微型樁技術(shù)在既有建筑基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用

李 明，陳啟春

(成都四海巖土工程有限公司，四川 成都 610094)

1 工程概況

1.1 基本情況

建筑場(chǎng)地位于成都市錦江區(qū)三圣鄉(xiāng)，用地面積約為29 591 m2，總建筑面積約125 000 m2。場(chǎng)地地貌單元屬岷江水系三級(jí)階地。

1.2 地層概況

地層主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)及第四系中下更新統(tǒng)冰水堆積物(Q1+2fgl)組成，下伏白堊系灌口組(K2g)泥巖。

素填土：黃色、褐黃色，松散，稍濕；主要為前期附近地區(qū)施工棄土及建筑垃圾。為該層在場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，層厚0.40～4.50 m。

黏土：褐黃色或磚紅色，硬塑；含灰白色黏土團(tuán)塊，偶見斜向裂隙，其間充填有灰白色黏土，見少量的鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳質(zhì)氧化物，具弱膨脹潛勢(shì)。局部地段表層因長期受水浸泡而呈可塑狀。該層在場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，層厚0.60～2.90m。

泥巖：紫紅色、棕紅色；主要成份為黏土礦物，泥狀結(jié)構(gòu)，巨厚層構(gòu)造；可見灰白色礦物(石膏)斑點(diǎn)、團(tuán)塊及其條帶。局部夾薄層泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)其風(fēng)化程度可劃分為全風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中等風(fēng)化泥巖三個(gè)亞層。

泥巖與上覆第四系地層呈不整合接觸，且頂板埋深起伏較大，強(qiáng)風(fēng)化和中等風(fēng)化巖層由于巖石性質(zhì)的不均勻而形成差異風(fēng)化，其間分布有厚度<1.0m的夾層。中等風(fēng)化泥巖巖體質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

1.3 水文地質(zhì)概況

勘察期間在場(chǎng)地鉆孔內(nèi)未見地下水。僅部分地段有少量地表積水。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)概況

2.1 墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃6#、7#樓附近為兩層商業(yè)用房，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)。由于地下室開挖時(shí)，部分獨(dú)立基礎(chǔ)未開挖，設(shè)計(jì)單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及考慮施工作業(yè)安全可行的原則，采用回填后施工人工挖孔灌注墩的形式替代原有獨(dú)立基礎(chǔ)，并對(duì)相應(yīng)圖紙進(jìn)行修改。商業(yè)用房墩基礎(chǔ)布置見圖1。

圖1 墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)平面圖

采用人工挖孔嵌巖墩基礎(chǔ)，以中風(fēng)化泥巖為持力層，地基承載力特征值fak=1000 kPa；墩身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，承臺(tái)、地梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，護(hù)壁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，單墩承載力特征值2 500 kN。

人工挖孔墩終孔時(shí)，應(yīng)進(jìn)行墩端持力層檢驗(yàn)，孔底下3倍墩身直徑或5m深度范圍內(nèi)不能存在土洞、溶洞、破碎帶或軟弱夾層等不良地質(zhì)條件。人工挖孔墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖

2.2 墩基礎(chǔ)施工及監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目墩基礎(chǔ)于2013年11月進(jìn)場(chǎng)開挖，2014年3月中旬全部施工完成，并順利通過結(jié)構(gòu)驗(yàn)收。上部主體結(jié)構(gòu)于2014年4月開始施工，施工周期約2個(gè)月，2014年9月地下室上部開始進(jìn)行覆土及綠化施工。

