锚杆静压桩不卸载情况下桩孔内锚固封桩技术探索

 李小玥，翁功伟

 （中天建设集团有限公司，浙江  杭州  310020）

[摘要]针对传统锚杆静压桩封桩的不足之处，采用不卸载孔内锚固封桩技术，即在桩顶施加荷载情况下封桩，待封桩混凝土达到一定强度后撤去施加荷载，此时桩与基础能够立即发挥作用，从而有效减少建筑物附加沉降。通过多个工程实践证明，改进的施工工艺能有效减少回弹效应及建筑物附加沉降，封桩后质量可靠。

  [关键词]桩；锚杆静压桩；不卸载封桩；锚固；施工工艺

  [中图分类号]  TU745.3  [文章编号]1002-8498(2016)07-0037-03

0  引言

 锚杆静压桩因其施工方便且能很快提供较高的承载力被广泛应用于建筑物地基加固、纠偏与基础托换等工程中。由于施工经验的缺乏及施工单位片面追求工期利益等因素的影响，一般在压桩结束后会卸下千斤顶、移除桩架，以便施工其余桩。然而，在锚杆静压桩卸载的情况下封桩，桩体的回弹效应很容易导致建筑物产生附加沉降。

 针对上述情况，专家学者提出采用不卸载封桩施工工艺。简言之，封桩时通过桩顶上端的千斤顶进行预压，使桩在保持有一定荷载情况下进行封桩，直到封桩混凝土达到设计强度后撤去预压装置，使得静压桩封桩时即可与原基础共同承担上部结构荷载。

 本文借鉴相关的不卸载封桩施工经验，阐述在压桩过程中采用原施工设备对预制桩进行预压并通过锚固架锚固在桩孔内的改进工艺。改进的不卸载孔内锚固封桩工艺在宁波经过多个工程实践，工艺施工可靠性强，取得了良好的经济效益和工程效果。

1  卸载封桩对建筑物沉降的影响

 锚杆静压桩处理地基后建筑物常产生较大沉降，与压桩卸载后桩的回弹、桩在封桩后未及时发挥作用有很大关系。

 锚杆静压桩施工过程中，压桩力一般为1.5~2倍单桩设计承载力。当压桩力满足设计及规范要求后卸载，使桩在非受力状态下封桩。考虑到锚杆静压桩在施工过程中会产生相当大的弹性压缩变形，若撤去上部压桩力，桩体在自身及桩周土共同作用下产生回弹效应，从而引起基础的附加沉降。

 由于不同地基基础工程土层的性质、桩长、桩径等因素的不同，卸载后桩的回弹量也不相同。一般情况下，回弹量在15~80mm，卸载封桩后建筑物还要下沉15~80mm才能与基础共同受力。意味着非受力状态下，前期锚杆静压桩并未发挥应有的作用，等基础进一步沉降变形时，锚杆静压桩才开始发挥作用。

 桩回弹量越大，对应附加沉降量也越大，使得建筑物与锚杆静压桩共同受力所需的沉降量也越大。

2  改进的不卸载孔内锚固封桩技术

2.1  传统的不卸载封桩技术

 传统的不卸载封桩技术是当桩压到设计标高后，在桩顶利用另行加工的压桩杆和压桩架，用千斤顶在压桩杆上施加设计的预加反力，然后采用早强抗渗微膨胀混凝土进行封桩，待混凝土达到一定强度后，卸除千斤顶和压桩架。

 需要指出的是，达到足以承受预加反力的封桩混凝土强度要求至少需要7d。此外，若封桩混凝土未达到一定强度情况下撤去预加反力，桩的回弹效应将引起建筑物的附加沉降。千斤顶和压桩架需在保证混凝土能够满足要求后方可撤销。

 传统的不卸载封桩技术具有封桩周期长、机械利用率低、封桩费用昂贵及封桩不方便、封桩完成后基础顶需设置上凸桩帽影响净高及使用功能等缺点。传统的不卸载封桩后结构如图1所示。

