【摘要]以某增建地下车库工程为例，介绍了静压锚杆桩托换技术的应用。针对实际情况与原结构设计存在的问题进行了设计参数调整。由于增建结构在施工期间需要继续使用，在施工过程中采取了有效的控制措施，针对各个施工环节容易出现的问题进行了有效处理。监测结果表明，各项数据均在规范要求范围内。
[关键词]桩基础；结构托换；锚杆桩；设计参数；引孔；注浆；监测；变形
结构托换是指利用其他受力构件临时性代替原地基基础或其他结构构件承载，待新承载的结构构件完成施工，拆除临时受力结构构件或原基础后，即完成结构托换，其中共有两次托换过程。目前基础工程的结构托换常采用两种形式：静压锚杆桩和灌注桩等劲性结构托换。
静压锚杆桩属于桩式托换技术，是既有建筑物地基加固工程中较常用的加固技术之一，其原理是将压桩架通过锚杆与建筑物原基础连接，利用建筑物自重作为压桩反力，用千斤顶将桩分段压入地基中，从而使新增的静压桩分担部分荷载。
1、工程概况
中国工商银行扬州分行办公楼主楼为26层框架结构，设有1层地下室，地下室底板埋深7．6m，采用桩基础。裙房为3层框架结构(局部4层)，柱距7 500mm×7 500mm；采用柱下独立基础(天然地基)，基础埋深分别为2．2，2．6m和4．2m，在-0．400m标高处柱间设置钢筋混凝土连系梁，裙房l层及基础混凝土强度等级为C30，下设C10混凝土垫层。裙房与主楼主体结构之间未设置变形缝。建筑场地类别为Ⅲ类，场地抗震设防烈度7度，设计地震加速度0．15g，设计地震分组为第一组。
计划在裙房建筑位置增建1层约2 800m2地下室作为停车库使用，新建地下室底板埋深4．95m。裙房基础布置如图1所示，图中承台部位均为需托换增建地下室的部分。主楼及裙房2，3层在加固和增建地下室施工期间需继续正常使用。
本工程场地土层分布自上而下依次为：①素填土层厚1．4～2．9m，主要为该综合楼施工回填土，填土时间约为13年；②粉土稍密～中密状态，层厚1．5～3．4m，力学强度中等，地基承载力特征值=150kPa；③粉砂中密～密实状态，层厚6．4—10．0m，力学强度较高，
=180kPa；④黏土勘测未揭穿该层，最大揭示厚度14．20m，力学强度高，
=350kPa。
静压锚杆桩采用250mm×250mm预制方桩，单
节桩长为2m，设计有效桩长为6m和12m。桩身混凝土强度等级为C35，桩身采用四角外包L75×5加缀板包封，桩顶设有250mm×250mm x 10mm钢板作为承压板。
由于灌注桩成桩机械尺寸较大，室内净高无法满足施工要求，如下沉施工，桩机移位难以实施。而锚杆桩对空间、地形的要求小，桩机拆移组装方便，便于施工现场应变处置。
2、工程特点
1)由于地基土在长期荷载作用下，独立基础下土体的性能指标发生变化。
2)由于施工过程控制的差异性，柱下独立基础坡面上成型有一定差异，形成凹面。同时，部分承台混凝土的芯样存在密实性较差的问题。
3)由于承台下土体性能的变化及静压锚杆桩施工时上部荷载通过承台对桩周产生的附加应力的影响，其压桩过程中表现的压力值并不能真正反映托换过程中单桩承载力。
4)在试桩过程中对比了不引孔、引孔及不同引孔深度等多种情况，实际压桩的深度及终了压力值与设计值均有一定差异。
5)未托换的主楼与需托换裙房的沉降差异性：经计算，采用锚杆桩作为工程桩承载后，按地质勘探报告中提供的参数，裙房最大理论沉降量为27．9mm。
3、设计参数调整
首层土方开挖后，对照原结构设计图纸发现以下问题：①承台实际尺寸与设计图纸部分有差异；②原图纸在-0．400m处无基础连系梁，实际有连系梁，且外周部分梁为圈梁；③部分承台标高同图纸有较大差异，影响托换后承台下土方开挖及新底板的施工；④原结构混凝土强度与原设计混凝土强度存在差异。
