聯(lián)合加固法處理軟土地基建筑物的不均勻沉降

廣西建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 南寧 530012

1 工程概況

南寧吳圩機(jī)場(chǎng)新航站區(qū)運(yùn)行指揮中心樓，為地上2層的框架結(jié)構(gòu)建筑，底層層高4.2 m，呈規(guī)則的長(zhǎng)方形布置。場(chǎng)地地層自上而下可分為：①素填土、②耕土、③硬塑狀粉質(zhì)黏土(局部無該層土質(zhì))、④含黏土角礫。本工程采用獨(dú)立柱基礎(chǔ)，持力層為硬塑狀粉質(zhì)黏土或含黏土角礫層，其表面位于室外地坪-3.4～-4.9 m。工程主體于2014年5月完工后進(jìn)入裝修階段時(shí)發(fā)現(xiàn)，該樓①～⑥軸構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的裂縫，主要表現(xiàn)為上部混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)嚴(yán)重拉裂和剪切破壞，填充墻出現(xiàn)45°的階梯形裂縫，危及結(jié)構(gòu)安全使用。經(jīng)分析認(rèn)為，由于地質(zhì)有一傾斜的地層斷裂帶，在①～⑥軸基礎(chǔ)開挖過程中出現(xiàn)誤判，故確定為上部結(jié)構(gòu)裂縫主要是由于基礎(chǔ)不均勻沉降所導(dǎo)致[1,2]。

2 地基加固方案選型

針對(duì)本工程出現(xiàn)的裂縫和不均勻沉降現(xiàn)象，加固處理的思路為：先處理地基，以控制地基的繼續(xù)沉降，后對(duì)上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行封閉處理。具體的加固方案考慮以下因素：

1）場(chǎng)地條件。本工程主體已封頂，層高為4.2 m，能滿足相關(guān)鉆孔設(shè)備的要求。但在入口大廳4/A軸及6/A軸處，因已懸掛大幅LED告示牌，空間上無法安裝反力壓樁裝置，故此兩處獨(dú)立樁基礎(chǔ)無法采用錨桿靜壓樁和鉆孔灌注樁加固。其余大部分房間已布設(shè)有電纜和設(shè)備，且部分設(shè)備為一次性安裝固定，不允許再次移動(dòng)。如采用壓力灌漿補(bǔ)強(qiáng)，施工對(duì)原有地基及房?jī)?nèi)設(shè)備擾動(dòng)極大，給工程運(yùn)營(yíng)帶來安全隱患。

2）工期方面。該工程工期緊張，根據(jù)業(yè)主的要求，加固施工期間應(yīng)不影響后續(xù)的裝修作業(yè)，加固工期為20 d。

3）地質(zhì)條件。地質(zhì)勘探報(bào)告顯示，所要求加固的地層為硬塑狀粉質(zhì)黏土層及黏土角礫層。其各參數(shù)顯示，如果采用壓力灌漿加固，因高壓水泥漿液沿裂隙流入土體，而對(duì)于硬塑狀粉質(zhì)黏土層及黏土角礫層，其在土體中的混凝土流向不明確，不易確定其加固效果。

4）各工藝對(duì)比。因壓力灌漿法優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備輕便、移動(dòng)操作方便，但施工會(huì)對(duì)原有地基及房?jī)?nèi)設(shè)備產(chǎn)生極大擾動(dòng)；鉆孔灌注樁優(yōu)點(diǎn)是對(duì)原有地基沒有干擾，但設(shè)備較大、移動(dòng)不便，且外鋼筋籠吊裝也十分困難，空間上限制較多，成樁泥漿也不利于文明施工及環(huán)境保護(hù)；錨桿靜壓樁施工工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、適應(yīng)狹小空間要求，降低了對(duì)原有地基及結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。

綜合上述各影響因素，對(duì)建筑物地基的加固可采用壓力灌漿補(bǔ)強(qiáng)和錨桿靜壓樁2種方案的結(jié)合。即僅對(duì)4/A軸及6/A軸基礎(chǔ)采用壓力灌漿補(bǔ)強(qiáng)。其余均采用錨桿靜壓樁進(jìn)行基礎(chǔ)加固。

