蘭州市某小區(qū)大厚度填土地基基礎(chǔ)加固選型研究

謝昭雪,代海橋,張海峰

（1.甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院,甘肅 蘭州 730030;2.甘肅省建設(shè)投資（控股）集團(tuán)總公司，甘肅 蘭州 730030）

蘭州市某小區(qū)大厚度填土地基基礎(chǔ)加固選型研究

謝昭雪1,代海橋2,張海峰1

（1.甘肅省建筑設(shè)計(jì)研究院,甘肅 蘭州 730030;2.甘肅省建設(shè)投資（控股）集團(tuán)總公司，甘肅 蘭州 730030）

某小區(qū)位于蘭州市九州開發(fā)區(qū)，該區(qū)域存在大范圍的大厚度填土地基，由于種種原因，該區(qū)域的早期建筑物樁基普遍未達(dá)到基礎(chǔ)持力層，在使用過程中出現(xiàn)較大的不均勻沉降。針對(duì)該區(qū)域填土地基的實(shí)際情況，提出不同的地基基礎(chǔ)加固方案，并對(duì)其進(jìn)行適應(yīng)性分析、研究，比選出較為合理的地基基礎(chǔ)加固方案。

大厚度填土地基;地基基礎(chǔ);加固

近年來(lái)，我國(guó)房地產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一［1］，隨著土木工程行業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)外高層建筑、大型交通設(shè)施項(xiàng)目大量興起，引起基礎(chǔ)工程領(lǐng)域新理論、新的基礎(chǔ)形式及新的施工技術(shù)不斷涌現(xiàn)［2］，各種地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)工程建設(shè)均取得了巨大的成就。

伴隨著大規(guī)模的工程建設(shè)，各種工程地質(zhì)問題不斷涌現(xiàn)，其最常見的表現(xiàn)形式即為建筑物的不均勻沉降，在考慮到技術(shù)經(jīng)濟(jì)后，對(duì)一些存在不均勻沉降問題的建筑物采取一些加固措施是必要的，而且是經(jīng)濟(jì)合理的，在技術(shù)上是可行的。通常，地基基礎(chǔ)加固方式主要為提高地基承載力及增大基礎(chǔ)接觸面積兩種。本文通過對(duì)該區(qū)域大厚度填土地質(zhì)條件下的不同加固方式的初步研究，為地基基礎(chǔ)加固提供合理的方案。

1 概況

1.1 工程概況

蘭州市九州某工程為住宅樓，七層框架結(jié)構(gòu)，無(wú)地下室。該建筑于2006年8月完成設(shè)計(jì)，2007年竣工。根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，該建筑采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用機(jī)械成孔灌注樁基礎(chǔ)，持力層為中風(fēng)化砂巖，樁端擴(kuò)大頭進(jìn)入持力層深度不小于1.5d。

該住宅樓建成后在使用過程中于2014年1～13軸、A～D軸區(qū)域發(fā)生了部分墻體開裂、基礎(chǔ)下沉等現(xiàn)象，通過對(duì)該建筑物的安全性鑒定，其主要原因是建筑物樁長(zhǎng)不足，施工時(shí)未達(dá)到持力層。

加固設(shè)計(jì)時(shí)，為彌補(bǔ)基樁承載力不足，結(jié)合建筑物的特點(diǎn)，在建筑物原有基樁周邊另布置一定數(shù)量的基樁，再利用承臺(tái)轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)對(duì)建筑物進(jìn)行豎向加固，從而達(dá)到彌補(bǔ)原施工時(shí)樁長(zhǎng)不足的缺陷的目的。

1.2 地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及后期地質(zhì)鑒定工作，該區(qū)域地質(zhì)情況如下：

1）素填土層：厚度從沖溝斜坡至溝底逐漸變厚，為17.70～37.20m。以粉土為主，含大量砂巖、泥巖碎塊，土質(zhì)均勻性較差，局部存在空洞現(xiàn)象，洞徑最大1.5m，稍濕，稍密-中密。

2）強(qiáng)風(fēng)化砂巖層：埋深從沖溝斜坡至溝底逐漸變深，為17.70～37.20m，厚度0.60～3.50m。棕紅色，主要礦物成份為石英、長(zhǎng)石、石膏，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，粗粒結(jié)構(gòu)，局部含少量礫?；蜃?yōu)樯百|(zhì)泥巖，為極軟巖，較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，強(qiáng)風(fēng)化狀。

