微型钢管喷灌桩在工业厂房内地基沉降处理中的应用研究分析

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　　摘 要 微型钢管桩作为小口径桩，施工过程中排土量较少，打设效率高，易打入地面较深的深度，能达到较高的承载力要求，对邻近的建筑物无不利影响，钢管灌注桩在地基沉降加固过程中起隔离保护作用具有一定的借鉴意义。
　　关键词 钢管桩;基础沉降;工业厂房
　　工业厂房是保证实体企业健康持续发展的重要前提，但经过了几十年的发展，现存的很多工业厂房已逐渐的步入老化期，存在不同程度的残破和沉降等，这些都致使其无法正常使用，从而严重的影响企业生产效率。工业厂房内深基坑施工往往比一般的新建项目深基坑施工复杂得多。工业厂房内深基坑施工受场地大小、工业生产、地质条件、周边环境等因素影响，施工风险、难度均很大。在此种复杂的形势之下，人们对于工业厂房地基基础施工和加固技术的提升越来越关注和重视，该项工作的实施对于工业生产的平稳进行、生产安全以及社会发展都具有重要意义。
　　1 工程概况
　　A项目为丁类厂房，地上三层主要为扩建生产车间以增加一条新的生产线。厂区长度为92.84m，宽度为52m总建筑面积为11490㎡。建筑结构形式为：框架结构。该工程出现较大的沉降和不均匀沉降，造成部分梁支座及柱头部位出现严重开裂，经沉降观测，其沉降速率已超出规范的允许值且仍未稳定，需尽快对其基础进行加固处理[1]。
　　2 地基沉降产生原因分析
　　2.1 地质因素引发的地基沉降
　　受地理位置以及地区地质条件不同的影响，不同地区由于其地质特性存在明显的差异性，这些差异性与地基基础的沉降情况有着密切的关联性。软土层厚度较大，上部填土层及饱和流塑状淤泥层在桩基施工完成时未能完全固结，而在厂房建成使用过程中产生固结沉降，从而将桩周上部土层对桩的正摩阻力交替转换成负摩阻力并使桩的实际承载力大幅降低，导致基础下沉。
　　2.2 结构因素引发的地基沉降
　　施工时由于地质条件较复杂，地层变化较大，硬持力层深度较大，受施工设备条件的制约，部分桩施工时桩底未达到设计持力层，桩承载力也未达到设计要求，导致基础产生较大的沉降和不均匀沉降，引起上部结构开裂。受地层中饱和流塑状淤泥层的影响及沉管灌注桩施工工艺的局限性，灌注施工时桩身易出现缩径、断桩等质量事故，导致基础承载力达不到设计要求。
　　3 钢管灌注桩加固设计
　　由于本工程已建成使用，车间内有机器设备，受已有厂房建（构）筑物、地下管线、架空管道等所限制，常规的施工手段及大型施工设备难以实施，故不宜采用大型机械进行加固施工，根据地质情况及工程现状，经与其他加固方法对比，我们认为本工程适宜采用微型钢管喷灌桩进行加固。该法对提高基础承载力效果显著，桩身质量可靠，抗震能力强，且经济有效，工期较短，对环境影响小，无污染，加固施工时对建筑物附加沉降小，不会影响正常生产。
　　3.1 微型钢管桩的加固隔离理论作用机理分析
　　微型钢管桩是采用普通地质钻机先钻孔至地面下一定深度，然后再下放尖端部位已焊成封闭尖状的无缝钢管至孔底标高（该钢管事先已钻出间距500mm、直径10mm梅花型交错布置的注浆口，其范围为地面下4m至钢管底），最后灌注水灰比≤0.45～0.5的水泥浆液。
　　微型钢管桩作为小口径桩，施工过程中排土量较少，打设效率高，易打入地面较深的深度，能达到较高的承载力要求，对邻近的建筑物无不利影响。微型钢管桩设置在土体内，与土体形成共同承担外部的力，形成一个复合作用体系，相当于在土体内加入支撑，提高了原位土的承载能力。在微型钢管桩内注入水泥浆，水泥浆在凝固时具有黏聚性和吸水性，进而挤压和填充了土体，减少土体空隙，从而加大了土体密度，同时具有一定的降水作用。因此施工中要做好浆液的配比和浆液压力的控制，以使浆液、钢管、土体尽快形成一个高强度的连接体，共同起到隔离加固的作用[2]。
　　3.2 施工工艺
