一种基于锚杆静压桩技术的多层建筑基础设计方法

摘要

本发明公开了一种基于锚杆静压桩技术的多层建筑基础设计方法，其技术方案要点是：大致确定桩土分担的上部结构荷载值，设计多层建筑基础及加固方案;确定基础上留设加固桩的位置；开挖基槽，施工多层建筑基础，预留压桩孔；基础施工完毕后，先不进行压桩操作，继续施工上部结构；沿建筑物的周边设置沉降观测点；待施工至主体结构封顶，根据沉降情况，确定压桩部位和数量；采用锚杆静压桩方法压桩加固；继续沉降观测，调整局部压桩加固方案，至建筑沉降相对稳定。将压桩施工放在上部建筑物的施工过程中进行，不占用施工工期，而且可以根据沉降观测资料，灵活确定压桩部位和数量，做到信息法设计、信息法施工，优化基础设计方案，节约工程造价。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑设计领域，更具体地说，它涉及一种基于锚杆静压桩技术的多层建筑基础设计方法。

背景技术

在建筑工程设计领域，为了提高地基的承载力特性，减少建筑物沉降，经常需要对软土地基进行加固处理，其方法多种多样，如采用复合地基、微型桩加固等，一般的加固处理方法均采用顺作施工的方法，即先施工加固桩，再施工基础，进而施工上部结构，但是，顺作施工存在一些问题：

对于一些工期紧的工程，顺作施工无法满足工期要求。

对于施工场地较小的工程，若采用顺作法施工，其桩工机械进退场困难，无法满足桩工机械的施工要求；

对于建筑地基不均匀的场地，顺作施工无法有效控制建筑地基均匀沉降；

不能最大程度发挥桩基的性能和充分利用加固桩承载力高、沉降小的特性，因此，不能有效节省加固桩的数量，节省造价。

例如案例：某工程，根据工程勘测报告，场地土自上而下分为四层，分别是褐黄粉质黏土层、灰砂质粉土层、灰粉砂层以及黄灰粉砂层，其中，第一层褐黄粉质黏土土性较差，深度约为2.9m，承载力低，因此，原有方案中，采用换填法对的第一层土进行处理，将第一层土挖除后，重新填充级配良好的砂石回填，以作为基础的持力层。

但是在实际施工时，发现地下水位过高，开挖2.9m必须采取井点降水措施，而采用降水操作后，将对邻近建筑沉降产生影响，存在安全隐患，因此换填方案实施在技术上具有一定风险，但是现场基坑已经开挖至基础埋置深度，并且基础钢筋也已经下料切割，此时再更换其他加固方法，明显需要增加成本并且延长工期。如何在基础埋深不变、宽度不变，配筋不变的情况下，在原有的基础施工方案上，选择合适的加固方案，对基础进行加固，进而控制基础的沉降，较为困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于锚杆静压桩技术的多层建筑基础设计方法，可以根据基础实际沉降情况，对需要加固的位置进行加固操作进而保证基础的沉降量和沉降差在允许的沉降范围内。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于锚杆静压桩技术的多层建筑基础设计方法，其特征在于：

