锚杆静压混凝土桩在水利工程中的应用

　　摘要:锚杆静压桩法是近年来开发的一项地基加固新技术，主要是在建筑物的纠偏、基础沉降不均等建筑工程中得到广泛的应用，经济效益及处理效果都非常显著。本文介绍了锚杆静压桩法的基本原理，通过实践证明，该法在小型水利工程中的应用效果良好，值得推广。
　　关键词:锚杆静压桩；小型水利工程；应用
　　
　　锚杆静压桩法是近年来开发的一项地基加固新技术，主要是在建筑物的纠偏、基础沉降不均等建筑工程中得到广泛的应用，经济效益及处理效果都非常显著。
　　由于行业特点和工程投资渠道的不同，在水工建筑物基础处理设计时，通常采用的都是传统的几种方法，对于锚杆静压桩这种新的地基处理技术，目前在水利行业还没有推广，应用较少。
　　作者结合2007年梅州市某河堤除险加固工程———排涝泵站，采用了锚杆静压桩进行工程处理作一介绍，供同行参考。
　　1锚杆静压桩的基本原理
　　锚杆静压桩就是利用建筑物本身底板做为压桩承台，通过预留压桩孔和预埋锚杆，以承台的自重做为压载，借锚杆反力，采用液压压桩机通过反力架将钢筋混凝土预制短桩逐段压入桩孔内，当压桩力达到1.5倍桩的设计承载力和满足设计桩长时，该孔桩便达到设计要求。当所有桩孔压桩完毕，再进行现浇混凝土封孔，整个桩群便能承受上部荷载，从而减少地基土的压力，防止建筑物产生不均匀沉降，从而达到地基加固的目的。
　　锚杆的规格和形式根据压桩机的要求而定，一般采用螺栓式，锚杆直径Ф22左右，锚杆埋深30cm左右并与底板钢筋焊接。预制桩采用钢筋混凝土结构，断面形状为矩形，边长一般为20～30cm，桩段长一般为2.0～3.0m不等，锚杆采用Ⅰ级或Ⅱ级钢筋，混凝土强度不低于C30。为保证混凝土预制桩的质量和规格，桩的制作应在专业生产厂进行，压桩强度要求达到100%。
　　将桩压入土中时由于土体对桩的阻力，首根桩底部应设计成尖头，这样既减少压桩阻力，同时也便于桩底部较易压入持力层。压桩阻力Pp由桩侧阻力和桩尖阻力两部分组成，其表达式为：
　　              
　　式中：U—桩周长（m）；
　　hi—各层土的厚度（m）；
　　fi—各土层的桩侧阻力系数（kPa）；
　　A—桩尖面积（m2）；
　　gi—桩尖阻力系数（kPa）。
　　在压桩过程中，由于挤土的作用，在桩周一定范围内会出现重塑区，土的粘聚力被破坏，土中超孔隙水压力增大，土的抗剪强度大大降低。因此，桩的侧摩阻力明显减小，压桩即利用此特性，能用较小的压桩力将桩压入较深的土层中去。随着时间的推移，超孔隙水压力逐渐消散，土体逐渐压密固结，抗剪强度也随之提高，土的结构强度得到恢复，桩的侧向摩阻力也明显增大。
　　根据工程应用实践，经3周左右的时间单桩承载力将得到明显恢复，其安全系数可以达到2.0左右，能满足设计要求。
　　按照锚杆静压桩技术规程规定，静压桩最终设计压桩力按下式计算：
　　                      
　　式中：Kp—压桩力系数，取值1.5～2.0；
　　Pa—设计单桩垂直允许承载力（kN）；
　　P（pl）—设计最终单桩压桩力（kN）；
　　L—设计桩最终入土深度（m）。
　　2工程应用
　　某排涝泵站位于梅州市，原排涝原站址作为站址，地面高程19.40m，设计底板高程13.40m，泵室平面尺寸为长16.60m、宽7.80m，底板厚度0.8m。根据站址地质钻孔资料，其地层结构自上而下分别为：回填壤土、淤泥质粉质粘土、砂卵石夹壤土、基岩。由于建筑物底板座落在淤泥质粉质粘土层上，该淤泥层厚6.5m左右，标贯N仅为3～4击，承载力f仅为80～90kPa，根本不能满足建筑物承载力要求，因此，设计时采用了钢筋混凝土预制桩加固，桩基深入砂卵石层1.0m，通过计算其承载力能够满足设计要求。