因南寧市場(chǎng)上無現(xiàn)成的250 mm×250 mm預(yù)制混凝土方樁，而現(xiàn)澆制作的混凝土方樁強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C20，在工期上滿足不了要求。結(jié)合實(shí)際情況，本次的錨桿靜壓樁加固決定采用鍍鋅鋼管靜壓樁并配合地基注漿的加固方式，同時(shí)采用開口鋼管樁減少擠土量，降低了對(duì)原有地基及結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。兩者以鋼管靜壓樁為主，地基注漿為輔，地基注漿既能輔助提高地基承載力，減小沉降變形，又能對(duì)鋼管樁本體起到保護(hù)作用，延長(zhǎng)其使用壽命。

3 加固施工

3.1 灌漿加固

3.1.1 灌漿加固機(jī)理

以一定的液壓將水泥和化學(xué)漿通過雙液管注入土中，并使之迅速凝固，同時(shí)對(duì)軟土進(jìn)行割裂、擴(kuò)散擠壓和充填，并伴隨一定的物理化學(xué)作用，一方面促使?jié){體在軟土中形成脈狀充填；另一方面又使軟土產(chǎn)生壓縮和脫水固結(jié)，從而達(dá)到加固的目的。

3.1.2 灌漿加固工藝流程

制漿→成孔下管→液壓注漿→割裂→擠壓與充填→固結(jié)

3.1.3 施工過程控制

1）灌漿孔的布置：對(duì)4/A軸及6/A軸獨(dú)立基礎(chǔ)的四周均勻布置4個(gè)孔，加固深度4.0～10.5m，深孔底部進(jìn)入含黏土角礫層。注漿采用低壓、慢灌、多量工藝，以便注入較多的漿體。

2）重復(fù)注漿：在軟土較厚的孔段，為增強(qiáng)注漿效果，往往在第1次注漿中，使之在一定漿壓作用的范圍內(nèi)形成1道不規(guī)則的帷幕，再?zèng)_洗灌漿孔進(jìn)行二次注漿，使?jié){液充分而有效地充填。

3）采用先下后上分層注漿：即成孔后注漿管下落至孔底，并由孔底開始注漿，而后邊注漿邊上拔灌漿管，使?jié){液從孔底開始擴(kuò)散，以利于加固軟土。

4）注漿材料為P.O 42.5水泥、水、早強(qiáng)劑等。水泥漿的水灰比取1.5、1.0、0.5三個(gè)等級(jí)，并按水泥用量的0.3%～0.5%加入早強(qiáng)劑，依據(jù)灌漿總量和流量控制，先少加，后多加。漿液的攪拌時(shí)間不低于5 min。不同地層的凝結(jié)時(shí)間可調(diào)節(jié)，同時(shí)具備高強(qiáng)、止水效果。

5）注漿壓力控制在0.2～0.5 MPa，注漿流量控制在7～10 L/min。按水灰比由稀到濃分級(jí)灌注，當(dāng)某一級(jí)水灰比的漿液注入量達(dá)到或超過200 L，其注漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時(shí)，加濃一級(jí)漿液稠度，當(dāng)注入率大于20 L/min時(shí)，則越級(jí)加濃，以此類推，直至灌漿結(jié)束。當(dāng)某段注漿量超過相近部位1～1.5倍時(shí)，應(yīng)停止注漿，間歇數(shù)小時(shí)后再注，以防止?jié){液擴(kuò)到加固部位以外。

6）注漿壓力不小于1 MPa時(shí)，注漿率少于1 L/min，持續(xù)20～30 min；單孔注漿量已達(dá)到平均注漿量的1.5～2倍，且進(jìn)漿量明顯減少；地表冒漿且封堵無效。

7）拔出注漿管，封堵注漿孔，防止?jié){液流失。

3.2 錨桿靜壓樁

3.2.1 錨桿靜壓樁加固機(jī)理

利用建筑物的承重柱重力作為反力，通過液（油）壓設(shè)備，把預(yù)制鋼管樁分節(jié)壓入土中，上下節(jié)樁接駁用預(yù)埋角鐵焊接。壓樁由液壓控制，當(dāng)壓力達(dá)設(shè)計(jì)荷載并基本滿足計(jì)劃樁長(zhǎng)要求時(shí)終樁，終樁時(shí)的單樁承載力可直接從壓樁設(shè)備的儀表中反映出來。終樁后將壓入樁的樁頭與原基礎(chǔ)上后植鋼筋焊接，并澆筑混凝土承臺(tái)與基礎(chǔ)連為一體，從而將上部結(jié)構(gòu)的荷載通過樁直接傳遞到堅(jiān)硬土層。

