陜北某地危房加固工程中的靜壓樁設(shè)計(jì)與支護(hù)

吳小強(qiáng) 王 磊

（延安大學(xué)建筑工程學(xué)院 陜西 延安 716000）

陜北某地危房加固工程中的靜壓樁設(shè)計(jì)與支護(hù)

吳小強(qiáng) 王 磊

（延安大學(xué)建筑工程學(xué)院 陜西 延安 716000）

使基礎(chǔ)沉降趨于穩(wěn)定，滿足正常使用和承載能力使用要求。同時(shí)介紹了靜壓樁的加固原理、施工方法及注意事項(xiàng)、施工質(zhì)量控制及其加固效果，為同類(lèi)地區(qū)靜壓樁加固提供參考。

條形基礎(chǔ)；加固；靜壓樁；設(shè)計(jì)；支護(hù)

1 引言

靜壓樁承載力高，成樁質(zhì)量有很好的保證，而且施工的時(shí)候噪音和振動(dòng)都比較小，沒(méi)有泥漿污染環(huán)境，施工期短，沉樁速度快。由于具備了上述諸多的優(yōu)點(diǎn)，在新建、擴(kuò)建工程中，靜壓樁得到了廣泛的應(yīng)用。在危房基礎(chǔ)加固過(guò)程中，在基礎(chǔ)加固過(guò)程中靜壓樁技術(shù)也得到了很好的應(yīng)用。

2 靜壓樁的貫入擠土作用于及沉樁機(jī)理

2.1 靜壓樁的貫入擠土作用機(jī)理

壓樁過(guò)程中，沉樁速率一般保持在一定數(shù)值以?xún)?nèi)，故可將樁體貫入視為勻速直線運(yùn)動(dòng)。靜壓樁在貫入過(guò)程中造成了樁周土體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，樁尖以下土體產(chǎn)生壓縮變形。隨著樁貫入壓力的增大，當(dāng)樁尖處土體所受壓力超過(guò)其抗剪強(qiáng)度時(shí)，土體發(fā)生急劇變形而破壞，樁側(cè)土體發(fā)生塑性流動(dòng)（粘性土）或擠密側(cè)移和拖帶下沉（砂性土），樁尖下土體被向下和側(cè)向壓縮擠開(kāi)。地表處，粘性土體主要向樁周擠開(kāi)，使貼近樁周土體結(jié)構(gòu)完全破壞，周?chē)馏w亦受較大的擾動(dòng)影響，而樁身受到土體強(qiáng)大的反向抗力所引起的樁周摩擦力和樁尖阻力的抵抗。同時(shí)，對(duì)于飽和粘性土，由于瞬時(shí)排水固結(jié)效應(yīng)不明顯，樁體的貫入產(chǎn)生孔隙水壓力，隨后孔壓消散、再固結(jié)和觸變恢復(fù)，在樁周形成硬殼層。因此，從理論上講，采用準(zhǔn)靜態(tài)條件下的靜力平衡對(duì)其模擬是合適的[1]。

2.2 靜壓樁沉樁機(jī)理

圓孔擴(kuò)張理論是國(guó)際上對(duì)于靜壓樁的主要研究方法。圓孔擴(kuò)張理論首先假設(shè)土體是理想彈塑性體，材料服從Treasa或Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則，根據(jù)彈塑性體理論給出無(wú)限土體內(nèi)、具有初始半徑的柱形孔或球形孔，被均勻分布的內(nèi)壓力p所擴(kuò)張的一般解。由于樁體貫入時(shí)，一定深度處的土體逐漸出現(xiàn)半徑為樁徑的孔洞，周?chē)欢ǚ秶馏w進(jìn)入塑性狀態(tài)。因此，一般采用柱形孔擴(kuò)張來(lái)模擬除去靠近樁端和樁尖土體的變形情況。Butterfield 和Baneriggee首相提出將平面應(yīng)變條件下的柱形孔擴(kuò)張用來(lái)解決樁體貫入問(wèn)題。他們假定：①土是均勻的、各向同性的理想彈塑性體材料；②土體飽和、不可壓縮；③土體屈服滿足Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則；④小孔擴(kuò)張前，土體具有各向等同的有效應(yīng)力。隨著內(nèi)壓p的增大，圍繞柱形孔的柱形區(qū)域?qū)⒂蓮椥誀顟B(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)。塑性區(qū)隨p的增大而不斷擴(kuò)大，以外土體仍保持彈性狀態(tài)。對(duì)于柱形孔擴(kuò)張的平面應(yīng)變軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，在極坐標(biāo)下，平衡微分方程為：塑性邊界上滿足Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則：

按照土體體積不變的原理，求出該微分方程的解答，推出σr、σθ及徑向位移ur的表達(dá)式，對(duì)于壓樁引起的瞬時(shí)超孔隙水壓力，則采用亨克爾的孔壓方程導(dǎo)出：

