摘要：本論文結(jié)合某港口倉庫具體的工程實例，對鋼結(jié)構(gòu)倉庫的不均勻沉降引起的傾斜、變形作了分析，闡述了錨桿靜壓樁技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)倉庫加固處理的施工過程，結(jié)果顯示了錨桿靜壓樁技術(shù)對控制沉降變形起到了良好的效果。
一、引言
錨桿靜壓樁加固法是將錨桿和靜力壓樁結(jié)合起來而形成的一種施工方法。即先在建筑物開鑿壓樁孔和錨桿孔，用結(jié)構(gòu)膠種植錨桿，然后安裝反力架，利用建筑物基礎(chǔ)提供的反力，用千斤頂將鋼樁或預(yù)制樁逐段壓入土中。當壓樁力、壓入深度達到設(shè)計要求后，將樁與基礎(chǔ)連結(jié)在一起，用以承擔一部分上部結(jié)構(gòu)荷載，達到提高地基承載力和控制建筑物沉降的目的。
錨桿靜壓樁多用于粉土、粘土、人工填土、淤泥質(zhì)土等地基土的新建（采用逆作法施工）或已建多層建筑物、中小型構(gòu)筑物的地基加固、糾偏工程中。錨桿靜壓樁與其它基礎(chǔ)加固糾偏技術(shù)相比又具有施工時無振動、無噪音、設(shè)備簡單、操作方便、移動靈活、施工所需空間小的特點。成為一種即方便、合理、又經(jīng)濟、有效的加固方法。我們充分利用其特點，將其應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)倉庫的加固中，整個施工過程歷時3個月，最終恢復(fù)正常使用功能。
二、工程概況
某港口鋼結(jié)構(gòu)倉庫，由于堆載過大，地基產(chǎn)生較大沉降變形，造成建筑物出現(xiàn)不均勻沉降而產(chǎn)生傾斜。此鋼結(jié)構(gòu)倉庫為單層，長168m，寬60m，占地面積10080㎡，高8.5m，跨度為30m，采用柱下獨立基礎(chǔ)，中柱基礎(chǔ)尺寸為4m×4m，間距16m，兩排邊柱基礎(chǔ)尺寸為3.2m×2.5m，間距8m。地基土為軟弱地基土，設(shè)計采用強夯地基處理。
該倉庫于2007年年底建成，2008年初開始投入使用，堆貨三個多月后發(fā)現(xiàn)倉庫東側(cè)南部墻體出現(xiàn)大小兩道裂縫，北側(cè)西部墻體出現(xiàn)一道倒“八”字形裂縫，北側(cè)墻體內(nèi)側(cè)1.0m左右處混凝土地面產(chǎn)生一條從東到西的通長裂縫，裂縫最大寬度達10mm，經(jīng)測量柱基的最大沉降量為480mm，最小沉降量為120mm，上部結(jié)構(gòu)的最大傾斜值達42mm?；A(chǔ)產(chǎn)生的不均勻沉降造成建筑物整體向南傾斜。沉降不穩(wěn)定，差異沉降還在繼續(xù)加大，沉降已遠遠超過規(guī)范規(guī)定的地基沉降變形的允許值20mm。
根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告分析，該場地淺部分布的31灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（-5.0～-14.0m），具有高含水量、高壓縮性、中靈敏度軟土的特性，工程地質(zhì)性質(zhì)差，屬不良地基土層。該場地地基土層及其物理參數(shù)描述如下表1：
三、傾斜、變形原因分析
根據(jù)現(xiàn)場情況結(jié)合沉降、傾斜觀測數(shù)據(jù)、工程勘察資料、基礎(chǔ)圖、強夯地基檢測試驗報告等進行分析和研究認為，造成此鋼結(jié)構(gòu)倉庫產(chǎn)生較大不均勻沉降和傾斜變形的原因為：