3.2.2 主要參數(shù)

采用鍍鋅鋼管靜壓樁并配合地基注漿的加固方式，在鋼管樁側(cè)壁預(yù)先鉆孔，樁體靜壓到位后，進(jìn)行壓力注漿，最后封樁。鍍鋅鋼管內(nèi)徑為100 mm，外徑為114 mm，材質(zhì)Q235，每段樁長(zhǎng)為2 m。接樁采用對(duì)接焊方式，并對(duì)焊接部位進(jìn)行局部加強(qiáng)處理。在鋼管樁側(cè)壁鉆孔，直徑取3～6 mm，間距400～500 mm，梅花形布置，為防止壓樁時(shí)孔眼堵塞，采用電工膠布包裹[3-5]。

地基注漿采用P.O 42.5水泥拌制?；A(chǔ)上錨桿靜壓樁的布置如圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)上錨桿靜壓樁的布置示意

3.2.3 主要工藝流程

我們通過設(shè)置分配梁與其承臺(tái)連結(jié)，并將壓樁架固定在分配梁上來解決壓樁反力的問題。

壓樁工藝流程為：測(cè)放樁位→開鑿或預(yù)留壓樁孔→鉆錨桿孔→熬制硫磺膠泥、錨桿加工制作、埋設(shè)錨桿→安裝反力架→起吊樁段就位校正→壓樁→深度及壓力值記錄→下節(jié)樁就位、校正→熬制硫磺膠泥、接樁→壓樁→壓樁至設(shè)計(jì)要求→最終深度及壓樁力驗(yàn)收→拆除反力架→移至下一樁位。

封樁工藝為：切割樁頭至設(shè)計(jì)標(biāo)高→清理樁孔→（有樁帽梁時(shí)焊交叉鋼筋→立模板）→拌制微膨脹早強(qiáng)混凝土 →澆筑混凝土→封樁結(jié)束。

3.2.4 施工過程控制

1）錨桿施工：

（1）制作：錨桿后成孔埋設(shè)，采用粗螺栓植筋。根據(jù)單樁豎向承載力的大小確定錨桿的數(shù)量和型號(hào)，其具體構(gòu)造要求如圖2所示。

（2）埋設(shè)：錨桿的錨固深度一般為10～12倍螺栓直徑且不小于300 mm。

（3）錨固：采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)在原有基礎(chǔ)上預(yù)先成孔，確保錨桿孔內(nèi)清潔干燥后下錨，并在錨桿孔內(nèi)植筋。

圖2 錨桿孔口結(jié)構(gòu)布置示意

2）安裝反力架：錨桿四周的混凝土進(jìn)行找平，以利于反力架安裝。反力架的安裝必須垂直、穩(wěn)固，應(yīng)均衡擰緊錨固螺栓的螺帽，在壓樁過程中要隨時(shí)擰緊松動(dòng)的螺帽。

3）樁段就位：樁段就位前要先將樁孔內(nèi)的雜物清除干凈，樁段就位必須保持垂直，尤其是第1節(jié)樁的垂直度，須使千斤頂、樁段及壓樁孔軸線重合，防止發(fā)生偏心加壓，樁身垂直度可用線錘進(jìn)行檢查和校正。

4）壓樁：

（1）壓樁時(shí)，樁頂可墊厚3～4 cm的木板或多層麻袋，套上鋼樁帽后再進(jìn)行壓樁。

（2）壓樁施工時(shí)不宜數(shù)臺(tái)壓樁機(jī)同時(shí)在一個(gè)獨(dú)立柱基上施工。施工期間的壓樁力總和不得超過該基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)所能發(fā)揮的自重，防止基礎(chǔ)承臺(tái)結(jié)構(gòu)破壞。

