錨桿靜壓樁聯(lián)合注漿復(fù)合加固法在既有建筑物地基基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用

王冬英 古偉斌 藺青濤，3 薛 煒，3

（1.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510000；2.中科院廣州化灌工程有限公司，廣東 廣州 510000；3.廣東省化學(xué)灌漿工程技術(shù)研究開發(fā)中心，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和建筑工程技術(shù)的不斷發(fā)展，我國的建筑工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，一部分老建筑隨著使用年限的提高，不均勻沉降問題愈發(fā)嚴(yán)重，需要進(jìn)行地基基礎(chǔ)加固處理[1]。對(duì)既有建筑物進(jìn)行加固處理時(shí)應(yīng)全面分析論證方案的經(jīng)濟(jì)性、可行性等，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)與工程地質(zhì)條件進(jìn)行選擇[2]。采用錨桿靜壓樁聯(lián)合注漿復(fù)合加固既有建筑，能夠融合2種加固方法的優(yōu)勢(shì)。

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

廣州市增城區(qū)某小學(xué)教學(xué)綜合樓，地上5層，無地下室，高度23米，基礎(chǔ)為天然地基上的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，持力層為（3-1）全風(fēng)化花崗巖，設(shè)計(jì)要求的地基承載力特征值為350 kPa。在地基承載力檢測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)JC13承臺(tái)的地基承載力檢測(cè)僅為232 kPa，不滿足設(shè)計(jì)要求，因資料的交接等原因未經(jīng)處理就修建了上部承臺(tái)以及整體結(jié)構(gòu)，目前結(jié)構(gòu)已經(jīng)封頂，在竣工驗(yàn)收資料收集階段發(fā)現(xiàn)地基檢測(cè)有一承臺(tái)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，工程無法竣工驗(yàn)收。現(xiàn)需對(duì)已經(jīng)建好的JC13承臺(tái)進(jìn)行地基加固補(bǔ)強(qiáng)以滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2 加固設(shè)計(jì)

1.2.1 加固方法選擇

擬采用錨桿靜壓樁工藝與注漿工藝二者相結(jié)合的方法形成對(duì)既有建筑物基礎(chǔ)加固的復(fù)合工藝，同時(shí)發(fā)揮2種工藝各自的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)既有建筑物特別是瞬間沉降速率增大或建筑物出現(xiàn)險(xiǎn)情需立即止沉、止傾的地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固，可達(dá)到事半功倍的效果[3]。

1.2.2 加固思路

結(jié)合工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場實(shí)際情況，采用注漿聯(lián)合錨桿靜壓樁技術(shù)加固思路如下：先采用錨桿靜壓樁技術(shù)進(jìn)行止沉，將上部結(jié)構(gòu)傳遞下來的力經(jīng)由鋼管樁摩擦力和端承力傳遞到地基深處，然后再采用注漿法對(duì)淺層地基土進(jìn)行加固[4]。

由于該工程JC13承臺(tái)設(shè)計(jì)長7 m，寬4 m，厚1.4 m，為雙柱聯(lián)合鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。為了保證地基的承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)JC13承臺(tái)地基進(jìn)行加固，采用鋼管樁+地基土層注漿法，利用承臺(tái)開孔壓樁及鋼管樁樁身的花管進(jìn)行分層分段原位注漿，使新加鋼管樁與原地基承臺(tái)共同受力。同時(shí)，為了承臺(tái)能夠有足夠的抗剪、抗沖切承載力，再在鋼管樁上部的原承臺(tái)上加厚250 mm的新增鋼筋混凝土板，將其作為安全儲(chǔ)備。

1.2.3 地質(zhì)條件

JC13承臺(tái)緊鄰地質(zhì)鉆孔ZK53，地層自上而下依次劃分為<2-3>黏性土（層厚3.4 m），<3-1>全風(fēng)化花崗巖（層厚16.4 m），<3-2>強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（層厚5.9 m），<3-3>中風(fēng)化花崗巖（層厚1.9m），<3-4>微風(fēng)化花崗巖（層厚2.2 m）。JC13承臺(tái)面位于<3-1>全風(fēng)化花崗巖中。

1.2.4 加固設(shè)計(jì)

