静压桩的托换方法及施工工艺

在既有建筑物的加固与改建工程中，因基底面积不足而使地基承载力和变形不能满足要求时，除可采用基础加宽的托换方法外，尚可采取增设新桩将基础加深或置于较好的新持力层上的桩式托换方法。它适用于软弱粘性土、松散砂土、饱和黄土、湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基。

桩式托换是所有采用桩的型式进行基础托换的方法的总称，方法多而内容广，这里只介绍比较常用的几种：静压桩托换、灌注桩托换和树根桩托换。

（一）静压桩托换

静压桩是采用静压方式进行沉桩，又分坑式静压桩托换和锚杆静压桩托换等方法。

1.坑式静压桩托换

坑式静压桩托换是利用建筑物结构自重作支承反力，采用千斤顶将钢管（或预制桩）分节压入土中后再与原基础连接，以提高地基承载力，如图1-18。该法适用于条形基础的托换加固，压入桩效果较好，操作较简单。但有时对周围土有一定的扰动影响。

图1-18 坑式静压桩托换示意图

坑式静压桩托换的施工工艺如下：

（1）开挖工作坑。在贴近被托换的基础侧面，人工开挖一个导向坑，并将导向坑扩展到原基础下面。对坑壁不能直立的沙土或软弱土等地基，要进行坑壁支护。如地下水高于坑底，应降水后才能施工。坑的最小规模（大小和深度）以能在坑内进行压管或压桩操作为准。一般宽1.5m，深1.8m，扩展到基础下长度视基础结构而定。如果要增加每节桩长、减少桩的焊接段数，则需增加空间高度。

（2）压管（桩）。在坑中基础底面下安放管节（桩段）、液压千斤顶及测力传感器。再驱动千斤顶将设计的钢管或预制钢筋混凝土方桩分节压入土层，钢管直径150～250mm，方桩边长150～250mm，每节桩长取决于托换坑的净空高度和千斤顶的行程。

（3）接管（桩）。钢管连接可采用特制的套筒接头或直接焊接，预制桩连接可采用钢板焊接或硫磺胶泥接桩（参看锚杆静压桩托换）。压管（桩）过程中，要严格控制管（桩）身垂直度，可用木楔或调整千斤顶与管（桩）接触面的角度加以校正。压管（桩）中要测量并记录压管（桩）力和相应的沉降值。

（4）清孔。当钢管压入土中后，每隔一定时间用合适的取土工具将钢管内土取出，也可用射水吸泥法清孔。射水应特别小心，且不能在接近管底处射水，以免软化坑周土体，或使土流失。钢管经交替顶进、接管、清孔直至设计深度。

（5）灌注混凝土。当管压到设计深度并经清孔至管底时，如管中无水，可在管内灌注混凝土并振捣密实；如管中有水，则管底可用一个“砂浆塞”加以封闭，待砂浆硬结后，将管中水抽出，然后再灌注混凝土。

（6）基础连接。压桩与基础连接可直接用混凝土将管桩和既有基础浇注成整体。也可采用钢结构连接，放上预压横梁，用两根钢管（上、下焊90mm×90mm×6mm钢板）顶紧后，放松千斤顶，桩参与承载。

2.锚杆静压桩托换

锚杆静压桩托换是在被托换的基础上埋设锚杆，设置反力架和千斤顶，利用锚杆承受反力将桩从基础上凿出的压桩孔内逐段压入地基，再将桩与基础连结在一起以加固地基，见图1-19。该法适用于各种钢筋混凝土基础，如涵闸基础、泵站基础的改造加固。施工设备简单、操作方便、移动灵活，且可在场地和空间狭窄条件下施工。缺点是要在既有基础上凿压桩孔。锚杆静压桩托换施工工艺：

图1-19 锚杆静压桩托换

1—桩；2—压桩孔；3—锚杆；4—反力架；5—千斤顶；6—电动葫芦；7—基础

（1）钻压桩孔和锚杆孔。基础上的压桩孔一般应布置在墩、柱的内外两侧或四周，并尽量靠近墩柱。钻压桩孔可用风动凿岩机或大直径钻孔机；钻锚杆孔一般用风动凿岩机。压桩孔的直径以上小下大为宜，以利于基础承受冲剪。

（2）压桩。锚杆静压桩桩身可用边长为20cm或30cm的预制钢筋混凝土（C30）方桩，也可用钢管或钢轨。压桩时可采用手动或电动千斤顶。桩顶应垫30～40mm厚的木板或多层麻袋，套上钢桩帽。压桩力总和应远远低于原结构自重，以防止基础上抬造成结构破坏。压桩时桩段必须保持垂直，偏差不得超过桩段长的1.5%，千斤顶应与桩段轴线保持在同一垂直线上，不得偏压。压桩过程一般不得中途停顿，应一次到位。