2015年4月初，施工單位現(xiàn)場(chǎng)巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域20軸至28軸商業(yè)用房內(nèi)填充墻體發(fā)生局部開裂現(xiàn)象，疑似基礎(chǔ)沉降引起，建設(shè)單位召集相關(guān)責(zé)任主體現(xiàn)場(chǎng)協(xié)商處理。調(diào)查發(fā)現(xiàn)2015年3月底因紅線外市政自來水管爆裂，大量水體涌入施工現(xiàn)場(chǎng)，致使場(chǎng)地被淹，已施工的化糞池上浮破壞，前后共發(fā)生3次類似事件，可能造成土體浸水，軟化持力層造成基礎(chǔ)沉降，決定對(duì)該段基礎(chǔ)進(jìn)行沉降觀測(cè)，以判斷基礎(chǔ)是否穩(wěn)定。監(jiān)測(cè)單位對(duì)該段設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)12個(gè)，2015年4月13日進(jìn)行首次觀測(cè)，觀測(cè)間隔周期為7天，至2015年7月26日停止監(jiān)測(cè)，歷時(shí)106天，其中最大點(diǎn)沉降值為0.4 mm，最小值為0.11 mm，按根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ 8—2016)可視為處于穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)測(cè)期間，施工單位人員日常巡視也未發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)。

3 沉降問題及原因

2015年7月，建設(shè)單位決定在該側(cè)已有建筑物外側(cè)另外增加一跨，以滿足客戶用房需求。設(shè)計(jì)單位于2015年7月20日提供施工圖紙，2015年8月總承包單位開始施工。至2015年10月初，新增跨施工基本完成，且頂部覆土1.5m以滿足綠化需求。現(xiàn)場(chǎng)巡視發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域沉降加劇，不僅填充墻體裂縫加大，而且承重梁端頭也開始出現(xiàn)裂縫。

項(xiàng)目部召集相關(guān)單位責(zé)任人及相關(guān)專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看，并查閱相關(guān)施工資料，最終判定以下原因?qū)е禄A(chǔ)沉降：①原墩基持力層判定不準(zhǔn)，部分基礎(chǔ)未置于連續(xù)穩(wěn)定的中風(fēng)化持力層，基礎(chǔ)下存在強(qiáng)風(fēng)化泥巖軟弱層；②新增跨結(jié)構(gòu)自重及上覆土重量，加大了原墩基礎(chǔ)荷載，且該段時(shí)間內(nèi)本區(qū)域降雨較多，場(chǎng)地雨水管網(wǎng)尚未形成，排水不暢，導(dǎo)致雨水下滲，軟化基礎(chǔ)土體，造成已施工的墩基礎(chǔ)承載力不足，引起基礎(chǔ)沉降?；谝陨显?，該區(qū)域20軸至28軸墩基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)行加固處理。

4 基礎(chǔ)加固處理

4.1 基礎(chǔ)加固方案

根據(jù)本項(xiàng)目具體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，設(shè)計(jì)單位提出基礎(chǔ)加固方案。方案一：在原墩基兩側(cè)重新開挖墩基礎(chǔ)，對(duì)原基礎(chǔ)進(jìn)行托換，頂部采用地梁連接。方案二：在原承臺(tái)四周施工微型樁4根，加大承臺(tái)尺寸對(duì)原基礎(chǔ)進(jìn)行托換。

由于本項(xiàng)目上部結(jié)構(gòu)已施工完成，采用方案一加固時(shí)，需破除部分已施工的地梁，會(huì)對(duì)原建筑結(jié)構(gòu)造成一定的破壞，施工期間存在較大安全隱患，必須對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的加固。通過反復(fù)討論必選，認(rèn)為方案二對(duì)原基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小，可操作性較好，故選擇方案二對(duì)該工程基礎(chǔ)進(jìn)行加固。加固微型樁布置見圖3。

圖3 微型樁加固平面布置圖

微型樁設(shè)計(jì)樁徑d=300 mm，樁長約13 m，進(jìn)入中風(fēng)化泥巖不少于8 m，采用機(jī)械成孔，按摩擦樁設(shè)計(jì)，極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值qsik≥120 kPa，單樁豎向承載力不低于800 kN。樁頂嵌入承臺(tái)100 mm，樁頂主筋錨入承臺(tái)內(nèi)不小于35 d。微型樁與承臺(tái)連接構(gòu)造見圖4。

