摘要：通过研究锚杆静压桩施工过程中的建筑物沉降数据，并结合施工工况，论述了锚杆静压桩施工引起的附加沉降特性，并进行原因分析。确定挤土效应、桩侧摩阻力、桩周土体性质的变化、土体回弹是引起附加沉降的主要原因，对锚杆静压桩的设计和施工具有一定的借鉴意义。
关键词：锚杆静压桩；附加沉降；挤土效应
1 前言
由于地质条件复杂，许多建筑物会在建成后产生超过规范要求的整体沉降或不均匀沉降。为提高原天然地基或桩基的承载力，控制地基沉降变形，采用锚杆静压桩进行加固具有良好的效果[1]。不同于一般的桩基，锚杆静压桩基础加固是在上部荷载作用下进行的，沉桩往往会加速地基的沉降速度，即附加沉降。
近几十年，关于锚杆静压桩施工引起的附加沉降的研究已取得一定的成就。刘万兴和张璞[2]提出了用于计算附加沉降的公式，包括：压桩时桩端阻力及桩侧摩阻力引起的沉降、侧向挤土引起的隆起或土体挤密引起的沉降以及桩周产生塑性区后引起土体强度的降低。随后，张璞和柳荣华[3]论述了附加沉降的危害，并根据产生附加沉降的机理提出了减小附加沉降的措施。谭文武[4]根据锚杆静压桩托换工程的实践应用，论述了沉桩过程中的附加沉降特征及影响因素，对附加沉降控制进行了相关探讨。周志道等[5]结合工程实例分析了锚杆静压桩施工挤土作用的特点，提出了减小挤土作用的施工技术措施，发现采用预加反力封桩法可以减少约50%的附加拖带沉降。魏欢[6]根据圆孔扩张法理论分析了工程中的挤土移位问题，通过建立数值模型来模拟单桩压入土体产生的挤土位移，发现引孔可以减小压桩时产生的竖向位移。
本文以某基础加固工程为例，结合锚杆静压桩施工工况，通过分析建筑物的沉降观测数据，提出可能引起附加沉降的原因，并给出减小锚杆静压桩施工引起的附加沉降的措施。
2 工程背景
桂林某项目建筑物高17层，结构形式为框架剪力墙结构，采用CFG桩进行地基处理。主体结构施工完成后建筑物产生了较大的不均匀沉降，采用组合锚杆静压钢管桩进行基础加固。加固过程中对建筑物进行了沉降监测，根据监测数据调整施工进度和顺序。
图1给出了13号楼锚杆静压桩施工过程中某沉降监测点的沉降量与沉降速率变化曲线。从图中可以看出，在2017年4月5日至2017年5月5日沉降监测点附近的锚杆静压钢管桩施工期间，建筑物沉降量为8.74mm，产生了大于正常固结的沉降速率（最大可达0.63mm/d）。由于压桩完成后没有及时封桩，建筑物沉降趋于前期固结速率。
图1 施工过程中13号楼沉降观测曲线
图2给出了15号楼锚杆静压桩施工过程中某沉降监测点的沉降量与沉降速率变化曲线。从图中可以看出，在2017年4月10日至2017年4月25日沉降监测点附近的锚杆静压钢管桩施工期间，建筑物沉降量为8.80mm，产生了大于正常固结的沉降速率（最大可达1.47mm/d）。因15号楼施工速度快，压桩过程中产生了较大沉降速率。压桩完成后建筑物沉降趋于前期固结速率。
图2 施工过程中15号楼沉降观测曲线
图3给出了16号楼锚杆静压桩施工过程中某沉降监测点的沉降量与沉降速率变化曲线。从图中可以看出，在2017年4月28日至2017年5月21日沉降监测点附近的锚杆静压钢管桩施工期间，建筑物沉降量为8.77mm，产生了大于正常固结的沉降速率（最大可达0.61mm/d）。压桩完成后于2017年5月22日开始封桩，建筑物沉降继续增加。
图3 施工过程中16号楼沉降观测曲线
图4给出了17号楼锚杆静压桩施工过程中某沉降监测点的沉降量与沉降速率变化曲线。从图中可以看出，在2017年4月28日至2017年5月21日沉降监测点附近的锚杆静压钢管桩施工期间，建筑物沉降量为11.92mm，产生了大于正常固结的沉降速率（最大可达0.67mm/d）。压桩完成后（5月20日）建筑物沉降趋于稳定。随后于2017年5月26日开始封桩，建筑物沉降继续增加。