（3）桩段连接。钢桩一般采用焊接，预制钢筋混凝土桩可用焊接或硫磺胶泥锚接。

1）焊接法接桩。图1-20为预制钢筋混凝土方桩焊接法接桩的节点构造例子。接桩时，先用点焊将上下节拼接角钢连接固定，检查对接位置准确无误后，再由两人同时对角对称地进行焊接，焊缝要连续饱满。

图1-20 焊接法接桩节点构造

2）硫磺胶泥锚接。焊接法接桩消耗钢材多，操作繁琐。近年来多用硫磺胶泥浆锚接桩，其节点构造如图1-21。桩段预制时在桩两端设置2～3层焊接钢筋网片，在桩的一端预埋锚筋，另一端预留插锚筋孔（直径为锚筋直径的2.5倍）。施工时将上节桩吊起，对准锚筋孔，装上硫磺胶泥夹箍（由四块内侧用40mm厚的树脂海绵块包裹的木板组成），将溶化的硫磺胶泥注入锚孔内，并使之溢出桩面，然后将上节桩锚筋插入锚孔内，待硫磺胶泥固化后拆除夹箍，即可继续压桩施工。

图1-21 硫磺胶泥锚接节点构造

1—锚筋；2—锚筋孔

硫磺胶泥由胶结料、细骨料、填充料和增韧剂熔融搅拌混合而成。其质量配合比（%）如下：

硫磺∶水泥∶粉砂∶聚硫780胶=44∶11∶44∶1或硫磺∶石英砂∶石墨粉∶聚硫甲胶=60∶34∶5∶0.7。

硫磺胶泥熬制时应严格控制温度在140～145℃范围内，浇注时温度不得低于140℃。

（4）封桩。压桩至设计深度后进行封桩。封桩前应将外露的桩头在用楔块固定的情况下切除。当设计需要对桩施加预加压应力时，应在不卸载条件下立即将桩与基础锚固，在封桩混凝土达到设计强度后，才能拆除压力架和千斤顶。当不需要对桩施加预压应力时，在达到设计深度和压桩力后，即可拆除压桩架，并进行封桩：压桩孔的孔壁凿毛，清除杂物后按设计将桩顶钢筋和基础钢筋或锚筋焊牢；然后用C30微膨胀早强混凝土浇筑捣实。

（二）灌注桩托换

灌注桩托换是在既有建筑物基础两侧钻孔浇筑一定数量的灌注桩，再利用设置于灌注桩顶上的托梁或承台系统来支托既有建筑物的基础。该法一般适用于具有沉桩设备所需净空条件，或桩很深采用别的方法不经济时的托换加固。

托换灌注桩有干作业成孔灌注桩和湿作业成孔灌注桩两类。

1.干作业成孔灌注桩

干作业成孔灌注桩是在没有地下水情况或不易坍孔的地层的施工方法，不用泥浆或套管护壁而直接排土。常用的有螺旋钻孔（或钻孔扩孔）、洛阳铲成孔及人工挖孔等灌注桩。螺旋钻孔灌注桩的施工机械有长螺旋和短螺旋钻孔机两种，长螺旋钻孔机常是一次成孔，短螺孔钻孔机为分段多次成孔。扩孔机也有两种：一种是双孔双螺旋扩孔机，可以自钻自扩一次成孔；另一种是利用螺旋钻成直孔，另配扩孔器进行扩孔。人工挖孔灌注桩一般采用砖砌或混凝土护壁。(www.xing528.com)

2.湿作业成孔灌注桩

湿作业成孔灌注桩是指用泥浆或清水护壁成孔的灌注桩。该法对各种土层的适应能力强，在无地下水或有地下水的情况下都能施工。湿作业成孔灌注桩的施工机具有潜水钻机、冲击锥、回转式钻机等。

3.清孔或洗孔

钻孔达到设计要求深度后，干作业成的孔一般残留有虚土，应进行清孔，并达到规范要求不大于10cm；湿作业孔底部沉积有沉渣层，也应进行洗孔，从孔底部注入清水，并控制好供水压力，将沉渣排出，使底部沉渣厚度不超过10～30cm。

4.钢筋笼制作和吊放

钢筋笼应分段制作，每段长5～8m，每段钢筋笼连接采用焊接。要求同一截面内钢筋接头数不得超过主筋总数的50%，两相邻接头应错开一定的距离（大于40cm）。钢筋笼制作允许偏差为：主筋间距±10mm，箍筋间距±20mm，钢筋笼直径±10mm，钢筋笼长度±100mm。保护层厚度±10mm。桩径允许偏差±50mm。桩垂直度允许偏差1%。

5.混凝土灌注

混凝土粗骨料采用碎石，粒径不大于50mm，细骨料用干净中、粗砂。湿作业孔浇筑水下（泥浆下）混凝方法参看本章第二节。混凝土桩达到龄期后，凿除桩顶泥浆浮渣段，再现浇支承建筑的托梁或承台。

（三）树根桩托换

在钢套管的导向下用旋钻法钻进（直径100～300cm），穿过既有建筑物的基础进入地基土中直至设计深度，清孔后放入钢筋，填筑骨料，再用压力灌注水泥浆、水泥砂浆，边灌、边振、边拔管，最后成桩。它可以是垂直的或倾斜的；单根的或成排的。由于它所形成的桩基形状如“树根”，所以得名树根桩托换。