承臺(tái)地基加固設(shè)計(jì)采用錨桿靜壓鋼管樁+地基土層注漿+承臺(tái)頂疊合板方法，詳細(xì)施工參數(shù)如圖1所示。

圖1 錨桿靜壓樁結(jié)構(gòu)圖

1.2.4.1 鋼管樁設(shè)計(jì)

在原有承臺(tái)上開孔，開孔直徑Ф150mm，采用錨桿靜壓施工。鋼管采用Ф127×10mm（Q235B）。壓樁采用樁長和單樁豎向承載力雙控的方法，單樁豎向承載能力特征值為370kN，樁長不小于10m，最大壓樁力為2倍單樁豎向承載力特征值。在最大壓樁力作用下持續(xù)時(shí)間5min，樁下沉小于0.2mm，即可終止壓樁。樁芯中灌注42.5R普通硅酸鹽水泥，注漿壓力為0.8MPa，再投放瓜米石。封樁及疊合板完成后利用預(yù)埋注漿管對(duì)原承臺(tái)底進(jìn)行循環(huán)注漿，以使新加鋼管樁與原地基土共同受力。壓樁前承臺(tái)采用M28植筋，外露120mm，植入300mm，鉆孔不小于30mm，距離壓樁中心500mm，植筋作為壓樁錨桿，為壓樁提供壓樁力，并為封樁所用。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際結(jié)構(gòu)位置，共布置6根錨桿靜壓樁，樁距1.8m，排距1m。

1.2.4.2 承臺(tái)底及地基土層注漿設(shè)計(jì)

利用承臺(tái)開孔和鋼管樁樁身的花管進(jìn)行分層分段原位注漿法，對(duì)地基土層由下至上進(jìn)行分層分段注漿。1）在承臺(tái)開孔中的鋼管樁邊中預(yù)埋打入Ф25mm注漿管，入土層0.5 m。封樁及疊合板完成后利用其對(duì)原承臺(tái)底進(jìn)行循環(huán)注漿。采用42.5R水泥注漿，水灰比宜為0.55～0.7，注漿壓力0.2MPa～0.5MPa。2）鋼管底部安裝樁靴并預(yù)留Ф4mm注漿孔，在鋼管樁身開鉆小孔，利用其對(duì)地層的土體進(jìn)行分段注漿。鋼管樁開Ф4mm為注漿孔，孔距@1000按梅花型布置，采用42.5R水泥注漿，水灰比為0.55～0.6，注漿壓力0.5MPa～0.8MPa。3）承臺(tái)頂面新增250mm疊合板。疊合板與承臺(tái)面通過植筋連接，并與鋼管樁封樁混凝土同時(shí)澆筑，共同受力。疊合板長3200mm，寬800mm，厚度250mm，材料為C35微膨脹早強(qiáng)混凝土，P8抗?jié)B，鋼筋HRB400Ф20@150單層雙向布置。

1.2.5 鋼管樁計(jì)算及復(fù)核過程

JC13承臺(tái)為雙柱聯(lián)合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，承臺(tái)上部加屋面層共計(jì)5層。2020年校方委托檢測(cè)單位對(duì)地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，JC13承臺(tái)下地基承載力檢測(cè)值為232kPa，該試驗(yàn)點(diǎn)地基土承載力不符合設(shè)計(jì)地基承載力特征值350kPa的要求。經(jīng)實(shí)地測(cè)量，實(shí)際基礎(chǔ)與地面有效接觸面積為20.8m2，以下為根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)鋼管樁加固的計(jì)算及復(fù)核的過程[5]。其中，上部荷載無實(shí)測(cè)值，按照柱承擔(dān)分層面積乘以均布荷載進(jìn)行估算。

1.2.5.1 JC13承臺(tái)上部荷載計(jì)算

首層、二層的柱跨按11.5 m和10.5 m計(jì)算，所承擔(dān)的結(jié)構(gòu)面積估算為11.5×10.5=117.6m2。

三層、四層的柱跨分別按10.5 m和7.4 m計(jì)算，所承擔(dān)的結(jié)構(gòu)面積估算為10.5×7.4=7.7m2。

JC13承臺(tái)基礎(chǔ)頂面以上的結(jié)構(gòu)總面積估算，其中屋面層按三層、四層的所承擔(dān)的結(jié)構(gòu)面積估算為117.6×2-7.7×3=468.3m2。