图4 施工过程中17号楼沉降观测曲线
3 控制措施
3.1 减慢施工速度
通常锚杆静压桩施工是挤密桩周土体，使土体发生剪切刺入破坏，同时桩周部分土体产生塑性变形。压桩时，桩周产生超静孔隙水压力，土体强度降低，随着超静孔隙水压力的消散，土体力学强度逐渐恢复，同时沉降不断增加；桩周部分土体受到桩的扰动后强度降低，产生大于正常固结的沉降变形；沉桩过程中通过桩侧摩阻力，桩对土体会形成向下的拖拽力，增加了土体变形。减慢压桩速度可以使桩周孔隙水压力缓慢消散，形成较小的超孔隙水压力。另一方面，受扰动的土体可以在施工结束前恢复强度。通过对比15号楼的沉降观测曲线（如图2所示）与其他号楼在压桩期间的沉降曲线可以看出，施工速度较快时沉降速率明显大于正常压桩时的沉降速率。
3.2 合理调整压桩顺序
锚杆静压桩施工过程中对土体产生了扰动，桩周土体强度迅速降低。均匀、分散地压桩可以避免土体强度集中降低，局部产生过大沉降。对于筏板基础，可先压中间部分桩，然后向周围跳压；对于独立基础，一般中间沉降较大，可先压建筑物周边的桩，然后向中部间隔压桩；对于条形基础，应对称压桩，防止条形基础两边产生较大不均匀沉降。
采用合理的压桩顺序是最经济适用地控制附加沉降的措施，其直接影响到挤土方向和桩距。
3.3 预加压力封桩
由于压桩时桩端土体产生压缩沉降，卸除千斤顶后桩端土体发生回弹，封桩后桩基再次产生压缩沉降。经过加载-卸载-再加载的循环加载过程，桩基的沉降变形将大于卸载前的沉降（如图3所示）。
预加压力封桩是在沉桩至设计要求后，拆除千斤顶的同时采用型钢或其他杆件支撑于桩顶，以代替千斤顶继续施压。在加载的情况下进行封桩，当混凝土强度达到设计要求后再拆除型钢或其他杆件，可避免产生回弹再压缩沉降。
3.4 引孔
为了减小压桩时的挤土效应，压桩前先生成比桩基略小的钻孔，然后沿钻孔将桩基压至设计要求。引孔后应及时压桩，否则孔内可能积水过多、出现塌孔等现象，影响成桩质量。
4 结论
经过调研分析，结合施工期间沉降监测数据，发现挤土效应、桩侧摩阻力、桩周土体性质的变化、土体回弹是引起附加沉降的主要原因。根据相关经验发现，减慢施工速度、合理调整压桩顺序、预加压力封桩、压桩前引孔等措施可以减小附加沉降量。
参考文献：
[1] 刘毓氚，陈福全. 锚杆静压桩在危险建筑物加固中的应用研究[J]. 岩石力学与工程学报，2002，21（01）：130-132.
[2] 刘万兴，张璞. 锚杆静压桩施工产生的附加沉降问题初探[J]. 岩土力学，2000，21（1）：88-91.
[3] 张璞，柳荣华. 锚杆静压桩施工过程中的附加沉降问题及防范措施[J]. 工业建筑，2000，30（1）：31-33.
[4] 谭文武. 锚杆静压桩托换工程施工附加沉降控制[J]. 广西城镇建设，2008（9）：78-80.
[5] 周志道，周寅，顾宏，等. 锚杆静压桩施工引起的挤土作用，拖带沉降与对策[J]. 建筑施工，2002，24（4）：262-265.
[6] 魏欢. 锚杆静压桩在既有建筑物地下加层工程中的应用研究[D]. 南京航空航天大学，2012.
论文作者:郭俊杰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/5/28
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