圖4 微型樁與承臺(tái)連接構(gòu)造圖

4.2 微型樁施工

微型樁施工過程中發(fā)現(xiàn)，上部約5 m范圍為基坑肥槽回填土，土質(zhì)松散，含水量較大，鉆進(jìn)過程中極易塌孔、埋鉆，無法成孔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，采用高壓噴射注漿預(yù)先對(duì)孔壁進(jìn)行固結(jié)。高壓噴射注漿深度為5 m，旋噴后固結(jié)體直徑不小于800 mm，平面位置同樁位。旋噴采用水泥標(biāo)號(hào)為P·O42.5，水灰比0.8，注漿壓力25 MPa，漿液流量大于30 L/min，提升速度0.2 m/min。7 d后待旋噴體有一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行鉆孔樁施工，以保證回填土段孔壁不坍塌，鉆進(jìn)順利。

微型樁設(shè)計(jì)直徑300 mm，采用70型巖土錨固鉆機(jī)鉆進(jìn)施工，高壓風(fēng)提供鉆進(jìn)動(dòng)力。

孔位和角度嚴(yán)格測(cè)量，實(shí)際孔位和設(shè)計(jì)孔位誤差控制在±50 mm以內(nèi)。鉆孔完成后逐根拔出鉆具。再裝上φ25軟風(fēng)管至孔底，用高壓風(fēng)清孔。

開始鉆進(jìn)時(shí)用1/3的氣量進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)(嚴(yán)禁旋轉(zhuǎn))，穿透混凝土面，進(jìn)入地層200 mm以上后逐漸加大氣量并開始旋轉(zhuǎn)。在施工過程中必須密切注意進(jìn)尺的速度，方便中風(fēng)化位置的確定。鉆至設(shè)計(jì)要求孔深度后繼續(xù)鉆進(jìn)200 mm，并加大供氣量將孔內(nèi)殘?jiān)耆懦?。在鉆進(jìn)過程中操作手必須密切注意鉆機(jī)施工情況，防止卡鉆及鉆頭脫落情況的發(fā)生，同時(shí)因施加過大的壓力而導(dǎo)致鉆機(jī)的傾倒。

微型樁主筋為6φ25螺紋鋼(HRB400)，箍筋為φ8圓鋼間距為150 mm。鋼筋進(jìn)場(chǎng)后，送試驗(yàn)室復(fù)檢，復(fù)檢合格后方可用于工程中。

鋼筋籠在施工現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一制作。受室內(nèi)層高的影響，鋼筋截取為3 m和2 m的長度，錯(cuò)開1 m連接，保證接頭不在同一截面，均采用專用接頭機(jī)械連接。主筋連接好后，綁扎箍筋。再下放連接好的鋼筋籠，逐步連接上部鋼筋，最后一段按設(shè)計(jì)標(biāo)高截取鋼材。主筋保護(hù)層厚度為50 mm。

樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45，塌落度200 mm。受場(chǎng)地限制，且每根樁澆筑量少的情況影響，由人工用斗車轉(zhuǎn)運(yùn)混凝土進(jìn)行澆筑。澆筑前先將振動(dòng)棒置于孔內(nèi)，距離孔底約500 mm處開始振搗，隨混凝土澆筑逐步提升振動(dòng)棒的高度，直至孔口。

4.3 加固方案實(shí)施效果

微型樁加固施工中及完成后，監(jiān)測(cè)單位對(duì)該段進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示變形逐步趨于穩(wěn)定。隨后施工單位對(duì)已開裂的填充墻體拆除重建，對(duì)開裂的梁柱進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)加固，安全交付業(yè)主使用。

5 結(jié) 語

本文通過微型樁在工程中的實(shí)際應(yīng)用，采用合適的微型樁施工工藝，取得了預(yù)期的加固效果。

1)基礎(chǔ)施工期間應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)持力層進(jìn)行嚴(yán)格的判定及驗(yàn)收，施工中必要的保護(hù)，特別注意施工期間的防排水工作，以免給后期造成較大的隱患。

2)微型樁工藝可在較小的室內(nèi)空間施工，解決了室內(nèi)空間狹小對(duì)施工的限制，由于其施工便捷、對(duì)既有基礎(chǔ)擾動(dòng)較小，是既有建筑加固的優(yōu)選方案。

3)微型樁施工前預(yù)先采用高壓噴射注漿固結(jié)，可有效保證填土段成孔施工，保證了微型樁的成孔質(zhì)量，微型樁承載力得以正常發(fā)揮。

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