预压桩基托换法加固施工技术

预压桩基托换法加固施工技术

摘要：西安市地铁一号线半坡站位于灞桥区堡子村转盘中部，采用明挖顺做法施工，车站主体基坑北侧约10m处有一大型雕塑，为保证该雕塑在地铁半坡站深基坑开挖施工期间的稳定、安全，以及半坡站的顺利施工，需对该雕像进行加固保护。本文以该工程为实例，从工程概况、加固方案设计、施工要点及方法等方面介绍了钢筋混凝土预压桩基础托换法加固施工技术。

关键词：基础托换法；既有建筑物；加固技术

中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：

1、工程概况

西安市地铁一号线半坡站位于灞桥区堡子村转盘中部，地形总体平坦，地面高程在412.14～417.96m之间，站区地貌单元属浐河二级阶地。基坑开挖北侧有雄风雕塑一座，距车站主体基坑约10.0m，其东侧为车站ⅲ号出入口工程，明挖法施工，距离约11.0m，车站主体及ⅲ号出入口通道均采用明挖法施工，基坑深度分别为25m和12m，均为深基坑。基坑采用排桩围护，钢支撑做内撑。地下水位在13.8米左右，施工时采用坑外降水。

雄风雕塑全高25m，由基础和上部结构组成，基础采用钢筋混凝土筏板基础，基础长度9m、宽度6m、高度4m，雕塑上部结构由钢骨架和铜质外皮组成，偏心结构，偏心距约3.0m，雕塑连同基础总重约360吨。基础埋深约2.5m，下部1m厚灰土垫层。雄风雕塑平面位置见右图。

2、结构存在问题及原因分析

在半坡站基坑开挖前，根据监测资料显示，雕塑基础已产生不均匀沉降（最大沉降量约100mm），雕塑发生倾斜，重心向基坑一侧偏移，基础周边砖砌体已经开裂。

经专家论证后，认为上述工程问题是雕塑自重在地基为ⅱ级自重湿陷性黄土上超载，是出现不均匀沉降的主要原因，以及外砖墙基础与雕塑基础埋深不同引起的。为保证该雕塑在半坡站深基坑开挖施工期间的稳定、安全，以及半坡站的顺利施工，必须对雕塑基础进行加固。

3、加固保护方案设计

根据上述工程问题现状及工程结构特征，尽管该雕塑发生下沉和倾斜，但其主体结构整体性仍然完好，需对地基基础进行加固补强处理，增强现有地基基础的承载力，阻止基础的继续下沉及上部结构的倾斜，保证雕塑的安全，并保证地铁车站基坑的正常开挖及施工安全。

经结构验算及多种地基基础加固补强处理方案的比较分析，拟对地基基础进行加固补强，采用钢筋混凝土预压桩基础托换法加固补强处理方案。

3.1、加固原理

钢筋混凝土预压桩基础托换法为国外引进的一种既有建筑物地基基础加固处理技术，其基本原理是利用上部结构自重，采用专用液压加载设备将钢筋混凝土预制短桩自基础底面逐根压入基底土

层内，由桩身与桩周土的摩擦力和端承力，经桩式托换后，直接支承上部结构的部分荷载，即将原地基基础的部分荷载转由预压桩承担，起到对原地基基础的加固补强目的。与其他地基基础加固处理方法比较，预压桩基础托换法具有很大的优越性，诸如桩体为预制厂预制，其桩体质量可得到保证；压桩采用专用设备，其压桩力可得到保证，单桩承载力可由现场试验确定，其施工质量可得到保证；桩体顶端与原基础浇灌混凝土承台，可保证桩体与原基础的可靠连接及可靠的传递荷载；桩体位于原基底及上部墙体中心，可直接支承上部结构荷载；另外施工仅在底层操作，压桩操作噪音很小。对于西北湿陷性黄土地区，预压桩托换法是一种可靠可行的加固补强方法。

3.2、方案要点

3.2.1、预压桩选择

采用断面尺寸200mm×200mm的方形钢筋混凝土预制桩，每段短桩长度取1.5m左右，压桩过程由桩端预埋铁件焊接连接为一根整桩。

3.2.2、桩位布置

根据本工程结构特征及工程病害特点，在雕塑基础下边缘平均布置22根预压托换桩；根据桩位布置及结构计算结果，计算取单桩承载力rk = 250 kn，能提供足够的支承力，可保证不再发生沉降：另外根据原场地土土层土性，计算桩尖入土深度约为19m，可进入承载力较好的地层。

4、加固施工组织

4.1、施工进度计划

根据本工程压桩工作量及现场实际情况测算，在正常情况下，计划施工总工期为25天，计划2010年5月22日开工，至2010年6月17日竣工。为保证施工工期，计划安排工具施工工序，尽可能安排平行施工，避免窝工，保证施工顺利进行。

4.2、人员配置

为满足本雕塑基础加固工程施工需要，设负责人1名，技术员1人，质检员1人，安全员1人，材料员1人，焊工1人，压桩工6人，混凝土工3人，普工4人，共计安排施工人员19人。

4.3、机械设备及生产工具

为保证本工程施工需要，安排如下机具：空压机2台，电焊机2台，电动液压千斤顶2套，手动千斤顶2台，电锤2台，托换钢架2套。

5、加固施工方法

5.1、施工工艺流程

钢筋混凝土预压桩基础托换法的做法示意见右图。其施工工艺流程为：挖操作坑、导洞→基础下压桩→桩式托换→坑、洞回填夯实灰土→浇混凝土承台→素土回填、恢复地面，施工工艺流程图见下图。

5.2、施工技术关键

5.2.1、操作坑及导洞开挖

预压桩施工应间隔布置施工。操作坑及导洞采用风动工具开凿地面混凝土，原回填土及地基土采用人工方法开挖。原灰土垫层及灰土挤密桩可用风动工具开挖。操作坑及导洞开挖，应在四周采用方木及木板进行支挡防护，防止周围土体失稳，以保证开挖施工安全。

5.2.2、压桩施工

预压托换桩布置在原基底以下灰土挤密桩之间，并尽可能接近设计桩位，若桩位相差较大，应与设计单位联系，协商变更方法。压桩采用专用液压设备施工，压桩控制压力r压=1.5rk；另外应严格控制桩体垂直度，以保证桩周摩擦力及桩体直接支撑上部垂直荷载。

5.2.2.1、为使桩体与原基础的紧密结合，并控制桩式回弹量，以使单桩产生一定的反力，进一步增大单桩承载力，必须严格控制托换压力大小，取托换压力r桩≤1.5r压，以保证桩体的可靠传力。

5.2.2.2、预压托换桩单桩承载力应由现场单桩静载荷试验确定，单桩承载力应按荷载和变形双控法取值，确保单桩承载力满足设计要求，避免上部结构发生回沉。

5.2.3、单桩承载力试验

预压托换桩单桩承载力应由现场单桩静载荷试验确定，单桩承载力应按荷载和变形双控法取值，确保单桩承载力满足设计要求，避免上部结构发生回沉。

5.2.4、植筋施工

植筋采用机械方法配合人工方法成孔，严禁打断原有混凝土结构