（3）整根樁應(yīng)一次連續(xù)壓到設(shè)計(jì)標(biāo)高，不得中途停頓，以免土體固結(jié)超靜水壓力消散，引起摩阻力劇增，如必須中途停頓時(shí)，樁尖應(yīng)停留在軟土層中，且停歇時(shí)間不宜超過24 h。如遇壓力急劇增加，可能遇到地下障礙物或壓入較硬土層，這時(shí)液壓系統(tǒng)可采用稍壓入、持荷、再壓入、再持荷的方式，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度或承載力。

（4）本次加固的預(yù)估樁長(zhǎng)為15 m，壓樁由液壓控制，壓樁荷載控制在45～55 MPa之間，當(dāng)樁壓至預(yù)定深度并達(dá)到設(shè)計(jì)貫入度之壓力時(shí)，其沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為：壓樁荷載保持50 MPa，每隔5 min沖擊1次，共沖擊3次，下沉量≤3 mm，并需穩(wěn)定1 h，做好記錄，最終允許下沉量≤1 mm。

（5）根據(jù)實(shí)際情隨時(shí)調(diào)整樁段的長(zhǎng)度搭配，盡量避免截樁。壓樁施工的控制標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以設(shè)計(jì)最終壓樁力為主，樁入土深度為輔。

5）接樁：本工程為鋼管樁，采用電焊接樁，焊接時(shí)調(diào)整樁的垂直度，保證樁上下節(jié)垂直度滿足規(guī)范要求，對(duì)焊接部位還要進(jìn)行加強(qiáng)處理。

6）封樁：封樁施工是壓樁過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是封樁后錨桿樁能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵。

（1）切割樁頭。封樁前，樁頂標(biāo)高應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，樁頭應(yīng)伸入樁基承臺(tái)50～100 mm。

（2）清理樁孔。封樁前，對(duì)壓樁孔進(jìn)行認(rèn)真檢查，必須清除干凈壓樁孔內(nèi)的雜物和積水。

（3）焊接交叉鋼筋。為加強(qiáng)樁和承臺(tái)的連接，尤其當(dāng)原有基礎(chǔ)底板厚度小于350 mm時(shí)，應(yīng)用2φ16 mm鋼筋交叉焊接于錨桿上，在澆筑壓樁孔混凝土?xí)r，在樁孔頂面以上澆筑樁帽，厚度不得小于150 mm。

（4）澆筑混凝土封樁。封樁一般采用C35微膨脹早強(qiáng)混凝土澆筑密實(shí)，以使樁與樁基承臺(tái)形成一個(gè)整體。

7）注漿：注漿過程及控制重點(diǎn)與壓力灌漿法相似。

4 質(zhì)量控制

1）注漿一定要按程序施工，每段進(jìn)漿要準(zhǔn)確，注漿壓力要嚴(yán)格控制，須由專人操作。當(dāng)壓力突然上升或從孔壁溢漿時(shí)，應(yīng)立即停止注漿，每段注漿量應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行，跑漿時(shí)，應(yīng)采取措施確保注漿量滿足設(shè)計(jì)要求。

2）控制好樁位及樁的垂直度，要求樁位平面偏差不得超過±20 mm，樁段垂直度偏差不得大于樁段長(zhǎng)的1%。

3）施工時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求或已壓樁的壓樁力情況，隨時(shí)調(diào)整樁段的長(zhǎng)度搭配，盡量避免截樁。壓樁施工的控制標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以設(shè)計(jì)最終壓樁力為主，樁入土深度為輔，如遇異常情況，應(yīng)向設(shè)計(jì)人員反映，及時(shí)采取對(duì)策。

4）在整個(gè)施工過程中，嚴(yán)格按照現(xiàn)行國家規(guī)范加強(qiáng)建筑物的監(jiān)測(cè)工作，防止工程事故和環(huán)境事故發(fā)生。

5 結(jié)語

因本工程實(shí)際情況特殊，采用了壓力灌漿加固法和錨桿靜壓樁2種加固方法的結(jié)合，快速而又有效地實(shí)現(xiàn)了地基基礎(chǔ)加固。完成加固施工后，對(duì)該建筑進(jìn)行了1年共5次的沉降觀測(cè)工作，觀測(cè)結(jié)果表明，加固后的該建筑地基的沉降完全得到控制，且構(gòu)件均未出現(xiàn)新的裂縫。表明本建筑的地基加固效果良好，為房屋的使用提供了安全保障，對(duì)類似條件的工程具有一定的借鑒意義[6]。