Sagaseta應(yīng)用半無(wú)限空間球形孔擴(kuò)張理論得出地表面水平位移量和豎向隆起量的計(jì)算公式：

式中：a表示樁的半徑；L表示樁的入土深度；R表示計(jì)算點(diǎn)離樁軸線的距離；SH、SV分別表示水平位移和隆起量[2～4]。

3 設(shè)計(jì)加固方案

3.1 工程概況

本工程由村委會(huì)和施工單位自行設(shè)計(jì)，建設(shè)程序不規(guī)范，無(wú)正規(guī)圖紙。兩層磚混結(jié)構(gòu)，每戶三開(kāi)間（3×3.6×10），建筑面積216m2，廚、衛(wèi)、廳具全，一層中廳設(shè)室內(nèi)樓梯，磚砌條形基礎(chǔ)，寬度500mm，下鋪300厚3：7灰土墊層，寬度1.0m，水、電、暖專(zhuān)業(yè)配套不齊全，門(mén)前道路及排水、綠化由村委會(huì)統(tǒng)一規(guī)劃實(shí)施。工程于2009年7月動(dòng)工，2011年7月主體完工，沒(méi)有政府質(zhì)監(jiān)，由村委會(huì)代表跟蹤檢查施工過(guò)程，2011年12月發(fā)現(xiàn)西邊幾排房屋地基不均勻沉降，部分外縱墻斜裂縫，距離房屋較遠(yuǎn)處西邊新建排洪溝也產(chǎn)生多條裂縫，依現(xiàn)場(chǎng)地形判斷，目前裂縫繼續(xù)發(fā)展。

3.2 地基沉降、墻體裂縫情況

建筑場(chǎng)地地貌單元屬黃土高原溝壑緩坡帶，地形開(kāi)闊，原狀為農(nóng)田，場(chǎng)地內(nèi)有兩條小支沖溝，部分基巖露頭，巖面坡度與山勢(shì)走向一致，覆土最大厚度7.0m，西側(cè)有較深“V”形大沖溝，雨水長(zhǎng)期侵蝕切割，溝壁陡峭，底部呈自然狀排洪溝，為擴(kuò)大建設(shè)用地，人工挖填整治時(shí)沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一碾壓，土層酥松，靠自然固結(jié)，隨填土厚度不同沉陷變形差異大，工程性能差，潛在危害大，易造成房屋地基不均勻變形。2011年底發(fā)現(xiàn)西邊幾排距離沖溝邊緣較近處房屋地基發(fā)生不均勻沉降，南北縱墻產(chǎn)生幾條斜裂縫，門(mén)窗洞口處應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，裂縫較寬，大部分裂縫寬度5～12mm，地基沉降變形、墻體裂縫走向與原始地貌挖填特征完全吻合。

3.3 地基加固方案

依據(jù)地質(zhì)報(bào)告描述的地質(zhì)剖面，鋼管混凝土靜壓樁加固地基，樁端置于微風(fēng)化基巖0.50m，100%對(duì)地基持力層托換，預(yù)計(jì)樁身約8.0m。施工方法，在現(xiàn)有條基下挖大小導(dǎo)坑，形成作業(yè)空間，用千斤頂將168-6×1000鋼管樁依次壓入地基土中，直至進(jìn)入基巖。單樁承載力特征值Quk=250kN，壓樁時(shí)對(duì)地基土有一定的擠密作用形成復(fù)合地基，托換完畢后，房屋原地基持力層退出工作，全部荷載由靜壓樁承擔(dān)，其變形逐漸趨于穩(wěn)定。

3.4 靜壓樁施工說(shuō)明

（1）試樁：靜壓樁施工前，距離建筑物約6000范圍先壓入三根樁，千斤頂壓力讀數(shù)不超過(guò)45MPa，保證樁尖進(jìn)入巖石層約1000mm，兩天后開(kāi)始加載試樁，并通知設(shè)計(jì)、勘察單位參加。暫考慮單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=500kN，單樁豎向承載力特征值Ra=250kN。試樁最大荷載≤620kN，工程樁也可代替試樁。樁長(zhǎng)10m，待試樁報(bào)告出來(lái)最后確定。

（2）材料：鋼管混凝土JYZ-168-6，1.2，樁帽封閉為C30豆石混凝土，樁帽與地梁底縫隙用干硬性C40豆石混凝土（膨脹水泥）塞實(shí)。鋼筋、鋼板、角鋼均為A3鋼。