2.2改进的不卸载孔内锚固技术

 改进的不卸载孔内锚固技术需要在锚杆静压桩留置桩孔时设置型钢定位凹槽及锚固孔。当压桩压至最后一节时，利用送桩器将桩压至锚固孔位置，然后采用特制的锚固架进行锚固。其中锚固架由竖向传力型钢与横向锚固型钢焊接组成，锚固型钢固定后撤去千斤顶及压桩架，最后按通常封桩方法施工，如图2，3所示。

2.3不卸载孔内锚固受力分析

 将横向锚固型钢压入孔壁预留凹槽内时的传力路线：油泵通过油管给千斤顶提供液压进而转化为压桩力P。压桩力P通过锚固横梁型钢传至竖向传力型钢，之后再传递至桩。压桩架底端由左右2组锚杆固定，即每组锚杆承受向上的P/2拉力，2组拉力之和与建筑物的自重或上部施加的荷载进行平衡，如图4a所示。

 锚固横梁型钢利用锚固件锚固在孔壁指定位置后的受力情况：将锚固横梁型钢锚固后撤去上部千斤顶及压桩架，此时桩周土产生的桩侧摩阻力、桩底阻力及桩自身的弹性压缩变形等产生向上合力F，F通过竖向传力型钢传递至上部横向锚固型钢，锚固型钢利用左右2根锚固件与基础进行连接，各组锚固件承受F/2。F最终通过锚固件传递至基础形成平衡，如图4b所示。

2.4封桩工艺流程

 封桩工艺流程：锚杆静压桩施工→送桩至锚固孔位置→焊接锚固架→放置锚固架→锚固架锚固→拆除桩架→清理孔壁→壁孔植筋→浇筑混凝土→封桩完成。

 1)锚杆静压桩施工  在施工过程中需严格控制桩的焊接质量、桩身垂直度、停歇时间等。并需提前配置好合理的单根桩长，以避免因截桩增加额外工作。

 2)送桩至锚固孔位置  当施工至最后一节桩时，需采用送桩器将预制桩压至锚固孔上部，一般控制标高为高出锚固孔标高2 N 5cm；对于无法送至设计标高的桩需截桩，截桩面需平整，以便锚固架安放平稳。

 3)焊接锚固架通过截面计算型钢的规格，将竖向传力型钢与横向锚固型钢焊接成锚固架。焊接宜采用J422焊条，竖向传力型钢与横向锚固型钢满焊均匀，对工程有特殊要求的焊缝需进行检测以及做相应防腐处理。

 4)放置锚固架取出送桩器，并将焊接完成的锚固架通过事先预留的型钢定位凹槽放入预留桩孔内，放置前需将孔内杂物清理干净，以免影响封桩质量。

 5)锚固架锚固  使用千斤顶将锚固架送至锚固孔位置，稳压1~ 2min后采用矩形锚固件锚固在预留锚固孔中，在预留锚固孔时，锚固孔高度可适当放大，以便后期调整。

 6)拆除桩架  锚固架固定后撤去千斤顶及压桩架。

 7)清理孔壁  在预留桩孔拆模时即对桩孔做凿毛清洗处理，待桩锚固后对桩孔进行二次清理，检查孔壁是否存在松动混凝土并用铁刷刷净孔壁。

 8)壁孔植筋  在孔壁四周进行植筋，植筋深度≥15d（d为钢筋直径），植筋宜采用Ⅲ级钢，直径18~ 25mm，一般单壁植筋1～2层、每层1～3根，具体植筋数量视单桩承载力与预留孔大小而定，对型钢定位凹槽等受力薄弱部位宜设置多层钢筋并与四周植筋焊接成钢筋网以增强整体性。

 9)浇筑混凝土  在上述工序完成后立即浇筑混凝土，封桩混凝土采用高强度等级早强抗渗微膨胀混凝土或高强度早强灌浆料，对于封桩过程中存在渗漏水情况时宜分多次进行封桩，层层止水并做好施工缝的处理。

