地经验适当考虑桩基承台下桩间土与桩的共同作用。
（三）锚杆式静压钢管桩施工工序
钢管桩、锚杆制作加工——清理现场——测量放线，确定钢管桩准确位置和安装反力架所需螺栓孔位置——开凿压桩孔及螺栓孔——螺栓锚杆埋设与养护——安装反力架——插桩——安装千斤顶——压桩与接桩——桩长达到设计要求——注浆——灌注砼——拆卸千斤顶——钢管桩与既有基础锚固养护——拆除反力架——切割锚杆
1、钢管桩的制作
钢管桩采用直径150～300mm，厚度不小于6mm的焊管，每节长度根据施工场所的空间大小和反力架高度所决定，一般可加工成1.5～3m/节，每节钢管桩接桩部位施焊一个外套管(长0.25m，壁厚不小于5mm)。钢管桩上部（3～5m范围内）对称开出浆孔，竖向间距500mm，孔径直径40mm。最后一节钢管桩顶部(即：嵌入既有基础部位)，采用直径8mm的钢筋，间距150mm，环向焊接。
2、开凿压桩孔及螺栓孔：根据测量放线，确定钢管桩准确位置和安装反力架所需螺栓孔位置，在既有基础上开凿压桩孔及螺栓孔。压桩孔可由人工或风动机具成孔，并应凿成上小下大的截头锥孔形（即：上口尺寸为钢管桩直径+50mm，下口尺寸为钢管桩直径+100mm），以利于既有基础承受冲剪。螺栓孔宜采用风凿岩机成孔。
3、锚杆式静压钢管桩工作示意图
4、注浆及灌注砼。灌注钢管桩内砼之前，采用优质泥浆通过砼导管对桩孔进行清孔，若水下砼灌注之前还须检查孔底沉渣，泥浆比重和含砂率。要求沉渣厚度控制在5cm以内。清孔完成后，先注水灰比为0.5水泥浆置换钢管桩孔内泥浆，然后按施工配合比投放粒径1cm～3cm碎石，使钢管桩内填充水泥浆与碎石固结形成C30的混凝土，从而完成钢管桩灌注桩的施工，并通过钢管桩上部3～5m范围内所开的出浆孔进行桩外四周土体压浆处理，使得钢管桩上部形成摩擦桩效果。
5、钢管桩与既有基础锚固连接养护，压桩满足设计要求后即，采用快硬微膨胀砼进行浇筑养护到位。钢管桩与既有基础锚固连接构造
四、托换基础加固施工过程主要注意的事项
（一）压桩顺序应从软弱土层厚处开始，逐步向软弱土层薄处过渡，同一承台应对称施工。千斤顶顶升时，托换梁两端的千斤顶须均衡加载，均匀顶升，防止基础受力不平衡。
（二）插桩与压桩过程中，反力压架要保持竖直，锚固螺栓螺帽或锚具应均衡紧固，压桩过程中应随时拧紧松动的螺帽。
（三）桩节应保持竖直，千斤顶、桩节及压桩孔轴线应重合，严禁偏心施压，桩节垂直度偏差不得大于1%桩节长。接桩时要使上下桩面对齐套严，防止桩面错位。
（四）压桩前，应对被托换基础的实际轴力进行现场测试，验证预估轴力，并确定钢管桩基千斤顶预顶力的分级荷载。且应一次连续压桩至设计标高，如需停压应保证桩端停在软土层中，并不得超过24h。同时，严格控制压桩力，使其不得大于建筑物自重，如发现基础上抬时，应通过千斤顶同步缓慢地降低压桩力。
（五）封堵压桩孔前，为保证新、旧混凝土共同协同工作，应对压桩孔旧混凝土界面进行凿毛和洗刷干净顶侧表面处理。封堵压桩所选用的砼应比既有基础砼强度高一标号并加入早强和微膨胀剂的砼。同时，采取可靠措施保证砼振捣密实和养护到位。
五、托换基础加固的施工监测
桩基托换是风险性、技术性很高的工作。施工监测是决定工程成败的重要一环。由于桩基托换对结构的受力和变形有特殊要求，监测工作应贯穿托换全过程，及时反馈监测信息，根据监测信息及时调整沉降变形及施工方法。监测应重点注意以下内容：
（一）对建筑物初始状态的观测
桩基托换前应对被托换建筑物的先期变形、结构裂缝等状况进行周密调查及现场录像，以确定被托换桩的最终沉降控制标准，确保上部结构的正常使用。桩基托换施工过程中应随时监测托换结构上部结构的变形和结构开裂情况，如遇变形和结构开裂趋势增大，应立即停止托换施工，采取措施予以控制。
（二）钢管桩
托换施工每一操作过程均应对钢管桩的桩顶沉降进行监测；需在钢管桩桩顶、桩身及桩底预埋应力测量装置，以测定托换施工及盾构隧道施工过程中，钢管桩的轴力变化。
（三）托换建（构）筑物的梁板应力
托换施工过程中，须对托换建筑物的被托换桩相邻结构层、相邻跨的梁板应力变化进行监测。监测点布置在被托换桩相邻跨梁板的柱底及跨中受拉区。
（四）建（构）筑物沉降和倾斜
桩基托换过程中，紧邻被托换桩周边三跨范围内的结构柱或承重墙均需进行建筑物沉降和建筑物倾斜监测，同时在建（构）筑物顶部角部均应布设沉降和倾斜测点
（五）施工监测其它应注意事项
1、桩基托换前应对托换建筑物的先期变形、结构裂缝等状态进行周密调查及现场录像，以确定被托换桩的最终沉降控制标准，确保上部结构的使用。
2、量测数据必须完整、可靠，及时分析量测数据，对施工工况应有详细描述，为施工过程中判断支护状态提拱真实依据，使之真正能达到施工监控的目的。同时，所有测点均应反映施工中该测点受力或变形随时间的变化，直至测试数据趋于稳定为止。
六、结语
（一）该施工技术在某地下两层、地上七层框架结构的商场应用，加处理至今已有三年时间，后续沉降及裂缝观测表时建筑物沉降已稳定，未出现新的不均匀沉降，达到了预期的处理效果。
（二）锚杆静压钢管桩用了桩长和压桩力双控的措施，大大提高桩身的抗压、抗拉、抗剪强度。并通过高压可使浆液横向渗透到桩侧土层中起到加大桩径的作用，不但改良固结了基础地基，还提高了地基承载力。
（三）施工所需场地较小，适合于狭小空间的应用。同时具有施工机具轻便灵活、施工方便、可在室内施工、无振动、无噪音、施工时不停产和不搬迁等优点，取得了良好的技术经济效益。
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