3）中等風(fēng)化砂巖：埋深從沖溝斜坡至溝底逐漸變深，為19.50～39.60m，勘察厚度1.40～8.00m。棕紅色，主要礦物成份為石英、長(zhǎng)石、石膏，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，粗粒結(jié)構(gòu)，局部含少量礫粒或變?yōu)樯百|(zhì)泥巖，為軟巖，較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，呈中等風(fēng)化狀。

2 加固方案

該區(qū)域的地質(zhì)難點(diǎn)在于大厚度的回填土，且物理性質(zhì)極不均勻，局部存在空洞現(xiàn)象。通過調(diào)閱資料及現(xiàn)場(chǎng)檢查，該樓采用樁基礎(chǔ)形式，設(shè)計(jì)以中風(fēng)化砂巖層為樁基礎(chǔ)持力層。但實(shí)際的情況是該區(qū)域存在大范圍的回填砂巖，局部塊徑達(dá)10m以上，在早期的勘察中，鉆孔中的物質(zhì)與原狀砂巖別無(wú)二致，勘察成果認(rèn)識(shí)上存在偏差，造成該區(qū)域樁基礎(chǔ)實(shí)際未達(dá)到持力層，個(gè)別樁座落在較大的回填砂巖塊上。該區(qū)域普遍樁長(zhǎng)在20～25m，但回填砂巖深度甚至超過40m。在基礎(chǔ)荷載的長(zhǎng)期作用下，回填土層逐漸被壓縮，產(chǎn)生固結(jié)沉降，由于其密實(shí)度的不均勻性，其壓縮沉降量不一。

基于上述地基基礎(chǔ)的不均勻沉降的認(rèn)識(shí)，加固的對(duì)象為基礎(chǔ)持力層范圍內(nèi)的巖土層，包括轉(zhuǎn)身范圍及樁端范圍，由此，加固的重點(diǎn)主要針對(duì)于樁身巖土層或樁端沿途層。根據(jù)實(shí)際情況擬定加固方案如下：

2.1 樁側(cè)加固

該方法主要通過加固樁身周圍的巖土層密實(shí)度，使樁身的摩阻力增大，類似于在地層表面一定深度范圍內(nèi)形成硬殼層，從而提高基樁承載力的目的。具體實(shí)施起來(lái)以旋噴樁為主要加固方式，該加固方式一方面切割現(xiàn)有巖土層，另一方面填充回填土層內(nèi)的空洞，使之密實(shí)、固結(jié)，從而增大與樁身之間的摩阻力。

針對(duì)原基樁可能未達(dá)持力層，且樁身處土層為欠固結(jié)土，承載力不足，首先不改變結(jié)構(gòu)的傳力路徑及受力機(jī)制，利用原有基樁，使樁身范圍內(nèi)的欠固結(jié)回填土層固結(jié)、增強(qiáng)樁身與周圍巖土間的摩阻力，從而使樁基承載力提升，達(dá)到加固的目的。旋噴樁加固的主要思路是在地表層15m深度范圍內(nèi)布置旋噴樁，利用高壓將漿液噴射到周圍的土里，使之硬化，另外在樁身周邊有針對(duì)性的多布置旋噴樁使之側(cè)摩阻力增大。

經(jīng)軟件計(jì)算，在標(biāo)準(zhǔn)荷載組合下，單樁最大荷載約2000kN，若能提高側(cè)摩阻力將可以有效提高樁基承載力。通過實(shí)施旋噴樁使地表可以形成硬殼層，從而達(dá)到加固的目的，如圖1、2所示。

圖1 旋噴樁加固示意圖

圖2 轉(zhuǎn)換加固示意圖

2.2 樁端加固

補(bǔ)強(qiáng)基樁樁端承載力，該種加固方式立足于增強(qiáng)現(xiàn)有基樁的樁端承載力。在實(shí)施加固的過程中，一方面檢查基樁的持力層；另一方面實(shí)施加固。

具體施工時(shí)，在原有基樁側(cè)面沿樁身人工挖孔至樁端，樁孔開挖時(shí)同時(shí)進(jìn)行護(hù)壁，至樁端，如該樁已達(dá)持力層，可即時(shí)予以回填。如該樁尚未達(dá)持力層，則繼續(xù)開挖至持力層，在新開挖的樁孔中下放鋼筋籠、澆筑混凝土，同時(shí)使原基樁樁端部分位于新澆筑樁基之上，形成新的樁基結(jié)構(gòu)，樁基荷載通過原基樁及新樁重新傳至持力層之上。通過在原有樁身植筋、灌注樁孔，以形成新的樁基結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到提高樁端承載力的目的。