1、實際堆載遠超設(shè)計堆載。設(shè)計地基按4t/m2的堆載進行強夯處理，檢測報告顯示經(jīng)強夯處理后的地基滿足設(shè)計承載力要求。投產(chǎn)使用中由于局部實際堆載達到設(shè)計堆載的1倍，造成局部地基承擔的實際荷載比設(shè)計的荷載增加2倍，加快了具有高壓縮性軟弱地基土的固結(jié)速率，促使地基在短期內(nèi)產(chǎn)生較大的不均勻沉降。堆積荷載過大，是造成較大不均勻沉降及變形的最主要因素。
2、現(xiàn)場堆載速率過快。倉庫內(nèi)較大的實際堆積荷載是在短期內(nèi)連續(xù)完成加載的。相對于高壓縮性土體較長的固結(jié)時間而言，實際堆積荷載可近似看作為一次加載；相對于設(shè)計荷載而言，局部實際荷載又為設(shè)計荷載的2倍，因而加速了局部土體的固結(jié)沉降，使地基在短期內(nèi)產(chǎn)生較大沉降變形，從而引起鋼結(jié)構(gòu)的傾斜及變形。
3、基礎(chǔ)整體剛度差。該倉庫采取鋼筋混凝土柱下獨立基礎(chǔ)，由沉降觀測數(shù)據(jù)顯示，中柱基礎(chǔ)沉降偏大，因中柱的柱基之間沒有相應(yīng)的條基與地基圈梁連系，加之較大的實際堆載，使基礎(chǔ)的整體剛度變差，缺乏調(diào)整基礎(chǔ)不均勻沉降的能力。
四、加固方案的選擇與設(shè)計計算
1、加固方案的選擇
基礎(chǔ)加固是一種被動的工程補救措施，目標往往正在運行中，受場地及客觀條件的限制，可供選擇的方案很少，而對此鋼結(jié)構(gòu)倉庫而言，倉庫內(nèi)80%地方已堆上荷載，并且倉庫每天都處于施工使用中，因而方案的選擇應(yīng)注意以下兩點：一是應(yīng)盡量減少對地基土體的擾動；二是應(yīng)嚴格控制施工產(chǎn)生的附加沉降，使對上部結(jié)構(gòu)的影響降到最低程度。經(jīng)過幾個方案對比，最終采用錨桿靜壓樁技術(shù)對此鋼結(jié)構(gòu)倉庫進行加固。
采用錨桿靜壓樁技術(shù)：一是能明顯減小軟土的施工附加沉降；二是施工過程中無振動、無噪音，可在場地和空間狹窄的條件下操作，對基礎(chǔ)周圍的堆貨和倉庫在施工過程中的使用影響不大；三是傳遞過程和受力性能明確，能得到每根樁的實際承載力，施工質(zhì)量可靠；四是樁壓入后與土體形成復(fù)合地基，使樁-土共同作用，能夠有效地改善軟土地基承載力，從而達到控制沉降變形的目的。
2、錨桿靜壓樁的設(shè)計計算
錨桿靜壓樁是擠土型樁，截面過大勢必導(dǎo)致排土擠土效應(yīng)過大，對周邊樁、建筑物和管線造成擠壓位移；考慮到施工空間和操作方便的要求，樁截面不宜過大、樁段不宜過長，壓樁數(shù)量及長度根據(jù)此鋼結(jié)構(gòu)倉庫基礎(chǔ)類型，上部結(jié)構(gòu)剛度，荷載特性，地基土的物理、力學(xué)性能等確定。鑒于上述因素，并根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，本工程錨桿樁設(shè)計為摩擦型樁，采用截面為250mm×250mm的鋼筋混凝土預(yù)制方樁，樁段長為2m，主筋為4￠12，箍筋為￠6.5，混凝土強度等級為C30，設(shè)計樁長為15m，樁壓入持力層(32灰色砂質(zhì)粉土)約1.0m，錨桿采用M24光面直桿墩粗螺栓，錨桿的錨固深度一般取10～12倍螺栓直徑，采用硫磺膠泥作為粘結(jié)劑。
單樁豎向承載力特征值計算公式：Ra=qpaAp+up∑qsiali
qpa，qsia－－樁端端阻力、樁側(cè)阻力特征值；Ap－－樁底端橫截面面積；
up－－樁身周邊長度；li－－第i層巖土的厚度
錨桿靜壓樁設(shè)計最終壓樁力按下式計算：
Ｐｐ（Ｌ）＝Ｋｐ•Ｐａ
式中：Ｋｐ壓樁力系數(shù)．在觸變性粘土中，當樁長小于２０ｍ時，Ｋｐ一般?。?５；非觸變性粘土（如填土），Ｋｐ取２.０；
Ｌ－－樁最終入土深度（ｍ）；Ｐａ－－設(shè)計單樁豎向承載力；