 10)封桩完成封桩完成后对施工场地及时清理，清理干净后指定专人连续观察4～6月孔壁四周是否存在渗漏水现象，发现渗漏水现象及时处理。

2.5注意事项

 1)当基础或底板厚度较薄时可不设置竖向传力型钢，直接采用横向锚固型钢锚固。

 2)当设计预加反力较大时可设置双拼竖向传力型钢，横向型钢可设置双向锚固，双向锚固时型钢定位凹槽需事先考虑双向设置。

 3)为保证孔内锚固桩能够更好地在基础中发挥作用，在预留锚固孔洞上部与下部各增设4根附加钢筋。

3应用实例

3.1工程概况

 宁波某工程为8幢单体高层建筑，总建筑面积约为185 710m2，其中地下室面积约为22 188m2。由于管桩偏位较大，静荷载检测不合格，地基基础加固采用锚杆静压桩。总计施工1060根桩，其中单桩承载力设计值最大300kN，桩长24m。

 因工程总体工期要求，锚杆静压桩投标工期为120d。采用传统卸载封桩方法，考虑到会因大规模、高节奏补桩产生建筑附加沉降；且上部主体仍在施工，急需补桩能够立即发挥受力作用；采用传统的不卸载封桩很难达到工期要求，而且成本投入过大。在与甲方、设计单位沟通后，达成采用不卸载孔内锚固封桩的共识。

3.2不卸载孔内锚固施工

 该工程采用的锚杆静压桩截面均为300mm×300mm，由于设计压桩力为500kN，封桩时竖向传力型钢与横向锚固型钢均采用118加工而成，锚固件采用尺寸320mm×320mm×30mm矩形板，Q235钢材件。

 施工时待桩压至最后一节时设置竖向传力型钢与横向锚固型钢，并将两部分进行满焊连接。利用原施工桩架一次性压至设计标高后采用锚固件进行锚固。对于个别无法送桩至设计标高的先进行试压，试压控制标准为达到设计压桩力。试压完成后记录桩顶至锚固孔的高度，并对竖向传力型钢按实际计算尺寸进行切割修正，修正后再进行压桩锚固。施工完成后撤去压桩架与千斤顶，立即采用抗渗微膨胀混凝土封桩。

 封桩过程中需要在孔壁四壁进行植筋，并将钢筋焊接成网状，以增强结构整体性。

3.3沉降监测

 锚杆静压桩施工期间总计在地下室布置49个沉降点进行了6次观测，加固区累计沉降量为-0.500~+1. 200mm。封桩结束时，上部建筑物荷载基本已达到总荷载的80%左右，说明锚杆静压桩已发挥受力作用，沉降得到了有效控制，期间并无建筑物附加沉降。

3.4封桩质量评估

 锚杆静压桩采用不卸载孔内锚固技术后，减少了上凸桩帽的构造，解决了地下室净高不足的难题。该举措得到了业主、设计单位与监理单位的一致好评。

 沉降监测数据表明，在施工期间附加沉降得到了有效控制，锚杆桩在第一时间及时有效地发挥了承载力作用。

 在建筑物封桩之后进行了封桩孔渗漏水观测，经过长达1年的观测显示封桩孔无任何渗漏水现象。

3.5综合效益评价

 采用改进的锚杆静压桩不卸载孔内锚固技术，由于新增型钢与锚固件，将压桩架与千斤顶置换出来，使得施工周期减少约4倍，施工机械周转率提高约3倍。使用5台桩架，1 060根锚杆施工工期缩短了35d，工期效益与经济效益十分显著。

 在施工锚杆静压桩前期观测到剪力墙上存在4条宽度分别为0. 030，0.001，0.028，0.021cm的裂缝。锚杆静压桩从施工至封闭裂缝间，裂缝长度、宽度没有进一步发展，也没有出现新的裂缝。

 改进的封桩工艺不仅提高了施工效率，解决了构造难题，且有效抑制卸载后桩顶回弹效应。