JC13承臺(tái)基礎(chǔ)頂面以上的總結(jié)構(gòu)荷載（按均布荷載15kN/m2計(jì)算）為15×468.3=7025kN。

1.2.5.2 JC13承臺(tái)現(xiàn)狀地基提供的承載力計(jì)算

根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果，JC13承臺(tái)基礎(chǔ)有效面積為4×2.6×2=20.8m2。

由于實(shí)際檢測(cè)到地基承載力為232 kPa，則有20.8×232=4826kN<7025kN，不滿足要求。

1.2.5.3 加固方案中鋼管樁提供的單樁承載力計(jì)算

JC-13基礎(chǔ)加固需要補(bǔ)充的作用力為7025-4826=2199kN。

按柱子兩側(cè)均勻布置6根微型鋼管樁計(jì)算，則每根微型鋼管樁單樁承載力特征值須為370 kN。如公式（1）所示，方案可行。

式中：W為6根柱承載力的計(jì)算值；Q為基礎(chǔ)加固所需要的作用力。

1.2.5.4 鋼管樁地層摩阻力檢驗(yàn)

鋼管樁規(guī)格選擇Ф127×10mm鋼管混凝土樁（Q235B型），樁長不小于10 m，其中6 m為全風(fēng)化花崗巖，4 m為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，設(shè)其單樁承載力為370 kN并對(duì)其計(jì)算，如公式（2）所示，滿足要求。

式中：Qu為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；up為樁身周長，qsik為樁周極限側(cè)阻力；li為樁周第i層土的厚度；qpk樁端極限側(cè)阻力；Ap為樁端面積。

1.2.5.5 鋼管樁樁身強(qiáng)度檢驗(yàn)

該檢驗(yàn)如公式（3）所示，滿足要求。

式中：Q為樁身承載力；Ap為鋼管樁截面積，鋼管樁外徑127 mm，內(nèi)徑107 mm；fc為鋼材屈服應(yīng)力；φc為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.7。

1.2.5.6 鋼管樁極限承載力

按245 kPa考慮，壓樁工況驗(yàn)算如公式（4）所示，滿足要求。

1.3 施工工藝流程

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容，將整個(gè)施工過程分2個(gè)階段進(jìn)行。第一階段為錨桿靜壓樁的壓樁和承臺(tái)地基土體的注漿，其中鋼管樁中注漿加固宜采用雙控原則，即注漿量和穩(wěn)壓狀態(tài)下注漿壓力保持一定時(shí)間，方可完成注漿，需要由現(xiàn)場試驗(yàn)確定。達(dá)到內(nèi)容包括施工工藝順序如圖2所示，待壓樁完成驗(yàn)收后開始第二階段的施工，即封樁、疊合板和承臺(tái)底注漿的施工。此時(shí)承臺(tái)底注漿是將承臺(tái)底部由施工造成的脫空填滿，形成“基礎(chǔ)—樁—土”共同受力，第一階段注漿是為了提高樁端阻和側(cè)阻，此點(diǎn)須加以區(qū)分。第二階段施工工藝順序如圖3所示。

圖2 錨桿靜壓樁及其注漿施工順序

圖3 封樁及承臺(tái)底注漿施工順序

2 質(zhì)量檢驗(yàn)

靜壓鋼管樁施工完畢后，選取典型樁進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，在各級(jí)荷載作用下兩樁沉降速率均達(dá)到相對(duì)收斂標(biāo)準(zhǔn)，如圖4所示。加載至最大試驗(yàn)荷載740 kN時(shí)，兩樁樁頂總沉降量分別為0.80 mm、1.11 mm，Q-S曲線平緩，無明顯陡降段，如圖5所示，s-lgt曲線呈平行規(guī)則排列[6]。綜合分析，這2根靜壓鋼管樁的極限承載力均Qu≥740 kN，承載力特征值為Ra=370 kN。

圖4 典型樁加載沉降曲線

圖5 典型樁s-lgt曲線

3 結(jié)論

該文通過具體工程實(shí)例，采用在既有建筑物基礎(chǔ)承臺(tái)上開孔施作錨桿靜壓鋼管樁+地基土層注漿+上部疊合板協(xié)同受力的復(fù)合加固方法，方便快捷、加固效果理想，達(dá)到了預(yù)定目的，采用錨桿靜壓樁聯(lián)合注漿的復(fù)合加固法在既有建筑物地基基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)加固行之有效，可在同類工程中加以推廣，對(duì)類似工程具有借鑒意義。