内容详情
静压桩托换、顶升、迫降等多种技术在高耸建筑工程的应用
分类：
职工文苑
作者：
郭鑫
来源：
直属分公司
发布时间：
2025-12-05 15:56
1工程概况
(1)基本概况
水泥筒仓主体为钢筋混凝土筒仓结构,高48m。承台筏板厚度1.8m，直径20.4m，筏板底埋深4.0m。筏板下采用39根人工挖孔灌注桩,呈同心圆布置。灌注桩桩长29m、桩径1.0m,下部采用扩大头，单桩极限承载力标准值Quk≥11600KN。桩顶承台下铺600mm厚3:7灰土垫层，压实系数0.95，处理范围每侧超出基础外缘500mm。筒仓结构重6734吨，设计入料重13000吨。
(2)变形概况
2023年7月，该地区遭受特大暴雨，筒仓周围排水系统失效，积水达1m以上，雨水未能及时排放。8月初，公司相关部门例行安全检查时，发现筒仓周边地面出现大量裂缝。经测量，发现筒仓向西北方向偏移量0.389m，倾斜变形0.81%，按照《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008表5.5.4条中高耸结构桩基的整体倾斜允许值，当20m＜Hg≤50m时：s≤0.006，筒仓倾斜已超出规范允许值，严重影响生产需求。
(3)水文地质条件
据该区补充勘察及收集的地区地质资料，地层情况如下：
表1地层情况表
Table1 Stratigraphic conditions
层号 | 湿陷情况 | 层底深度（m） |
第①1层杂填土 | 不具湿陷性 | 0.50-1.20 |
第①2层素填土 | 不具湿陷性 | 3.4-4.80 |
第②层湿陷性粉土 | 湿陷性 | 8.4-12.10 |
第③层湿陷性粉土 | 湿陷性 | 14.5-15.2 |
第④层古土壤 | 湿陷性 | 15.6-17.1 |
第⑤层湿陷性粉土 | 湿陷性 | 18.8-19.5 |
第⑥层古土壤 | 不具湿陷性 | 19.9-20.5 |
第⑦层粉土 | 不具湿陷性 | 31.1-32.5 |
第⑧层古土壤 | 不具湿陷性 | 32.7-33.4 |
第⑨层粉土 | 不具湿陷性 | 45.5-48.7 |
2技术方案确定
(1)设计原则
依据场地地质情况、筒仓原有结构设计图，考虑筒仓既有筏板基础厚度大，完整性好，筏板下采用39根人工挖孔灌注桩,呈三排同心圆布置。为达到纠偏、加固的效果，最终确认对西北侧筒仓基底原有灌注桩进行截桩，东南侧采取掏土迫降纠偏，结合高精度的PLC液压同步顶升系统对灌注桩进行顶升，调整倾斜率［2］，使得纠倾后筒仓整体的倾斜率s≤0.6%；加固措施采用坑式静压桩托换，提高地基承载力，加固筒仓整体稳定性。
(2)静压桩设计原则
①桩位布设原则
筒仓基础底部静压桩分散布置，避免受力集中，对筒仓西北侧灌注桩截桩16根，在东南侧截桩8根，均进行了静压桩托换。为保证100%托换率，西北侧布置32根静压桩，东南侧布置18根静压桩，共布置50根静压桩。
②桩长及桩数
桩长由计算确定，桩端应置于稳固硬层中［2］。
根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式估算：
Quk—单桩竖向极限承载力标准值；
Qsk—总极限侧阻力标准值；
Qpk—总极限端阻力标准值；
u—桩身周长；
qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；