包括步骤S1：按桩土共同工作理论预估桩土分担的上部结构荷载值，设计建筑物的天然地基基础和加固方案，确定在天然地基基础上留设用于压设加固桩的压桩孔的位置和数量；

步骤S2：开挖基槽，施工多层建筑物的基础，同时预留压桩孔并且在压桩孔的四周竖直埋设用于固定压桩架的预埋锚杆(1)；

步骤S3：基础施工完毕后，先不进行压桩操作，继续施工多层建筑物的上部结构；

步骤S4：在多层建筑物的四周，均匀设置沉降观测点；

步骤S5：待施工至主体结构封顶，加载重量必须大于预估的压桩力，根据沉降情况，确定压桩部位和实际压桩数量；

步骤S6：采用锚杆静压桩对基础进行压桩、封桩施工；

步骤S7：继续沉降观测，调整增加局部压桩加固方案并实施，直至多层建筑物沉降稳定。

通过采用上述技术方案：由于原先的基础设计方案并未做改变，在原基础施工时，预留压桩孔，先不进行压桩加固，选择设置沉降观测点以及锚杆静压桩结合的方式，针对需要的部位进行加固，采用了逆序法施工的一种全新建筑基础设计方法。采用上述加固方法后，经过实践表明，建筑物竣工后一段时间，沉降基本趋于稳定，最终测得沉降量为52mm，沉降差<1‰，同时没有发现建筑物上部开裂的情况，进一步佐证了采用上述设计方法的有效性、合理性。经过核算，采用锚杆静压桩逆序法加固施工，与换填法加固方案相比成本略有增加，但该方法克服了受施工现场条件制约的困难，并且由于压桩施工可在主体结构施工过程中穿插进行，大大缩短了施工工期。

作为优选，步骤S1中，所述压桩孔布置在上部结构荷载较大的基础上的相应位置。

通过采用上述技术方案：采用桩土共同工作理论，大致确定桩土分担的上部结构荷载比例为1:2，即基础承担上部结构荷载的三分之二，加固桩承担上部结构荷载的三分之一，这样可以减少上层建筑对基础增加的内力，并且由于建筑物对称、均衡，布桩也对称、均衡。

作为优选，所述压桩孔布置在上部结构中框架柱的周围。

通过采用上述技术方案：这样可以更加有针对性的对基础进行加固，进一步有效的控制住基础的沉降。

作为优选，步骤S2中，采用定位装置对四根预埋锚杆的位置以及预埋锚杆与压桩孔的相对位置进行定位，所述定位装置包括设置在相邻两根定位锚杆之间的定距杆，所述定距杆垂直于所述预埋锚杆，水平设置。

通过采用上述技术方案：借助定位装置，可以十分快速并且准确的实现预埋锚杆位置的确定，十分方便的实现了四根预埋锚杆进行定位，保证了施工效率。在埋设时，由于定距杆已经实现将四根锚杆之间的位置、距离定好了，因此，可以直接将四根预埋锚杆同时放置到压桩孔的四周，提高了预埋效率，并且可以准确的控制预埋锚杆的位置，保证后期压桩架能够安装到基础上，方便后期施工。并且，当基础成型后，定距杆还可以起到辅助固定的作用，使预埋锚杆与基础之间的固定效果更好。

作为优选，四根所述定距杆的中部垂直于定距杆螺纹连接有定距螺栓，所述定距螺栓沿水平方向设置并且贯穿定距杆，所述压桩孔由木盒围设而成，所述木盒的各侧板的顶部中间位置均设有与定距螺栓配合的开口槽。

通过采用上述技术方案：定位时，旋转定距螺栓，调整定距螺栓在定距杆内侧的伸出量，埋设时，将定距螺栓的端部与木盒的外壁抵接，即可实现定距杆与压桩孔之间位置的确定。

作为优选，步骤S5中，根据已施工的多层建筑沉降差，来判断需要实施压桩的区域及压桩数量：

若沉降差≤1‰，可以判定为沉降均匀，则按原设计基础中预留桩位的一定比例均匀压桩；

若沉降差在1‰与2‰ 之间，可以判定为沉降基本均匀，则在沉降较大的区域按原设计基础中预留的桩位实施压桩，在沉降较小的区域按原设计基础中预留的桩位一定比例实施压桩；

若沉降差≥2‰，则判定为沉降不均匀，则在沉降较大的区域按原设计基础中预留的桩位实施压桩，且根据后期观测资料适当加桩，在沉降较小的区域，视后期沉降观测情况决定加桩数量以及加桩位置。

通过采用上述技术方案：以前期观测到的沉降差按上述数值作为参照对基础的承载力进行判断，可以十分合理并且精确的判断出基础上需要压桩的部位，有针对性的对基础进行加固操作。

