基于地基基礎(chǔ)加固的老舊小區(qū)加裝電梯改造研究

于 歡

山西旅游職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030031

2020 年7 月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于全面推進(jìn)城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，對(duì)2000年以前建成的老舊小區(qū)實(shí)施改造。為使居民出行更加便捷，加裝電梯在老舊小區(qū)改造中逐步推行，在老舊小區(qū)加裝電梯的研究中，多傾向于電梯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與主體結(jié)構(gòu)的連接方式，而忽視了原有建筑地基基礎(chǔ)是否具備相應(yīng)的承載力，這是關(guān)系到能否加裝電梯的關(guān)鍵性問(wèn)題。地基基礎(chǔ)作為建筑物的根基，與房屋建筑的可靠性有直接關(guān)系，由于地基基礎(chǔ)深埋于地面以下，當(dāng)產(chǎn)生損害時(shí)通常不易被發(fā)現(xiàn)，從而在老舊小區(qū)改造中對(duì)地基基礎(chǔ)的檢測(cè)與加固也容易被忽視。但地基基礎(chǔ)承擔(dān)著整個(gè)建筑物的各種荷載，對(duì)房屋的安全性、耐久性起著至關(guān)重要的作用[1]。對(duì)老舊小區(qū)建筑增設(shè)電梯項(xiàng)目工程規(guī)模雖小，但對(duì)原有建筑安全性有著舉足輕重的作用，如果出現(xiàn)問(wèn)題，非但不能給住戶提供便利，反而可能使原本結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的建筑變成危房。因此，老舊小區(qū)加裝電梯必須考慮到地基基礎(chǔ)的影響因素。

1 地基基礎(chǔ)產(chǎn)生破壞的主要形式及原因分析

老舊房屋地基基礎(chǔ)破壞主要表現(xiàn)為兩大方面：一方面是變形過(guò)大。基礎(chǔ)剛度隨著建筑物使用年限的增加而逐漸變小，抵抗變形的能力減弱，地基基礎(chǔ)出現(xiàn)過(guò)大變形，從而向地基傳遞不均勻荷載，最終造成地基不均勻沉降，反射到房屋地上結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為墻體裂縫、混凝土柱傾斜、梁支座裂縫等。另一方面是失穩(wěn)破壞。當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)的承載力超過(guò)其極限應(yīng)力時(shí)，地基失去穩(wěn)定性甚至整體滑移，這將引起房屋出現(xiàn)不同程度的傾斜、位移、開(kāi)裂、扭曲。對(duì)于老舊房屋的地基基礎(chǔ)出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象，主要是由于勘察設(shè)計(jì)失誤、施工質(zhì)量缺陷、使用維護(hù)不當(dāng)、周圍新建高層等原因綜合作用造成的，并且隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，高層建筑、地鐵建設(shè)、地下人防工程等均涉及深基坑施工，如果深基坑降排水處理不當(dāng)也會(huì)對(duì)老舊建筑基礎(chǔ)穩(wěn)固造成不良影響[2]。

2 地基基礎(chǔ)加固方法

2.1 地基加固措施

目前對(duì)于地基加固技術(shù)上較為成熟的方法有灌漿法、高壓旋噴法、灰土擠密樁法。

灌漿法是指通過(guò)氣壓、液壓、電滲作用把含有膠凝材料的漿體注入地基土體內(nèi)，膠凝材料硬化后與原地基土體緊握成整體，以增強(qiáng)原有地基承載力的方法。通過(guò)壓力裝置將水泥漿壓入地基內(nèi)要求的深度，水泥漿深入土顆粒的空隙中，硬化后將軟弱土層凝結(jié)成強(qiáng)度高剛度大的整體，不僅減少了地基土的變形，也增強(qiáng)了地基的承載力和穩(wěn)定性[3]。

高壓旋噴法主要用于軟弱地基加固中，利用鉆機(jī)鉆桿底部的噴嘴在大于20MPa 以上的高壓下噴射出含有膠凝材料的漿體[4]，原有土體在噴射的高壓漿體作用下被破壞并與漿體攪拌混合，最終凝固成使地基強(qiáng)度顯著提高的固結(jié)體。高壓旋噴注漿法具有設(shè)備體積小、占用空間小、施工靈活、不損壞建筑房屋上部結(jié)構(gòu)與正常使用等優(yōu)點(diǎn)，是目前被廣泛采用的一種地基加固處理方法。

灰土擠密樁法適用于地基土質(zhì)為濕陷性黃土、軟弱土層、回填土等老舊房屋的加固，其加固原理主要是由于樁成孔施工時(shí)對(duì)原有土體的側(cè)向擠壓以及灰土填料分層夯實(shí)形成的，尤其在潮濕環(huán)境中，石灰與土體表面的活性氧化物發(fā)生反應(yīng)生成水硬性物質(zhì)使樁體緊密膠結(jié)，進(jìn)一步增強(qiáng)了地基的強(qiáng)度。