　　在实际施工过程中，由于地下水位较高，土层含水量较大，开挖深度为6m，基坑开挖相当困难，周边塌方非常严重，站址两侧均为民用建筑，开挖时影响了民房安全。基坑开挖完成后，出现了3方面的问题：①无论哪种打桩机具都体积大、重量重，在吊装机械无法到场的情况下，进入施工平台非常困难；②打桩机作业时，巨大的震动必然会影响基坑边坡和周边民房空地的稳定，一旦出现塌方，后果将是民房倒塌、机具掩埋，甚至还会危及施工人员的生命；③基坑周边超挖宽度有限，无法摆放施工机具，如若满足施工平台要求，必须增加开挖平面，这就意味着周边若干民房都得拆除。
　　根据这一情况，通过多方考证和综合比较，我们采用了建筑行业房屋纠偏技术中的锚杆静压桩法。
　　具体做法：建基面开挖完成后即浇筑混凝土底板，底板上按设计桩位要求预留压桩孔，孔径为上口45cm×45cm，下口35cm×35cm，孔周边预埋4根Ф22钢筋锚杆。预制混凝土桩断面25cm×25cm，强度为C30，桩段长度2.0m，桩段间采用硫磺胶泥连接。压桩采用YJ-I50型液压压桩机，将已浇筑好的混凝土底板做为压桩承台对称平衡进行，桩底部深入卵石层1.0m左右，桩顶部平齐混凝土底板底部，当压桩深度和压桩力达到设计要求值时即可。所有桩基沉压完毕即进行封孔，封孔时首先清除孔内泥水杂物、凿毛清洗孔壁、焊接压桩时割断的钢筋并增加适量钢筋，然后进行混凝土浇筑，封孔采用C30混凝土现浇，混凝土搅拌时添加适量微膨胀早强剂，浇筑完毕湿养护7d后即工程全部结束（见附图）。
　　                                    
　                                                       附图：桩孔断面布置图
　　3应用总结
　　通过对排涝泵站和某排涝闸地基加固处理，进行锚杆静压桩与传统打桩的方法相比较，确实有很多无法比拟的特点，具体有以下几方面：
　　（1）施工机具结构简单、轻便，移动灵活，操作技术易于掌握。一般情况下2个人就可以搬运和安装就位，压桩时一台机具仅需一个人操作。
　　（2）施工速度快，正常情况下每台班可压桩50～70延米，可多台（应对称）同时进行，也可以与上部结构同步施工，不占绝对工期，大大加快了施工进度，节省了加固费用。
　　（3）由于施工机具结构简单，操作平台较小，因此基坑开挖无需扩大，减少了大量的土方开挖，降低了工程因征地、拆迁而带来的费用。
　　（4）预先浇筑底板做为承压平台，整个压桩过程都是在混凝土底板上进行，施工人员免受了坑洼泥泞地
　　施工的辛苦。同时压桩时没有了机械打桩的巨大振动和噪音，对工程区周边环境没有任何影响，做到了文明施工。
　　（5）采用分段压桩，桩的长度可以根据实际需要控制，避免了传统打桩时总有部分桩头高出设计高度而
　　不得不进行砍桩头。
　　（6）当压桩力（可通过表盘直接读数）达到设计最终单桩压桩力和设计桩长时，便可认为该桩已满足设计要求。因此，施工时极其简便，施工质量较易得到保证。同时，由于人工控制压桩力和桩长，也确保了地基不透水层不会遭到破坏。
　　（7）锚杆静压桩法适用于粘性土、淤泥质土、人工填土、黄土、腐质土等地基加固，特别适用于人口稠密区、交通条件不好、工程量较小的水利工程的基础加固。
　　总之，通过应用分析，锚杆静压桩法除了在小型排涝泵站和小型排涝闸地基处理工程中的应用外，在小型灌溉泵站、各类小型涵闸、小型电站、挡土墙等水利工程中，都可以得到广泛应用。