作为优选，所述步骤S5中，根据已施工的多层建筑沉降量，来判断需要实施压桩的区域及压桩数量：

若沉降量≤20mm，可以判定为沉降量较小，则按原设计基础中预留桩位的一定比例实施压桩；

若沉降量在20mm与40mm之间，可以判定为沉降量中等，则按原设计基础中预留桩位实施压桩；

若沉降量≥40mm，可以判定为沉降量较大，则按原设计基础中预留桩位实施压桩，并且视后期沉降观测情况决定加桩数量以及加桩位置。

通过采用上述技术方案：以前期观测到的沉降量按上述数值作为参照对基础的承载力进行判断，可以十分合理并且精确的判断出基础上需要压桩的部位，有针对性的对基础进行加固操作。

作为优选，所述步骤S6中，先行的压桩操作中，压完一批之后立即封桩。

通过采用上述技术方案：先封桩的部位可以很快减慢沉降，调整沉降差。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、针对性强，可以根据实际需要对基础进行加固，不仅施工工期短，而且可以有效控制建筑物的沉降和不均匀沉降；

2、可以充分利用锚杆静压桩承载力高、沉降小的特性，最大程度发挥桩基的性能，节省压桩数量，降低工程成本；

3、操作步骤简单，适应强，适用于工期紧，施工场地小，需要对地基基础进行加固处理的工程。

附图说明

图1是本实施例的施工流程示意图一；

图2是本实施例的施工流程示意图二；

图3是本实施例的预埋锚杆安装示意图。

图中：1、预埋锚杆；2、定距杆；21、定距螺栓；3、木盒；31、开口槽。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。

一种基于锚杆静压桩技术的多层建筑基础设计方法，参照图1或图2，包括步骤S1：首先根据桩土共同工作理论大致确定桩土分担的上部结构的荷载值，设计多层建筑物的天然地基基础和加固桩方案，以确定在天然地基基础上留设加固桩压桩孔的位置和数量，本发明的此实施例中，压桩孔布置在基础上载荷较大的部位，这样可以减少上层建筑对基础增加的内力，更加有针对性的对基础进行加固，有效的控制住基础的沉降。

步骤S2：开挖基槽、基坑，浇筑多层建筑物基础，具体的：采用挖掘机等机械，进行基槽、基坑挖土操作，以挖至基础底标高，即地下1.5m处；然后浇筑混凝土垫层，垫层硬化成型后，在垫层上铺设钢筋。

在步骤S2中，在基础浇筑过程中，需要预留压桩孔的位置，由于在本工程中，位于框架柱底部的基础载荷较大，因此，将压桩孔布置在框架柱的周围。如图3所示，在本发明此实施方式中，压桩孔由一木盒3围设而成，基础的钢筋绕过木盒3设置，避免对基础的浇筑造成影响；如图3所示，木盒3的四个侧板倾斜设置，整个木盒3外形为一锥台形，这样在后期封桩完毕之后，桩头的侧面是倾斜面，承压面积由上至至下逐渐增大，可以对加固桩起到更好的按压效果。另外，在本实施例中，相邻压桩孔之间的距离根据实际情况进行设置，一般≥4倍桩径或桩边长，将压桩孔设置在该距离内，既可以保证充分发挥土对加固桩的摩擦作用和端承作用，又能满足后期压桩施工需要。

当压桩孔预留完毕之后，即可对基础进行浇筑，浇筑基础的相关工艺，均是现有技术，在此不在过多赘述。

为了能够方便、快速的确定预埋锚杆1与压桩孔之间的相对位置，如图3所示，在浇筑基础的同时，在压桩孔的四周埋设四根预埋锚杆1，预埋锚杆1用于固定压桩机的压桩架。由于预埋锚杆1的位置需要与压桩架上的孔对应，必须保证四根预埋锚杆1之间的距离与压桩架上的孔之间的距离相等，才能实现压桩架的安装以及固定，并且压桩孔需要位于四根锚杆1围成的几何平面图形的正中心，因此，预埋锚杆1的位置十分关键。为了方便对四根预埋锚杆1进行定位，可以使用定位装置，十分快速并且准确的实现预埋锚杆1位置的确定。

