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靜壓樁托換、頂升、迫降等多種技術在高聳建筑工程的應用
分類：
職工文苑
作者：
郭鑫
來源：
直屬分公司
發(fā)布時間：
2025-12-05 15:56
1工程概況
(1)基本概況
水泥筒倉主體為鋼筋混凝土筒倉結(jié)構(gòu),高48m。承臺筏板厚度1.8m，直徑20.4m，筏板底埋深4.0m。筏板下采用39根人工挖孔灌注樁,呈同心圓布置。灌注樁樁長29m、樁徑1.0m,下部采用擴大頭，單樁極限承載力標準值Quk≥11600KN。樁頂承臺下鋪600mm厚3:7灰土墊層，壓實系數(shù)0.95，處理范圍每側(cè)超出基礎外緣500mm。筒倉結(jié)構(gòu)重6734噸，設計入料重13000噸。
(2)變形概況
2023年7月，該地區(qū)遭受特大暴雨，筒倉周圍排水系統(tǒng)失效，積水達1m以上，雨水未能及時排放。8月初，公司相關部門例行安全檢查時，發(fā)現(xiàn)筒倉周邊地面出現(xiàn)大量裂縫。經(jīng)測量，發(fā)現(xiàn)筒倉向西北方向偏移量0.389m，傾斜變形0.81%，按照《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-2008表5.5.4條中高聳結(jié)構(gòu)樁基的整體傾斜允許值，當20m＜Hg≤50m時：s≤0.006，筒倉傾斜已超出規(guī)范允許值，嚴重影響生產(chǎn)需求。
(3)水文地質(zhì)條件
據(jù)該區(qū)補充勘察及收集的地區(qū)地質(zhì)資料，地層情況如下：
表1地層情況表
Table1 Stratigraphic conditions
層號 | 濕陷情況 | 層底深度（m） |
第①1層雜填土 | 不具濕陷性 | 0.50-1.20 |
第①2層素填土 | 不具濕陷性 | 3.4-4.80 |
第②層濕陷性粉土 | 濕陷性 | 8.4-12.10 |
第③層濕陷性粉土 | 濕陷性 | 14.5-15.2 |
第④層古土壤 | 濕陷性 | 15.6-17.1 |
第⑤層濕陷性粉土 | 濕陷性 | 18.8-19.5 |
第⑥層古土壤 | 不具濕陷性 | 19.9-20.5 |
第⑦層粉土 | 不具濕陷性 | 31.1-32.5 |
第⑧層古土壤 | 不具濕陷性 | 32.7-33.4 |
第⑨層粉土 | 不具濕陷性 | 45.5-48.7 |
2技術方案確定
(1)設計原則
依據(jù)場地地質(zhì)情況、筒倉原有結(jié)構(gòu)設計圖，考慮筒倉既有筏板基礎厚度大，完整性好，筏板下采用39根人工挖孔灌注樁,呈三排同心圓布置。為達到糾偏、加固的效果，最終確認對西北側(cè)筒倉基底原有灌注樁進行截樁，東南側(cè)采取掏土迫降糾偏，結(jié)合高精度的PLC液壓同步頂升系統(tǒng)對灌注樁進行頂升，調(diào)整傾斜率［2］，使得糾傾后筒倉整體的傾斜率s≤0.6%；加固措施采用坑式靜壓樁托換，提高地基承載力，加固筒倉整體穩(wěn)定性。
(2)靜壓樁設計原則
①樁位布設原則
筒倉基礎底部靜壓樁分散布置，避免受力集中，對筒倉西北側(cè)灌注樁截樁16根，在東南側(cè)截樁8根，均進行了靜壓樁托換。為保證100%托換率，西北側(cè)布置32根靜壓樁，東南側(cè)布置18根靜壓樁，共布置50根靜壓樁。
②樁長及樁數(shù)
樁長由計算確定，樁端應置于穩(wěn)固硬層中［2］。
根據(jù)土的物理指標與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗關系確定單樁豎向極限承載力標準值時，宜按下式估算：
Quk—單樁豎向極限承載力標準值；
Qsk—總極限側(cè)阻力標準值；
Qpk—總極限端阻力標準值；
u—樁身周長；