树根桩托换技术的优点是：所需场地小；施工时振动小，不会对已有建筑物带来危害；所有施工都在地面上进行，干扰少；加固后不会改变原建筑物外貌；适用于砾石土、砂土、粉土和粘性土等各种不同的地基土质条件，并且和地基土形成紧密的结合。所以它广泛地应用于古建筑物及其他各种建筑物如房屋建筑、地铁、桥梁以及水利工程的地基处理与基础加固，如图1-22。

图1-22 树根桩托换

（a）条形基础；（b）桥墩基础

树根桩施工工艺如下。

1.钻机和钻头选择、钻机定位

树根桩孔径一般为100～250mm。根据钻孔孔径大小和场地施工条件选择钻机机型。对斜桩可选择任意调整立轴角度的油压岩心回转钻机。在混凝土基础上钻进开孔时可采用牙轮钻头、合金钢钻头或钢粒钻头；在软粘土中钻进可选用合金肋骨式钻头，使岩心管与孔壁间增大一级环状间隙，防止软粘土缩径造成卡钻事故。

钻机安装要求牢固和平衡。按照设计的钻孔倾角和方位，调整钻机的方向和立轴的角度。钻机定位后，桩位偏差应控制在20mm内，直桩的垂直偏差应不超过1%。

2.钻孔

钻机钻进时，钻机液压的压力为1.5～2.5MPa。采用湿钻法时，要不断供水，供水压力为0.1～0.3MPa，并在钻进过程中始终保持孔口水位。钻机转速一般为220r/min。对于淤泥质土或粉砂层钻进速度要慢，使钻进时的岩心管在孔壁上糊一层泥皮。

不用套管钻孔时，应在孔口处设置长1.0～2.0m的孔口管，以保证孔口处土方不致坍落。

3.清孔

清孔时应始终观察泥浆溢出的情况，控制供水压力的大小，直至孔口溢出的泥水不含沉渣时为止。

4.吊放钢筋笼和埋设注浆管

钢筋笼外径应小于设计桩径40～50mm，每节长度取决于起重机械性能和起吊空间。注浆管采用直径20mm无缝钢管。搬运钢筋笼时防止扭转和弯曲；下放钢筋笼时要对准孔位、吊直扶稳，应尽量缩短吊放和焊接时间。

5.填灌骨料

一般采用15～30mm粒径的碎石料，石子必须清洗，并保持一定的湿度，在填料过程中应始终利用注浆管注水清孔。

6.浆液配制与注浆

根据设计要求，浆液的配制可采用纯水泥浆或水泥砂浆。通常采用425号或525号普通硅酸盐水泥，配制中可加入适量减水剂及早强剂。纯水泥浆的水灰比一般为0.4～0.5；水泥砂浆一般采用水泥∶砂∶水=1.0∶0.3∶0.4。

应选用能兼注水泥浆和水泥砂浆的注浆泵，采用UBJ2型挤压式灰浆泵时，最大工作压力为2.5MPa。注浆开始工作时，由于注浆管底部设置管帽，需要较大注浆压力，一般控制在2.0MPa。正常情况时，注浆宜分两次进行，第一次注浆压力控制在0.3～0.5MPa，使浆液均匀上冒，直至灌满。第二次注浆压力可取1.5～2.0MPa，并应在第一次注浆的浆液达到初凝后及终凝前进行。在整个压浆过程中，应不断填入石子补充下沉的石子，直至桩顶。

7.浇筑承台

树根桩用作承重、支护或托换时，为使各根桩能联系成整体和加强刚度，通常都需浇筑承台。此时应凿开树根桩桩顶混凝土，露出钢筋，锚入所浇筑的承台内。当树根桩穿过既有建筑物基础时，应将基础主筋和树根桩主筋焊接，并将基础结合面混凝土凿毛后，浇筑大于原基础强度的混凝土。

8.树根桩施工注意事项

（1）施工时如出现缩颈或塌孔现象，应将套管下到产生缩颈或塌孔的土层深度以下。

（2）注浆管的埋设应离孔底高程20cm，从开始注浆起，对注浆管要进行不定时上下松动。在注浆结束后要立即拔注浆管，每拔1m必须补浆一次，直至拔出为止。

（3）为防止出现穿孔和浆液沿砂层大量流失，可采用跳孔施工、间歇施工或增加速凝剂掺量等措施防范。额定注浆量应不超过按桩身体积计算量的3倍，当注浆量达到额定注浆量时应停止注浆。

（4）用作防渗漏的树根桩，允许在水泥浆液中掺入不大于30%的磨细粉煤灰。

（5）注浆后由于水泥浆收缩较大，且桩顶易有泥浆浮渣层，故在控制桩顶高程时，应根据桩截面和桩长，采用高于设计高程5%～10%的施工高程，并将高出部分凿除。