　　①50型铲车平整场地;根据设计要求放出基坑边线及定出桩位，使用Φ100洛阳铲对施工区域每隔5米进行探测;在确定地下无障碍物时开挖泥浆坑放水准备;安装钻机进行成孔作业;待施工完毕后泥浆外运至施工区域外，检查并保护成桩。②注浆钢管制作焊接：根据施工方案要求的深度进行下料，对于超过6m的进行加強焊接。③测量放线：根据设计要求的间距、排距及设计提供的标高进行测量放线。④孔距定位：根据设计的孔洞直径、间距、排距使用筷子打入地下进行定位。⑤微型桩定位：微型桩定位后采用人工开挖循环集水坑、水沟和水坑：因本工艺采用湿成孔，每间隔3m需要开挖1m*1m*1m的循环水池;水沟长度为微型桩设计长度端部加2m，深度为0.5m，宽度为外排微型桩加1m（即：2.7m）;根据微型桩定位，在成孔位置上安装钻孔机底盘，采用长度1m，6根直径20钢筋地锚固定，确保其稳定。⑥就位钻孔：将钻孔机安放在指定位置，安放水平，防止倾斜;将钻杆抬至钻机旁，水管与钻杆接在一起，启动钻机与水管，慢慢钻进;每进深2m，需要接一次钻杆，直至得到设计有效深度。⑦钻孔：钻孔前按设计方案要求将钢管接长，搭接部位要用套筒搭接焊，套筒高度不小于钢管直径两倍，套筒壁厚不小于钢管壁厚，在套筒周边焊接，焊缝应饱满，并应检查钢管的垂直度，焊工必须有焊工证，施焊前应试焊;端部采用6mm钢板封闭，并在下部4～6米上钻出浆口，直径10mm，间距300mm，出浆孔呈梅花形交错布置;采用胶带封口，得到一定压力后自动开封。⑧清孔：在注水泥浆前，要对桩孔进行清孔，使孔内泥浆全部排出，要求孔底沉渣厚度不大50mm。
　　3.3 施工控制注意事项
　　在打桩法的施工过程中，为了保证成桩质量，应对沉桩进行施工管理。锤击时应注意焊接质量控制、垂直度控制及标高的控制，具体如下：①焊接质量的控制。钢管为工厂预先生产，但在施工过程中，出于施工需要，可能需对其进行截断或者焊接。由于焊接质量对成桩质量有重要的影响，故施工时应选择技术熟练、经验丰富、素质良好的焊工，焊接施工严格按规范进行，焊接设备的性能必须好;在焊接过程中，应加强监督管理，验收时，由质检人员用专门的工具对每个焊接接头进行详细检验，并检查有无裂缝、旗袍、焊瘤、咬边等，若质量问题比较严重，还应进一步进行探伤检查。②垂直度的控制。桩的垂直度与作业人员的技术水平、打桩架平台以及桩本身的制造误差等因素有关。要做到垂直度的控制，在打桩的过程中，应尽量对准桩的中心;在接桩的过程中，应尽量对称焊接，减少由于不均匀收缩造成的上节桩的倾斜。一般来说，相对于承台边的边桩而言，假设桩径为D，则桩顶的平面位移要小于D/5，标高的偏差小于D/10;对于中间桩来说，其平面位移应小于D/4同时不超过6cm;在桩的倾斜度控制方面，应小于桩长的1/1000。③标高的控制。可能由于地层起伏较大或是硬土层面抬高等情况造成打桩的标高误差;同时，对于已打完的桩，也可能由于邻桩的打入，造成已打桩的下沉或者上浮现象，因此应该注意及时做好已打桩的标高测量，并对是否修正或再打入进行判断。④控制好注浆压力，确保注浆过程中不出现串浆、溢浆、冒浆等现象，过程中要多次间歇注浆，一般为3～5次，直至管口翻浆为止。注浆结束采用双控标准进行效果检查，即水泥浆从管外流出并达到设计压力值且稳压数分钟后才能结束注浆。
　　3.4 基础加固效果监测
　　①植筋稳定性试验。本工程对植筋的加固效果进行试验，选择3根植筋，且确保其具有代表性，继而对其进行拉拔试验，直径经受100kN的荷载作用后未产生抗拔力反应，可见其承载力较强。②钢管桩试验。由于受到建筑工程的场地限制，不能在加固的基础上进行钢管桩的静载试验，因此在地基碎石层范围内进行钢管桩试验，通过试验，此建筑采用的微型钢管桩施工抗压承载力较强，大于等于400kN，能够有效应对地基的不均匀沉降。③基础加固效果观测。进行微型钢管桩施工后，对该建筑地基基础进行沉降观测，观测结果显示该工程的不均匀沉降现象已经得到了有效的控制，建筑结构没有产生新的裂缝，原先产生的裂缝也没有发展趋势。由此可见微型钢管桩基础加固的方法确实可行[3]。
　　4 结束语
　　既有工业厂房基础时常发生不均匀沉降，作为施工人员，需要结合工程具体情况，制定有效的加固方案，以控制沉降的发展。微型钢管桩作为小口径桩，施工过程中排土量较少，打设效率高，易打入地面较深的深度，能达到较高的承载力要求，对邻近的建筑物无不利影响，钢管灌注桩在地基沉降加固过程中起隔离保护作用具有一定的借鉴意义。
　　参考文献
　　[1] 程宝永.微型钢管桩在逆作法施工桩基工程中的创新应用[J].科技创新导报，2016，13（12）：8.
　　[2] 姜永锋.微型钢管桩在逆作法施工中的应用[D].广州：华南理工大学，2013.
　　[3] 郑晓明.注浆技术在高速公路桥梁施工的应用探究[J].山西建筑，2013，2（34）：189-190.
　　作者简介
　　朱晶晶，男;学历：本科学历，工程师职称，现就职单位：上海仁星建筑工程有限公司，研究方向：土木工程管理。
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