qsik—樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值；
li—樁周第i層土的厚度；
qpk—極限端阻力標準值；
Ap—樁端面積。
具體參數(shù)參照《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ94-2008）表5.3.5-1和5.3.5-2。樁數(shù)按照筒倉正常工作時，由下列公式計算可得
增設靜壓樁樁長應超出原灌注樁的深度。灌注樁剩余承載力，在截灌注樁后進行載荷試驗。
③樁選型
樁身強度應滿足單樁承載力要求，按受彎構(gòu)件設計驗算，不得出現(xiàn)長細比過大，不得發(fā)生壓彎失穩(wěn)，管材型號不得低于Q345，靜壓樁托換示意，見圖1。
圖1 靜壓樁托換示意圖
④設計參數(shù)
根據(jù)水泥筒倉原結(jié)構(gòu)設計，水泥筒倉筏板下采用39根人工挖孔灌注樁,呈同心圓布置。灌注樁樁長29m、樁徑1.0m,下部采用擴大頭，單樁極限承載力標準值Quk≥11600KN。在截樁頂升前，我公司對樁基進行載荷試驗，確定目前狀態(tài)下，灌注樁單樁豎向承載力特征值Ra>3500kN。設計采用靜壓鋼管樁377mm×12mm托換，單樁豎向承載力特征值要求Ra≥1400kN，以壓力值、樁長雙控制，計算需靜壓樁61500kN/1400kN=44根，布置50根靜壓樁，滿足設計要求。
3施工技術
整體施工順序：巷道開挖→鋼管樁托換→西北側(cè)截樁頂升、東南側(cè)掏土迫降→鋼管樁托換加塞鋼墊板→灌注樁恢復→巷道回填。
(1)巷道開挖
①地面至坑底高度約6m，需對基坑側(cè)壁1:0.4放坡，坡面采用60mm厚C20掛網(wǎng)+噴射混凝土臨時支護。
②坡面鋪設單層Ф6@200x200單層雙向鋼筋，60mm厚C20混凝土護面，單層雙向Ф14加強筋。
(2)鋼管樁托換施工
鋼管樁托換工藝：樁位開挖放線→挖操作坑、導洞→埋樁(樁定位)→壓樁及焊接(接樁)→樁式托換。
①制樁：預壓托換樁采用直徑377mm×12mm鋼管樁，由工廠加工為L=1.0m的短樁，短樁端部應加工平整。
②壓樁：樁端入土深度不小于35m，施工過程應按壓樁力P控制。樁端持力層由壓樁力P達到2800KN時的土層確定。若未達到要求的終止壓樁力，應續(xù)接樁，直至達到P為止。樁位容許累計偏差±20mm，第一節(jié)樁連接偏差不應超過±5mm，累計樁身垂直度不大于1%。鋼管內(nèi)灌填C20細石混凝土。
③鋼管樁防腐：對于底漆采用噴鋁及其合金時除銹等級應達到Sa3級。
(3)截樁頂升施工工藝
①截樁
截樁位置位于筏板底部0.5m位置，先剝離混凝土，漏出鋼筋，使得鋼筋彎曲兩側(cè)。截樁采用靜力切割，防止對樁體產(chǎn)生更大的影響；且應保證切割后斷面平整光滑，若存在不水平的情況，應通過打磨機打磨斷面至水平。
②粘貼鋼板
鋼板直徑820mm，厚度15mm，截樁前把鋼板表面打磨干凈，待截樁完成，立即完成鋼板與斷樁表面粘貼。粘貼時應保證膠層厚度均勻，確保粘貼后的鋼板也處在水平位置，見截樁頂升示意圖2。
圖2截樁頂升示意圖
③頂升施工
斷樁部位上下各設置一層鋼墊板，鋼墊板直徑820mm，壁厚15mm，鋼墊板與混凝土之間采用粘鋼膠填充密實。同一根切割的灌注樁上的3臺千斤頂，千斤頂升力不小于300噸，最大頂升行程200mm，應同步頂升，且應保證頂升高度從最外側(cè)到中心部位依次遞減，頂升的具體高度需要根據(jù)現(xiàn)場實測計算，每日最高糾偏量不能超過10mm。
④安裝永久鋼支撐替換千斤頂
待達到糾偏要求后，另外采用三個鋼支撐（直徑219mm壁厚20mm鋼管，內(nèi)部填充C40高強無機灌漿料至密實）替換下來千斤頂，上部采用鋼鍥板填塞密實。
⑤補樁還原
剔除斷樁部位上下各360mm范圍內(nèi)的混凝土保護層，并采用HRB400直徑18mm鋼筋與原樁鋼筋焊接，外側(cè)采用Ф8@200螺旋箍筋，支模澆筑C40高強無機灌漿料，還原。
⑷掏土迫降