li—桩周第i层土的厚度；
qpk—极限端阻力标准值；
Ap—桩端面积。
具体参数参照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）表5.3.5-1和5.3.5-2。桩数按照筒仓正常工作时，由下列公式计算可得
增设静压桩桩长应超出原灌注桩的深度。灌注桩剩余承载力，在截灌注桩后进行载荷试验。
③桩选型
桩身强度应满足单桩承载力要求，按受弯构件设计验算，不得出现长细比过大，不得发生压弯失稳，管材型号不得低于Q345，静压桩托换示意，见图1。
图1 静压桩托换示意图
④设计参数
根据水泥筒仓原结构设计，水泥筒仓筏板下采用39根人工挖孔灌注桩,呈同心圆布置。灌注桩桩长29m、桩径1.0m,下部采用扩大头，单桩极限承载力标准值Quk≥11600KN。在截桩顶升前，我公司对桩基进行载荷试验，确定目前状态下，灌注桩单桩竖向承载力特征值Ra>3500kN。设计采用静压钢管桩377mm×12mm托换，单桩竖向承载力特征值要求Ra≥1400kN，以压力值、桩长双控制，计算需静压桩61500kN/1400kN=44根，布置50根静压桩，满足设计要求。
3施工技术
整体施工顺序：巷道开挖→钢管桩托换→西北侧截桩顶升、东南侧掏土迫降→钢管桩托换加塞钢垫板→灌注桩恢复→巷道回填。
(1)巷道开挖
①地面至坑底高度约6m，需对基坑侧壁1:0.4放坡，坡面采用60mm厚C20挂网+喷射混凝土临时支护。
②坡面铺设单层Ф6@200x200单层双向钢筋，60mm厚C20混凝土护面，单层双向Ф14加强筋。
(2)钢管桩托换施工
钢管桩托换工艺：桩位开挖放线→挖操作坑、导洞→埋桩(桩定位)→压桩及焊接(接桩)→桩式托换。
①制桩：预压托换桩采用直径377mm×12mm钢管桩，由工厂加工为L=1.0m的短桩，短桩端部应加工平整。
②压桩：桩端入土深度不小于35m，施工过程应按压桩力P控制。桩端持力层由压桩力P达到2800KN时的土层确定。若未达到要求的终止压桩力，应续接桩，直至达到P为止。桩位容许累计偏差±20mm，第一节桩连接偏差不应超过±5mm，累计桩身垂直度不大于1%。钢管内灌填C20细石混凝土。
③钢管桩防腐：对于底漆采用喷铝及其合金时除锈等级应达到Sa3级。
(3)截桩顶升施工工艺
①截桩
截桩位置位于筏板底部0.5m位置，先剥离混凝土，漏出钢筋，使得钢筋弯曲两侧。截桩采用静力切割，防止对桩体产生更大的影响；且应保证切割后断面平整光滑，若存在不水平的情况，应通过打磨机打磨断面至水平。
②粘贴钢板
钢板直径820mm，厚度15mm，截桩前把钢板表面打磨干净，待截桩完成，立即完成钢板与断桩表面粘贴。粘贴时应保证胶层厚度均匀，确保粘贴后的钢板也处在水平位置，见截桩顶升示意图2。
图2截桩顶升示意图
③顶升施工
断桩部位上下各设置一层钢垫板，钢垫板直径820mm，壁厚15mm，钢垫板与混凝土之间采用粘钢胶填充密实。同一根切割的灌注桩上的3台千斤顶，千斤顶升力不小于300吨，最大顶升行程200mm，应同步顶升，且应保证顶升高度从最外侧到中心部位依次递减，顶升的具体高度需要根据现场实测计算，每日最高纠偏量不能超过10mm。
④安装永久钢支撑替换千斤顶
待达到纠偏要求后，另外采用三个钢支撑（直径219mm壁厚20mm钢管，内部填充C40高强无机灌浆料至密实）替换下来千斤顶，上部采用钢锲板填塞密实。
⑤补桩还原