针对以上问题，设计单位经复核后对部分承台及柱间连系梁(圈梁部分和无连系梁部分)进行局部加固设计；对承台标高位置影响新底板施工的承台，针对不同情况在满足地下室使用功能的基础上，调整底板标高，在满足底板受力的情况下，把原承台做进底板内。
4、施工工艺及过程控制
4．1施工工艺流程
根据本工程特点及现场实际情况，主要施工工序如下：-2．200m以上土体开挖—桩位放样—桩位及锚杆位置开孔—种植锚杆—-24h后引孔—压桩—注浆—封桩—降水—开挖土体至-4．950m(此时．锚杆桩已完全承受上部荷载，形成工程桩，第1次托换完成)—底板部位在锚杆桩间安装钢格构水平支撑—新基础底板施工(此时桩间支撑与桩共同作用形成桩基)—原承台下按原柱位接柱施工—拆除原承台和新底板上部的后置锚杆桩—加固新接柱，此时完成第2次托换。
4．2施工过程控制
1)原承台上开压桩孔 由于在-0．400m处有基础连系梁，可能会对锚杆静压桩的数量及位置有一定影响，承台实际开孔位置应考虑压桩过程的可操作性。设计的锚杆桩数量及开孔位置将会有适当调整，但需经设计复核后(抗冲切、抗剪切以及抗弯能力)，方可进行开孔。若局部位置未设置连系梁，从后期施工对结构稳定性的影响来考虑，设计人员通常也会添加该位置的连系梁，但后置连系梁需有利于静压锚杆桩的施工。
2)植锚杆 该工序是静压锚杆桩施工成功与否的关键之一。由于原承台设计及施工差异，造成部分锚杆主筋锚固长度不足，因此，在保证原承台抗冲切、抗剪切及抗弯能力均满足要求的情况下，施工过程中通过加大设计锚杆主筋的直径和数量，增加钢筋黏结表面积，以保证锚杆的抗拔力满足设计要求。
3)引孔 由于本场地地基土的比贯入阻力P。值较大，根据《锚杆静压桩技术规程》YBJ227–91已属于不建议采用类型(P。≥8MPa)，加之上部竖向荷载长期对地基土体预压的影响，以及在施工时该竖向荷载对地基土产生的附加应力对压桩的影响，造成在试桩过程中静压锚杆桩无法达到设计深度。因此，压桩前采用引孔技术来保证压桩的顺利进行。引孔直径确定为100mm，引孔深度以试桩数据为参考，按桩长的2／3确定引孔深度，引孔时通过泥浆护壁以确保不塌孔。以此来保证压桩终了压力值达到设计要求时，桩长能够达到设计长度。实际采用的引孔设备为GXY-150型。
4)压桩 由于该工程桩是以桩长及单桩极限承载力为双控指标，因此压桩力要严格控制。若压桩力大于柱下轴向力标准值时，应采用配载压桩。同时，压桩力亦不得大于原承台的承载能力(抗冲切、抗剪切和抗弯)。对于部分小承台(指承台高度<植筋深度)和强度等验算不满足要求的，应加固后再施工。
5)注浆 由于压桩过程是在引孔后进行的，虽然压桩后进行了单桩承载力检测，检测结果能满足规范要求，但是还存在一定的沉降量，托换部分的裙房与主楼的沉降差依然会引起应力集中或结构裂缝。同时引孔过程中的孔径变化对小直径桩的承载力及沉降有较大影响，因此在压桩结束后为减小托换部分的沉降变形，对静压桩桩周及桩端进行注浆处理。注浆管采用镀锌钢管，该钢管焊接于桩体两侧，随压桩过程一同到位，注浆设备选用BW200型，注浆方式同压密注浆。
6)封桩 原设计中锚杆采用单侧两根锚杆受力，考虑到施工过程的差异性及保证压桩过程中桩体受力的均匀性，将单侧单锚杆改为单侧构造四锚杆，原单筋十字封锚改为双筋井字封锚，这样压桩和封锚质量均有较好保证。锚杆桩封桩如图2所示。
7)土方开挖 第1次土方开挖是在室内将土方开挖至原承台边坡以下部位，为了满足开压桩孔、种植锚杆筋、压桩等工序而进行的工作。本次土方开挖是在锚杆桩封桩结束后进行施工，该过程中应严禁扰动基础下土方及碰撞锚杆桩，以防止锚杆桩失稳或破坏。此过程应在降水稳定且地下水位符合要求时进行。当每个承台下土方被挖出时，静压锚杆桩即开始承载，此时完成第1次结构托换。
