浅谈桩式托换技术的应用研究
范强 叶维 唐好
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摘 要：本文结合大连市第二十高中宿舍楼基础桩式托换工程实例，阐述了既有建筑物基础桩式托换技术的设计和施工。
关键词：桩式托换、既有建筑物
1、概述
既有建筑物不均匀沉降治理，是地基基础工程中综合性较强的技术课题，而对建筑物地基基础进行桩式托换处理是经常采用的技术方法之一。本文通过结合大连市第二十高中宿舍楼基础桩式托换工程实例，简要介绍桩式托换技术的设计及施工。
2、基本规定
2.1既有建筑物加固前，应先对地基基础进行鉴定，方可进行加固设计和施工；
2.2应先根据加固的目的，结合地基基础和上部结构的现状，并考虑上部结构、基础和地基的共同作用，初步选择加固方案；然后再分别从预期效果、施工难易程度、材料来源和运输条件、施工安全性、对领近建筑和环境的影响、机具条件、施工工期和造价等方面进行技术经济分析和比较，选定最佳的加固方法。
2.3加固施工中应有专人负责质量控制，并进行严密的监测，当出现异常情况时，应及时会同设计人员及相关部门分析原因，妥善解决。
2.4施工过程中应有专门机构负责质量监理。施工结束后应进行工程质量检验和验收。
2.5对地基基础加固的建筑，应在施工期间进行沉降监测，对重要的或对沉降有严格限制的建筑，尚应在加固后继续进行沉降加固，直到沉降稳定为止。对邻近建筑和地下管线应同时进行监测。
3、建筑物概况
该宿舍楼高五层，框架结构，建筑面积近12000m2,基础为天然地基上的浅基础，基础承台为现浇钢筋混凝土，三层台阶式，每层台阶砼厚40cm。地表为新近回填的松散碎石及少量粘土。该楼于2000年7月份建成，建成后即产生不均匀沉降，墙体裂缝持续发展，最大沉降速率1mm/d,而且在加固所用施工竖井开挖过程中发现局部地梁已产生斜向裂缝。
4、场地工程地质条件
该场地地貌单元属于构造剥蚀低丘，地形起伏变化较大，经过人工整平改造已失去原貌。场地地层由上而下依次为：
（1）素填土（Q4ml）：杂色，稍湿，松散，主要由石灰岩碎石及少量红粘土组成。厚度4.8-8.6米。
（2）红粘土(Q3edl )：棕红色，稍湿－湿，硬可塑－可塑，揭露厚度0.2-10米。
（3）、中风化灰岩(Zwhn)：灰色，岩石坚硬，顶面起伏较大，层顶标高6.2-18.2米。
5、建筑物不均匀沉降原因分析及加固方案确定
该楼为独立柱基础型式，基础持力层为红粘土，红粘土在工程地质上为特殊土，该土节理裂隙发育，在垂直方向上工程性质有较大差异。其显著特性是遇水体积膨胀，地基承载力迅速降低，失水后体积减小，承载力有较大提高。通过对沉降监测资料分析，证实了红粘土的反复吸水－失水及厚度不均是造成基础不均匀沉降的主要原因。
根据以上分析，并考虑场地现状（基础埋深较大，上覆地层松散），确定了桩（钢管桩）式托换加固方案。该方案实施通过开挖竖井，在基础承台上井内作业，进行成桩托换加固。其优点是造价低，较易施工，安全性高且不会加剧基础沉降使楼体结构进一步损害。
6、桩式托换设计
由于桩式托换设计涉及的内容很多，本文仅重点介绍桩式托换设计的思路,其具体计算及结构强度验算等欠奉。
（1）、确定原基础持力层地基承载力标准值
根据地质补充勘察资料、室内试验结果及经验，最终确定场地持力层红粘土地基承载力标准值Fk=120kpa。
（2）、确定单桩容许承载力值
首先根据基础承台结构、地质情况等设定桩径、桩长及持力层等参数。然后依据桩基设计及施工规范，计算单桩容许承载力（Ra），也可通过现场压桩试验的方法确定Ra。通过计算方法求取Ra的公式如下：
Ra＝  —侧摩阻力安全系数
 —桩侧的最大摩阻力（KN）
 —桩端承载力安全系数
 —桩端的容许承载力（KN）
经计算，本工程单桩容许承载力Ra为300KN。
（3）、桩数确定
N＝ Si —i型式承台的面积（m2）
F设—地基承载力设计值(KPa )
确定各承台托换桩数N(i=1~12)=｛6,9,5,14,18,4,10,11,6,9,9,7｝
（4）、锚杆杆筋计算（参见锚杆设计规范）
 ≥  —锚杆极限抗拔力（KN）
 —安全系数
依据对称分布的原则，本工程单桩使用反力锚杆数量为4个。杆筋采用Φ28Ⅱ级钢筋，锚固深度80mm。
附桩式托换设计图：
针对该地基土（红粘土）节理裂隙发育的特点，本工程还辅助使用了静压注浆加固方法。
7、桩式托换施工
施工步骤如下：
（1）、基础承台至地面作业竖井施工，钢筋混凝土护壁；
（2）、基础承台上钻孔施工，包括锚杆孔及穿桩钻孔；
（3）、锚杆植筋；
（4）、钢管桩成桩及管内浇砼，采用重锤冲击法成桩；
（5）、锚杆施加预应力；
（6）、浇注锚板防腐砼及坚井回填。
8、验收试验
依据国家相关规范，工程验收试验主要包含以下几个试验：
（1）、压桩试验；
（2）、砼抗压抗渗试验；
（3）、锚杆抗拔试验；
（4）、相关材料复试。
9、沉降监测
我公司施工队伍进场后，即根据《建筑变形测量规程》规定，在该楼外及楼内构造柱上设立沉降观测点，并由业主指定第三方进行定期监测。而且施工结束后仍进行跟踪监测，沉降监测结果表明，该楼不均匀沉降已得到了根本治理。
附沉降最大的2个柱基的沉降监测曲线图。
10、结论
（1）、对建筑物结构和地基情况进行仔细研究分析，弄清不均匀沉降产生原因，是论证处理对策的前提；
（2）、对地基进行补强加固设计前，须采用科学的方法，客观准确地确定现有地基承载力标准值；
（3）、竖井内作业、重锤冲击成桩，是对桩式托换施工工艺的创新；
（4）、对建筑物进行长期沉降监测，是必要的安全保证措施。
参考文献：
1、《既有建筑地基基础加固技术规范》JGJ123－2000
2、《建筑桩基技术规范》JGJ94－94 |