①迫降采用掏土迫降的方法。壓樁結(jié)束后，樁頭采取螺桿及千斤頂可靠支撐后，方可實施掏土作業(yè)，掏土后所有液壓千斤頂同時卸壓迫降，安全可靠地達到迫降效果，控制迫降速率勻速，每天迫降量不得大于5mm。
②迫降采用掏土法，先在基礎下開挖200×200mm孔，千斤頂卸壓后，沉降速率不能滿足要求時，可擴大挖土孔。
⑸沉降觀測要求
頂升前在原基礎底設置沉降觀測點32個，自基礎到筒倉頂，布置4排垂直觀測點。
①地基病害治理施工過程中，應定期對建筑物和周邊設施進行監(jiān)測。糾傾施工期間每個施工序次監(jiān)測不應少于1次，且每天監(jiān)測不應少于3次。變形速率較大時，應加密監(jiān)測頻率;
②加固施工結(jié)束后，監(jiān)測頻率為1次/15d～1次/30d;
③治理后建筑物的沉降穩(wěn)定標準為沉降曲線趨于收斂且最后100d的沉降速率小于0.02mm/d。
⑹基底導坑回填
①壓樁結(jié)束后，頂升作業(yè)完成后,基底以C20微膨脹早強混凝土回填，并振搗密實。
②對導坑回填3:7灰土，分層厚度不大于30cm，填土的壓實系數(shù)不小于0.95。
4 加固效果分析
2023年9月-11月施工階段，采用經(jīng)緯儀對建筑物傾斜率進行觀測［4］，西北側(cè)切割后的樁基最大頂升高度96mm，東南側(cè)灌注樁最大沉降22mm，筒倉剩余傾斜值273mm，滿足《建筑樁基技術規(guī)范》中傾斜率小于0.6%的要求。
2023年12月施工完成后，在后續(xù)進行基礎回填、地面修復等工作的過程中，封樁階段預留布置于樁頭部位與封樁灌漿料之間的固定厚度泡沫板產(chǎn)生壓縮變形，出現(xiàn)沉降，筒倉整體傾斜量有增大趨勢，剩余傾斜量最大值252mm,建筑物整體傾斜又再次趨烈。
至2024年8月，筒倉正常投入生產(chǎn)運營后，經(jīng)過筒倉反復入料，卸料等，多次加載，新增設靜壓樁效分擔筒倉基底壓力，抑制地基變形，筒倉剩余傾斜量238mm。隨著時間的推移，筒倉的傾斜量呈現(xiàn)不斷收斂的趨勢，直至趨于穩(wěn)定。筒倉剩余沉降量曲線，圖3。
5 結(jié)語
根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和地基加固后效果分析，截樁、頂升、迫降等多種手段綜合運用使得筒倉整體傾斜值小于規(guī)范限定值，筒倉在后期生產(chǎn)運營過程中，隨著荷載的反復作用，筒倉底部新增的靜壓樁進一步分擔荷載，使得筒倉整體傾斜值趨于減小。
（1）為達到治理的效果，本工程采用截樁、頂升、掏土迫降等多種手段綜合運用。首先在截樁頂升前，對樁基進行載荷試驗，確定目前狀態(tài)下，剩余灌注樁單樁豎向承載力特征值。使得設計方案擁有可靠的依據(jù)。其次施工坑式靜壓樁進行整體加固補強，保證截樁100%托換率和工后沉降需要。然后對基底西北側(cè)灌注樁進行截樁、頂升，東南側(cè)掏土迫降糾偏，結(jié)合高精度的PLC液壓同步頂升系統(tǒng)，調(diào)整筒倉整體傾斜率。
圖3筒倉剩余沉降量曲線
（2）為保障筒倉施工過程中的整體穩(wěn)定性，保障冗余安全度，設置了多道安全防線。在筒倉基底對灌注樁截樁24根，保證100%托換率；同一根切割的灌注樁，上下布置直徑820mm，厚度15mm鋼板，同時放置3臺千斤頂和3個鋼支撐（直徑219mm壁厚20mm鋼管，內(nèi)部填充C40高強無機灌漿料至密實），頂升過程中對鋼支撐上的鋼板，采用鐵錘對鋼鍥板，進行緊密貼合性檢查。
（3）根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)和加固后建筑的使用情況，綜合評價建筑加固效果，該案例證明靜壓樁托換聯(lián)合截樁、頂升、迫降技術多種手段綜合應用，安全、經(jīng)濟、可行，加固效果顯著，值得推廣應用。
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