根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告提供的數(shù)據(jù)資料和已有的工程經(jīng)驗，經(jīng)上述公式計算后，取最終設(shè)計壓樁力為420KN。由于邊柱荷載較小，中柱荷載較大，又因加固樁一般采用對稱布置，故本工程采取中柱獨立基礎(chǔ)下布6根樁，邊柱獨立基礎(chǔ)下布4根樁的平面布置方案。設(shè)計壓樁數(shù)共計248根。中柱基礎(chǔ)平面布置圖與剖面。
五、加固方案的實施與注意事項
1、錨桿靜壓樁的施工工藝流程：
清除基礎(chǔ)混凝土→樁孔定位放線→樁孔取芯、修孔→鉆取錨固孔→硫磺膠泥埋設(shè)錨桿→錨桿養(yǎng)護→固定壓樁架和千斤頂→運樁、壓樁→硫磺膠泥接樁→壓樁至壓樁力及設(shè)計深度為止→灌漿料封樁。施工過程中需記錄每節(jié)樁的壓樁時間、壓樁力及最終壓樁深度。
2、主要施工工藝要求及施工注意事項：
?、俦竟こ滩捎脙商族^桿壓樁設(shè)備同時工作的方法，嚴格按照施工圖的樁位平面布置，采取先中柱，后邊柱；中柱承臺中先中間樁，后兩側(cè)樁；同一軸線上兩套設(shè)備同時從中間向兩側(cè)的施工順序施工。采用以最終壓樁力控制為主、以樁長控制為輔的雙控原則。
②樁位孔和錨桿孔的開鑿，采用混凝土鉆孔取芯機開孔，用鑿巖機修孔，開鑿空洞不宜過大，壓樁孔逐個鑿?fù)旰笾饌€壓樁。鑿成的壓樁孔應(yīng)上大下小，以利于基礎(chǔ)承臺受沖剪。
③壓樁應(yīng)連續(xù)作業(yè)，中途不宜停歇。錨桿靜壓樁利用壓樁時的擠土效應(yīng)，在樁周一定范圍內(nèi)出現(xiàn)重塑區(qū)，土的粘結(jié)力被破壞，土中超孔隙水壓力增大，土的抗剪強度降低，使樁側(cè)摩阻力大幅度下降，從而可以利用較小的壓力完成壓樁作業(yè)。否則因中途停歇時間過長（超過24小時），土中超孔隙水壓力逐漸消散，土的結(jié)構(gòu)強度得到恢復(fù)，抗剪強度隨之提高，樁側(cè)摩阻力隨之增大，將會造成壓樁阻力增大，難以繼續(xù)施工。
④壓樁過程中必須是千斤頂與樁段的軸線保持垂直，將樁壓入土中1m左右時停止壓樁，調(diào)整兩個方向垂直度，第一節(jié)樁的垂直是樁身質(zhì)量的關(guān)鍵。千斤頂與樁頂間應(yīng)設(shè)置硬木墊塊。
⑤同一承臺下的樁應(yīng)連續(xù)壓入，壓樁速率應(yīng)保持一致，壓力差不宜超過10KN。
⑥接樁一般用硫磺膠泥接樁，當下節(jié)樁壓到漏出地面0.2m~0.4m時，應(yīng)接上節(jié)樁。上下樁相接時必須使錨固筋與錨固孔重合，套上硫磺膠泥夾箍后，保證夾箍與樁面結(jié)合，接樁要上下樁面充分粘結(jié)對齊，防止樁面錯位，澆筑時間應(yīng)控制在2min以內(nèi)；新澆筑的硫磺膠泥接頭，應(yīng)有一定時間進行冷卻，一般應(yīng)大于7min。
⑦采取有效的措施控制附加沉降。在中柱施工過程中，利用水準儀對沉降較大的柱基進行沉降觀測。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，本工程采取控制壓樁速率控制沉降變形，防止樁周超孔隙水壓力和樁端阻力過大，避免樁周土體強度下降過多以及樁端以下土層產(chǎn)生較大的變形。
⑧若樁頂接近地面，而樁壓力值未達到規(guī)定時，可用送樁器將樁壓入基礎(chǔ)下面。
⑨樁與基礎(chǔ)的錨固即封樁。樁和承臺及混凝土底板能否連接牢固，承載力是否達到要求，聯(lián)結(jié)節(jié)點形式是否合理，都是封樁后樁能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵。為保證封樁的質(zhì)量，將樁頭孔壁及樁面鑿毛處理，并將孔內(nèi)雜物清理干凈。本工程采用無收縮自密實灌漿料封孔，灌漿料的強度等級為C40。在澆注灌漿料時，樁孔表面應(yīng)潮濕，無積水，以確?？妆谂c封樁灌漿料有良好的結(jié)合。