如图3所示，本实施例中，定位装置包括定距杆2，定距杆2由钢筋裁切而成，定距杆2的长度与压桩架上的相邻两孔间的距离相等，定距杆2为四根，四根定距杆2互相垂直设置且在同一平面上，预埋锚杆1设置在两根定距杆2的交点处，定距杆2的两端与对应的预埋锚杆1通过焊接的方式固定在一起；另外，为了方便确定预埋锚杆1与压桩孔之间的位置，如图3所示，在定距杆2的中部贯穿设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有定距螺栓21，定距螺栓21垂直于定距杆2设置并且位于四根定距杆2围设而成的平面内，即定距螺栓21沿水平方向设置。在定位时，旋转定距螺栓21，通过卷尺调整定距螺栓21在定距杆2内侧的伸出量，埋设时，将定距螺栓21的端部与木盒3的外壁抵接，即可实现定距杆2与压桩孔之间位置的确定。

如图3所示，在木盒3的顶部中间位置，开设与定距螺栓21配合的开口槽31，开口槽31为四个，木盒3的每个侧板上均设有一个开口槽31，开口槽31的宽度与定距螺栓21的直径相等，开口槽31的深度大于定距螺栓21的直径，在埋设时，将各定距螺栓21端部放置到对应的开口槽31内，有了开口槽31，可以不需要保证定距螺栓21的伸出量均相等，只需要保证四根定距螺栓21均能放置到对应的开口槽31内即可，操作更加方便，此外还可以对定距螺栓21起到一定的定位以及固定作用，可以提高定距螺栓21与木盒3之间的固定效果，避免在浇筑时，预埋锚杆1出现偏移现象。

通过采用上述定位装置，在埋设锚杆1时，可以直接将四根预埋锚杆1同时放置到压桩孔的四周，提高了预埋效率，并且可以准确的控制预埋锚杆1的位置，保证后期压桩架能够安装到基础上，方便后期施工。并且，当基础成型后，定距杆2还可以起到辅助固定的作用，使预埋锚杆1与基础之间的固定效果更好。

步骤S3：基础施工完毕之后，根据步骤S1设计，天然地基的基础本身具有一定的承载力，因此，先不进行压桩加固操作，而是在天然地基的基础上继续施工多层建筑物的上部结构。

步骤S4：在位于多层建筑物的四周，每间隔10-15m，设置一个沉降观测点，即沉降观测点均匀分布于建筑物的四周，对建筑物进行跟踪检测。本实施例中，在每个沉降观测点处，采用经纬仪观测基础的沉降数值，采用经纬仪检测建筑物沉降的方法属于现有技术，在此不再赘述。

步骤S4中，在基础上的多层建筑，每盖完一层，采用经纬仪观测一次沉降观测点的沉降，记录相应的数值。

步骤S5： 待施工至主体结构封顶，此时，加载重量必须大于预估的压桩力，根据步骤S4中记录的数值判断相应区域的沉降情况，确定压桩部位和实际压桩数量。

步骤S5中，根据已施工的多层建筑沉降差，来判断需要实施压桩的区域及压桩数量：

若沉降差≤1‰，可以判定为沉降均匀，则按原设计基础中预留桩位的一定比例均匀压桩；

若沉降差在1‰与2‰ 之间，可以判定为沉降基本均匀，则在沉降较大的区域按原设计基础中预留的桩位全部实施压桩，在沉降较小的区域按原设计基础中预留的桩位部分实施压桩；

若沉降差≥2‰，则判定为沉降不均匀，则在沉降较大的区域按原设计基础中预留的桩位实施压桩，且根据后期观测资料适当加桩，在沉降较小的区域，视后期沉降观测情况决定是否实施压桩。