剔除断桩部位上下各360mm范围内的混凝土保护层，并采用HRB400直径18mm钢筋与原桩钢筋焊接，外侧采用Ф8@200螺旋箍筋，支模浇筑C40高强无机灌浆料，还原。
⑷掏土迫降
①迫降采用掏土迫降的方法。压桩结束后，桩头采取螺杆及千斤顶可靠支撑后，方可实施掏土作业，掏土后所有液压千斤顶同时卸压迫降，安全可靠地达到迫降效果，控制迫降速率匀速，每天迫降量不得大于5mm。
②迫降采用掏土法，先在基础下开挖200×200mm孔，千斤顶卸压后，沉降速率不能满足要求时，可扩大挖土孔。
⑸沉降观测要求
顶升前在原基础底设置沉降观测点32个，自基础到筒仓顶，布置4排垂直观测点。
①地基病害治理施工过程中，应定期对建筑物和周边设施进行监测。纠倾施工期间每个施工序次监测不应少于1次，且每天监测不应少于3次。变形速率较大时，应加密监测频率;
②加固施工结束后，监测频率为1次/15d～1次/30d;
③治理后建筑物的沉降稳定标准为沉降曲线趋于收敛且最后100d的沉降速率小于0.02mm/d。
⑹基底导坑回填
①压桩结束后，顶升作业完成后,基底以C20微膨胀早强混凝土回填，并振捣密实。
②对导坑回填3:7灰土，分层厚度不大于30cm，填土的压实系数不小于0.95。
4 加固效果分析
2023年9月-11月施工阶段，采用经纬仪对建筑物倾斜率进行观测［4］，西北侧切割后的桩基最大顶升高度96mm，东南侧灌注桩最大沉降22mm，筒仓剩余倾斜值273mm，满足《建筑桩基技术规范》中倾斜率小于0.6%的要求。
2023年12月施工完成后，在后续进行基础回填、地面修复等工作的过程中，封桩阶段预留布置于桩头部位与封桩灌浆料之间的固定厚度泡沫板产生压缩变形，出现沉降，筒仓整体倾斜量有增大趋势，剩余倾斜量最大值252mm,建筑物整体倾斜又再次趋烈。
至2024年8月，筒仓正常投入生产运营后，经过筒仓反复入料，卸料等，多次加载，新增设静压桩效分担筒仓基底压力，抑制地基变形，筒仓剩余倾斜量238mm。随着时间的推移，筒仓的倾斜量呈现不断收敛的趋势，直至趋于稳定。筒仓剩余沉降量曲线，图3。
5 结语
根据监测数据和地基加固后效果分析，截桩、顶升、迫降等多种手段综合运用使得筒仓整体倾斜值小于规范限定值，筒仓在后期生产运营过程中，随着荷载的反复作用，筒仓底部新增的静压桩进一步分担荷载，使得筒仓整体倾斜值趋于减小。
（1）为达到治理的效果，本工程采用截桩、顶升、掏土迫降等多种手段综合运用。首先在截桩顶升前，对桩基进行载荷试验，确定目前状态下，剩余灌注桩单桩竖向承载力特征值。使得设计方案拥有可靠的依据。其次施工坑式静压桩进行整体加固补强，保证截桩100%托换率和工后沉降需要。然后对基底西北侧灌注桩进行截桩、顶升，东南侧掏土迫降纠偏，结合高精度的PLC液压同步顶升系统，调整筒仓整体倾斜率。
图3筒仓剩余沉降量曲线
（2）为保障筒仓施工过程中的整体稳定性，保障冗余安全度，设置了多道安全防线。在筒仓基底对灌注桩截桩24根，保证100%托换率；同一根切割的灌注桩，上下布置直径820mm，厚度15mm钢板，同时放置3台千斤顶和3个钢支撑（直径219mm壁厚20mm钢管，内部填充C40高强无机灌浆料至密实），顶升过程中对钢支撑上的钢板，采用铁锤对钢锲板，进行紧密贴合性检查。
（3）根据沉降监测数据和加固后建筑的使用情况，综合评价建筑加固效果，该案例证明静压桩托换联合截桩、顶升、迫降技术多种手段综合应用，安全、经济、可行，加固效果显著，值得推广应用。
上一页