（3）注意事項(xiàng)：①施工人員應(yīng)具備一定的建筑力學(xué)、地基基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的施工工藝流程作業(yè)。熟悉《建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ》有關(guān)規(guī)定。不得擅自改變施工流程順序。②壓樁時(shí)專(zhuān)人觀察墻體裂縫變化，千斤頂升高時(shí)盡量緩慢，速度大約10/60S，防止將地梁頂裂。③門(mén)窗洞口處壓樁時(shí)，必須在地梁兩側(cè)貼應(yīng)變片，詳細(xì)記錄變形。如發(fā)現(xiàn)墻體顫動(dòng)，在門(mén)窗洞處配重，保證千斤頂有足夠的反力。④壓樁時(shí)應(yīng)連續(xù)專(zhuān)業(yè)，不允許間斷（防止樁身摩擦力恢復(fù)）。必須保證樁尖進(jìn)入微風(fēng)化基巖。⑤壓樁結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)對(duì)大小導(dǎo)坑用3：7灰土回填，用木夯夯實(shí)。（壓實(shí)系數(shù)為0.98）至地梁下皮500處。在靜壓樁兩側(cè)對(duì)稱(chēng)升頂后，填充柱帽與地梁縫隙處混凝土。⑥壓樁時(shí)，詳細(xì)記錄千斤頂讀數(shù)，每200高度記表一次，以便掌握地基浸水和各種土層分布厚度。⑦壓樁前、先將樁排序編號(hào)，正、側(cè)面彈線，方便控制接樁、壓入垂直度。⑧全部導(dǎo)架、柱帽預(yù)埋鐵件均用E43焊條，焊縫高度均大于6mm。

3.5 施工時(shí)其它要求

（1）材料：①靜壓樁導(dǎo)坑混凝土C30，縫隙塞實(shí)C40（干硬性）加膨脹劑。②靜壓樁預(yù)埋鐵件，A3鋼，焊條E43。③壓樁時(shí)優(yōu)先采用鋼板柱帽，便于人工操作。

（2）墻體裂縫修復(fù)、地溝恢復(fù)：①順裂縫走勢(shì)用M10混合砂漿粉刷。寬100mm、沿高度約500mm留孔，清水濕潤(rùn)24h后，高壓；②所有損壞地溝按原設(shè)計(jì)圖紙恢復(fù)。溝底向外2%找坡。

（3）試樁：按總樁數(shù)3%抽取，且不少于3根?？梢杂霉こ虡洞嬖嚇叮仨氝x擇在實(shí)墻面以下，保證Nmax時(shí)，地梁及墻體穩(wěn)定安全。地基梁或混凝土條基側(cè)面貼應(yīng)變片，觀察地梁是否裂縫或墻體顫動(dòng)及時(shí)調(diào)整試樁荷載。

（4）信息化監(jiān)控：①加固前應(yīng)對(duì)全樓所有房間體檢，重點(diǎn)檢查門(mén)窗洞口裂縫走向，寬度、速率，逐一登記備案。由施工、業(yè)主、監(jiān)理共同完成。②地基加固施工期間每天必須觀測(cè)一次，時(shí)間早晨9.0時(shí)，專(zhuān)人專(zhuān)地點(diǎn)專(zhuān)儀器。③凡裂縫處均打石膏條，每三天查看一次，直到施工結(jié)束后一個(gè)月。④全樓共設(shè)觀測(cè)點(diǎn)8處，觀測(cè)時(shí)由施工、監(jiān)理共同完成，保證觀測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可信，對(duì)靜壓樁加固效果作出客觀、公正、科學(xué)的評(píng)估。⑤施工觀測(cè)期間，沉降變形超出規(guī)容許值時(shí)，通知設(shè)計(jì)、業(yè)主及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。⑥沉降觀測(cè)報(bào)告送業(yè)主、政府主管部門(mén)和設(shè)計(jì)單位。

4 結(jié)論

①本工程根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、環(huán)境條件和地質(zhì)條件，采用靜壓樁加固地基，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，既節(jié)約了投資，又滿足了使用功能的要求，使正常生活得到了保障；②在磚混結(jié)構(gòu)住宅中，通過(guò)使用靜壓樁，可以有效地解決基礎(chǔ)的不均勻沉降，加固效果良好；③經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)與計(jì)算，在砌體結(jié)構(gòu)危房加固工程中，當(dāng)軟弱濕陷性黃土地基的墻下條形基礎(chǔ)沉降過(guò)大時(shí)，可采用靜壓樁技術(shù)加固墻下基礎(chǔ)。

[1]徐慧民.靜壓預(yù)制樁對(duì)周邊建筑物的影響及對(duì)策[J].建筑技術(shù)開(kāi)發(fā)，2000，27（6）：8～9.

[2]羅國(guó)強(qiáng).砌體結(jié)構(gòu)[M].長(zhǎng)沙：湖南科技出版社，1993.

[3]《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T0219-2006）[S].

[4]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB50330-2002）[S].

TU746.3

A

1673-0038（2015）37-0114-02

2015-8-10

吳小強(qiáng)（1977-），男，陜西延安人，講師，碩士，研究方向主要為結(jié)構(gòu)可靠度及建筑結(jié)構(gòu)加固與防治。

王磊（1985-），男，陜西西安人，碩士，研究方向主要為結(jié)構(gòu)可靠度及建筑結(jié)構(gòu)加固與防治。