8)锚杆桩间支撑 该格构式桩间支撑位于底板范围内，如图3所示，其作用一是确保单桩稳定，二是确保锚杆桩通过格构与底板共同作用形成桩基，因此在挖土时每挖出1个承台需及时完成其桩间支撑。在施工完格构支撑后应同时在各单桩周边焊接抗剪切件，其另外作用类似于穿墙管止水环起到的止水作用。因此施工时必须采用周边满焊且各边连接件之间也应满焊。
9)底板混凝土浇筑该过程同一般工程施工。
10)原承台下原柱位接柱(见图4) 由于原承台平面尺寸较大(约5 000mm×5 000mm)，且原承台到新底板之间的距离较小，因此采用高强无收缩补偿灌浆料进行接柱施工。在进行灌浆料施工前应在原承台上部至承台柱身范围内开设2个或2个以上孔位，以便于灌料和排气，孔位应尽量对称且位于边位。
11)原承台及底板以上的预制桩拆除(见图5)
破除原承台及预制桩前应将原承台同原柱身、锚杆桩与底板之间用绳锯等形式切割分离，必要时应设置支架。严禁大型机械破除，对结构产生破坏。
12)下接柱及原柱身加固(见图6) 由于原柱
身每侧加大截面仅为100mm，加固钢筋绑扎后混凝土难以浇筑且质量亦无法保证，因此该部分混凝土也采用高强无收缩补偿灌浆料施工，浇筑至梁底。此时，第2次结构托换全部结束。
5、沉降观测与分析
1)根据设计要求的柱间相对沉降差及单点最大沉降量确定沉降观测方案，同时对原主楼、相邻建筑物及道路进行沉降监测以判断施工降水及基础托换的影响。沉降观测点布置如图7所示。
图7沉降观测点布置
2)从第1次土方开挖、锚杆桩施工(含引孔、压桩)、井点降水、第2次土方开挖至底板浇筑、整个施工完成后，监测的主要区间为第2次土方开挖至基础底板施工结束期间，该区间基本测量频率为1次／d。
3)典型观测点的累计沉降量如图8所示，各柱沉降及相邻柱间相对沉降量均小于规范和设计允许值，且低于设计报警值。
4)该工程已通过竣工验收，其最终沉降指标符合《建筑变形测量规范}JGJ8–2007。
6、结语
1)由于增建加固的结构在施工期间需继续使用，其加固前的原结构实体检测参数无法全面获取，更多的是依靠原图纸的技术参数进行概念设计。待原结构实体检测后应进行设计调整，必要时设计图纸应进行二次送审。设计图纸内容应包含关键工序的施工顺序，施工单位对施工顺序的改变均需得到设计人员的确认。
2)现场原结构实体检测仪是抽检，在实际施工过程中应检查每个开孔、切割等能反映结构实体状态的芯样，实时调整设计方案，必要时应对单个构件进行加固。
3)静压锚杆桩施工顺序是影响整个结构加固过程是否处于安全状态的一个重要环节。在施工过程中，应严格按设计人员确定的施工顺序编制相应的施工组织设计。严禁两个及两个以上的压桩机在同一个承台上同时施工。从施工实际情况看，建议单侧设置4根锚杆，以确保压桩过程的顺利。
4)引孔与压密注浆由于该类工程要求的引孔直径较小，引孔质量难以得到保证。该工艺对较小承台可能存在一定风险，因此尽量不要采取引孔措施。若需采用引孔措施，设计时应同步考虑对桩周土进行注浆处理，以严格控制变形。同时，由于引孔机采用的钻杆较细，钻进引孔时应采用较小转速，以防止钻杆产生鞭端效应，形成较大、不均匀孔径，且宜造成塌孔现象，成孔质量差。
5)静压锚杆桩形式的选用将直接影响后期的效果。本工程由于设计单桩承载力较高，采用了外包钢结构预制桩。从结构上分析，由于桩间钢结构的作用能形成有效桩基，但由于外包的钢结构与混凝土结构的弹性模量存在较大差异，在外力作用下两者之间产生相对位移，形成渗水通道，在实施时应加强构造处理。
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