在步骤S5中，也可以根据已施工的多层建筑沉降量，来判断需要实施压桩的区域及压桩数量：

若沉降量≤20mm，可以判定为沉降量较小，则按原设计基础中预留桩位的一定比例压桩；

若沉降量在20mm与40mm之间，可以判定为沉降量中等，则按原设计基础中预留桩位压桩；

若沉降量≥40mm，可以判定为沉降量较大，则按原设计基础中预留桩位实施压桩，并且视后期沉降观测情况决定加桩数量以及加桩位置。

本实施例中，根据观测数据计算沉降量以及沉降差的方法，属于现有技术，在此不再赘述。

步骤S6：需要进行压桩加固时，采用锚杆静压桩的方法对该区域进行加固，以增大该区域的基础的承载力。在进行加固操作时，首先对沉降较大的区域进行压桩操作，压完一批之后立即封桩。先封桩的部位可以很快减慢沉降，调整沉降差。

在上述步骤S6中，锚杆静压桩的具体操作步骤如下：

步骤S61：将压桩架安装固定在步骤S2中预埋的预埋锚杆1上，预埋锚杆1从压桩架上的孔中穿出，并且在预埋锚杆1上设有螺母，固定时，旋紧螺母，即可实现压桩架与基础的固定，在压桩架安装完毕之后，在压桩架上安装横杆，液压缸等部件，完成整个压桩机的安装；

步骤S62：采用吊机，将加固桩吊入压桩孔内，并且位于液压缸的正下方；

步骤S63：开启液压缸，压桩架上的液压缸将加固桩压入地基内，在本发明此实施方式中，加固桩长2.5-3m，这样可以保证桩尖可以位于灰粉砂层内，桩头伸入基础50～100mm，因为相较于褐黄粉质粘土层、灰砂质粉土层，灰粉砂层的承载力高，可以对基础起到有效并且稳定的支撑；

步骤S64：拆除压桩架，对压桩孔进行清理，随后，将预埋锚杆1朝向压桩孔的中心位置弯折，焊接交叉钢筋（即将对角线上的预埋锚杆通过钢筋交叉焊接），向压桩孔内浇筑微膨胀混凝土，这样可以将预埋锚杆1以及交叉钢筋覆盖住，另外，在本发明此实施方式中，浇筑的膨胀混凝土高于压桩孔顶部100～150mm，浇筑完毕之后，在基础上形成一个凸台，可以将预埋锚杆包覆在凸台内，对预埋锚杆起到一定的保护作用，提高了固定桩与基础的固定效果，此时即完成了封桩操作。

采用上述技术方案进行基础设计施工，经过实践表明，封桩结束后一段时间，沉降基本趋于稳定，最终测得的平均沉降量在52mm，差异沉降小于1‰，同时没有发现建筑物上部开裂的情况，进一步佐证了采用上述设计方法的有效性、合理性。经过核算，采用锚杆静压桩逆序法加固施工，与换填法加固方案相比成本略有增加，但该方法克服了受施工现场的制约的困难，并且由于压桩施工可在主体结构施工过程中穿插进行，大大缩短了施工工期。

工作过程概述：在实际操作时，按桩土共同工作理论大致确定桩土分担的上部结构荷载值，设计多层建筑物的天然地基基础和加固桩方案，确定在天然地基基础上留设加固桩压桩孔的位置和数量；开挖基槽，施工多层建筑基础，同时预留压桩孔和预埋锚杆；基础施工完毕后，先不进行压桩操作，继续施工上部结构；沿建筑物的周边设置沉降观测点，进行沉降观测；待施工至主体结构封顶（加载重量必须大于预估的压桩力），根据沉降情况，确定压桩部位和压桩数量；采用锚杆静压桩对基础进行压桩加固施工；继续沉降观测，调整局部压桩加固方案并实施，直至建筑沉降相对稳定。本发明将压桩施工放在上部建筑物的施工过程中进行，不占用施工工期，而且可以根据沉降观测资料，灵活确定压桩部位和压桩数量，有效控制建筑物的沉降和不均匀沉降，做到信息法设计、信息法施工，优化基础设计方案，节约工程造价。适用于工期紧，施工场地小，需要对地基基础进行加固处理的工程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。