六、加固效果分析
為了檢驗錨桿靜壓樁對地基的加固效果，在倉庫東西方向的三條軸線上設(shè)置15個固定沉降觀測點，其分別位于鋼柱根部。觀測點布置如圖3。之后平均每周觀測一次，連續(xù)觀測三個月后發(fā)現(xiàn)沉降已基本趨于穩(wěn)定，現(xiàn)將工程竣工驗收后及竣工驗收三個月后的沉降觀測數(shù)據(jù)整理。
由以上觀測數(shù)據(jù)分析，經(jīng)過錨桿靜壓樁技術(shù)加固處理后的倉庫基礎(chǔ)，其沉降變形已有效的控制在規(guī)范規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。表2中，沉降較大的中柱承臺加固施工后，其沉降量為10~20mm，加固三個月后，其沉降量為12~21mm，沉降已基本趨于穩(wěn)定。由相鄰兩測點間的差異沉降形成的相對傾斜值也滿足規(guī)范規(guī)定的允許值要求，該處理方案達到了預(yù)期效果。取得了較好的經(jīng)濟效率與社會效率，在已有建筑基礎(chǔ)加固中能夠廣泛應(yīng)用。
七、結(jié)語
?。?）本工程實踐表明，由于錨桿靜壓樁采用了靜壓方式，避免了沖擊應(yīng)力，對樁周土體的隆起及水平擠壓較小，從而降低了對建筑物結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的不良影響，又可以在短期內(nèi)達到控制沉降變形的目的。
（2）該工藝采用的施工機具簡單，對施工現(xiàn)場條件要求不高，對于一些地基是經(jīng)過強夯處理后的地基層，且建筑又處于投產(chǎn)使用中，其設(shè)計壓樁力相對較小，為了保證壓樁的完整率，可先引孔，后壓樁。
?。?）錨桿靜壓樁壓完后便實施封樁，立即分擔原基礎(chǔ)部分荷載，并把它傳遞到深層較好的持力層中，起到壓力擴散作用，從而有效地避免沉降較大部位產(chǎn)生附加沉降。在壓樁施工中由于擠土作用，在樁周一定范圍內(nèi)出現(xiàn)重塑區(qū)，土的粘聚力被破壞，土中超孔隙水壓力增大，土的抗剪強度降低，因此，樁側(cè)摩阻力明顯減少。錨桿靜壓樁即利用此特性，用較小的壓樁力將樁壓至較深的土層中，隨著時間的推移，超孔隙水壓力也逐漸消散，土的結(jié)構(gòu)強度得到恢復(fù)，抗剪強度也隨之逐漸提高。
（4）又好又快的封樁，可促使樁周和樁端下一定范圍內(nèi)的土體建立起預(yù)加壓力。預(yù)加壓力的作用是：一是預(yù)加壓力能與上部荷載平衡；二是建立預(yù)加壓力后，可使基礎(chǔ)有微量回彈，從而減少上部土層基底壓力，將上部荷載通過樁傳遞至下部較好的持力層；三是對倉庫產(chǎn)生的不均勻沉降進行調(diào)整。
?。?）建筑物的加固過程是建筑物上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)和地基中應(yīng)力和位移的調(diào)整過程，不能急于求成，應(yīng)加強現(xiàn)場監(jiān)測，以便隨時根據(jù)監(jiān)測結(jié)果修改或調(diào)整指導(dǎo)加固的設(shè)計與方案。
?。?）對已產(chǎn)生較大沉降事故的且基礎(chǔ)為柱下獨立基礎(chǔ)的建筑，采用錨桿靜壓樁技術(shù)使樁與地基土形成樁-土共同作用的復(fù)合地基的加固方案，能迅速制止沉降和傾斜，且施工過程中不會引起附加沉降，對控制獨基的沉降變形有顯著效果。
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