2.3 轉(zhuǎn)換

轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)采用梁式轉(zhuǎn)換。該種加固方式在于改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的傳力路線，把原有的基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)層打斷，主要受力構(gòu)件為新做基樁，原有基樁僅作為結(jié)構(gòu)的承載力儲(chǔ)備。由于該樓原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為單柱單樁，在擬定加固方案時(shí)，考慮到由于樁基未達(dá)到持力層，受力模型為摩擦樁，由于樁周土體為欠固結(jié)土，加固設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)打斷原結(jié)構(gòu)與原有樁基的聯(lián)系，以免原樁基浸水下沉?xí)r對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)有下拉作用。具體又有如下兩種工程實(shí)踐：

1）鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)。原有結(jié)構(gòu)荷載通過轉(zhuǎn)換層傳遞至鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)上，由于施工空間受限，主要采取人工挖孔灌注樁，樁基施工同時(shí)進(jìn)行護(hù)壁，樁長(zhǎng)約40m，樁徑不受限制，可根據(jù)計(jì)算而定。

2）鋼管樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)采用鋼管樁，由于施工空間的限制，施工時(shí)可采用跟管鉆機(jī)成孔，并以鋼管樁代替施工套管，達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)，鋼管內(nèi)灌細(xì)石混凝土。

3 方案難點(diǎn)

加固設(shè)計(jì)的目的在于保證現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不變的情況下，對(duì)基礎(chǔ)承載力不足的部分予以增強(qiáng)，使之可以正常承載而不出現(xiàn)超過允許的不均勻沉降。

該項(xiàng)目的加固難點(diǎn)在于地基持力層較深，且回填土極不均勻，是欠固結(jié)土與密實(shí)回填土塊的混合物，甚至局部存在空洞現(xiàn)象。采取的加固方案不僅要技術(shù)可行，更要施工可行。如樁身補(bǔ)強(qiáng)（旋噴樁方案），主要的困難在于施工沉降不可控；基樁樁端補(bǔ)強(qiáng)的困難在于成孔及施工過程中的基樁穩(wěn)定性難以保證；轉(zhuǎn)換的困難在于基樁成孔困難，需人工挖孔，在實(shí)施過程中須進(jìn)行護(hù)壁，造成工期長(zhǎng)、安全問題較為突出，機(jī)械成孔的小直徑樁長(zhǎng)細(xì)比過大，穩(wěn)定性差，可能存在樁身壓屈問題［3］。

4 方案的選擇

在以上各方案中，最終選擇轉(zhuǎn)換，具體采用人工挖孔灌注樁，實(shí)施過程中采取護(hù)壁措施。具體可以采用人工挖孔時(shí)邊挖孔邊支護(hù)，每1.0～1.5m進(jìn)行現(xiàn)澆鋼筋混凝土掛壁，并設(shè)置錨固鋼筋錨入周圍土體，使之從上到下形成完整的掛壁支護(hù)，同時(shí)在施工中可以采用流水作業(yè)、多個(gè)樁孔同時(shí)開挖，在前根樁支護(hù)、等待凝固時(shí)，進(jìn)行下一根樁孔的開挖，以此類推，提高工作效率、縮短工期。

該方案雖實(shí)施難度較大、工期過長(zhǎng)，但安全性可以保證，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)影響小、破壞小，且實(shí)施過程中可以避免施工沉降的問題，同時(shí)根據(jù)樁孔開挖的情況隨時(shí)調(diào)整施工方案，以達(dá)到加固效果最佳的目的。

5 結(jié)論

既有建筑的地基基礎(chǔ)加固是一個(gè)系統(tǒng)工程，不僅要考慮方案的理論依據(jù)，還須考慮實(shí)施難度及過程控制。特別是不同加固方案的可行性問題不容忽視。通過對(duì)該項(xiàng)目的方案比選，積累了類似工程加固方案的適應(yīng)性選擇，為以后同類項(xiàng)目的加固提供借鑒。

［1］ 王協(xié)群,章寶華.基礎(chǔ)工程［M］.北京:北京大學(xué)出版社,2006. 12.

［2］ 曾巧玲,崔江余,陳文化,等.基礎(chǔ)工程［M］.北京:北京大學(xué)出版社；北京交通大學(xué)出版社,2007.3

［3］ 王允鍔.建筑樁基設(shè)計(jì)中幾個(gè)值得注意的問題［J］.建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)通訊，2007.3

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