2.2 基礎(chǔ)加固措施

基礎(chǔ)的位置在建筑房屋與地基之間，起著 “承上啟下” 的作用?；A(chǔ)一旦出現(xiàn)問(wèn)題，不僅影響上部建筑的使用也會(huì)關(guān)系到下部地基的承載力。在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)老舊房屋改造要求及所處地質(zhì)環(huán)境來(lái)選擇合理的加固方案，具體方法應(yīng)用分析如表1所示。

表1 基礎(chǔ)加固方法的作用機(jī)理與適用范圍分析表

3 實(shí)際應(yīng)用案例

老舊小區(qū)加裝電梯改造應(yīng)重視電梯的地基基礎(chǔ)，而增設(shè)電梯的基礎(chǔ)形式、位置、埋深等需要根據(jù)原有建筑的地基基礎(chǔ)情況以及電梯下降帶來(lái)的重力與附加力的沖擊影響合理確定[5]，其形式主要有淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)兩種，淺基礎(chǔ)因其工程造價(jià)低、對(duì)地下管線影響小可以用在能夠?yàn)殡娞莼A(chǔ)提供持力層的地基環(huán)境中；而既有住宅地基土層為軟弱土、壓縮量較大且承載力不足時(shí)可采用深基礎(chǔ)，并且要求加裝電梯基礎(chǔ)與既有住宅基礎(chǔ)保持同步沉降，避免不均勻沉降帶來(lái)的結(jié)構(gòu)安全和使用功能問(wèn)題。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例對(duì)既有住宅加裝電梯時(shí)地基基礎(chǔ)加固要點(diǎn)進(jìn)行具體分析如下：

案例1：灌漿法在某高校教師公寓樓增設(shè)電梯地基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用

某高校建造年限為15 年的教師公寓樓，在現(xiàn)有7 層住宅上增設(shè)電梯，電梯額定總載荷量與運(yùn)行速率分別為800kg、1.0m/s，井道設(shè)置成質(zhì)量較輕的鋼框架結(jié)構(gòu)，采用無(wú)連接方式與主體樓相鄰設(shè)置。公寓樓基礎(chǔ)形式為埋深-3.5m 的鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，地基土具備較好的持力層，因此加裝電梯基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為埋深1.5m 的筏板基礎(chǔ)，電梯基礎(chǔ)與公寓樓主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)沉降縫分開(kāi)，利用公寓樓的地基回填土作為電梯基礎(chǔ)的持力層。查找公寓樓設(shè)計(jì)文件，其地基承載力特征值為150Kpa,壓實(shí)系數(shù)不小于0.95，為滿足設(shè)計(jì)要求現(xiàn)場(chǎng)采用多孔間隔水泥灌漿法對(duì)填土地基進(jìn)行加固，并且在水泥灌漿料中加入適量速凝劑，不僅縮短了漿液凝固時(shí)間，而且減少了因灌漿對(duì)公寓樓基礎(chǔ)的附加沉降影響。在灌漿結(jié)束后28d 后，使用輕型動(dòng)力觸探對(duì)加固地基進(jìn)行檢測(cè)，選擇灌漿孔數(shù)的2%-5%，合格率達(dá)到80%以上時(shí)地基承載力能夠滿足加裝電梯的要求。同時(shí)選取公寓樓的四個(gè)角點(diǎn)通過(guò)高精度微壓式靜力水準(zhǔn)儀實(shí)施檢測(cè)（精度0.01mm/s）。對(duì)比加裝電梯前灌漿加固地基基礎(chǔ)、加裝電梯施工過(guò)程中、施工完畢后各時(shí)間段的監(jiān)測(cè)值顯示，在施工階段公寓樓沉降出現(xiàn)波動(dòng)，而在電梯加裝完畢后沉降量與沉降速度趨于穩(wěn)定，使公寓樓地基基礎(chǔ)得到了有效控制。

案例2：錨桿靜壓樁在某國(guó)企單位員工住宅增設(shè)電梯地基基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用

東部沿海地區(qū)某國(guó)企單位7 層住宅2003 年建成，鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，無(wú)地下室，頂標(biāo)高為-5m 筏板基礎(chǔ)，地基土為淤泥質(zhì)土。很顯然軟弱土層不能為增設(shè)電梯基礎(chǔ)提供良好的持力層，因此需設(shè)置與原有住宅基礎(chǔ)相同埋深的樁基，以防止出現(xiàn)差異沉降。采用與住宅樓距離小于500mm 的貼墻式外掛鋼結(jié)構(gòu)電梯井道，井道框架為GB-HW200×200×8×12的H 型鋼。綜合考慮電梯基礎(chǔ)所承受的鋼結(jié)構(gòu)井道、電梯自重、活荷載、風(fēng)雪荷載、地震荷載等多方面荷載作用，兼顧滿足電梯運(yùn)行時(shí)抗傾覆要求，把增設(shè)電梯基礎(chǔ)建造成樁筏基礎(chǔ)形式。由于老舊小區(qū)場(chǎng)地受限，且打樁數(shù)量較少，在不影響居民正常居住生活又兼顧經(jīng)濟(jì)型考慮，選擇錨桿靜壓樁方法沉樁加固。

在施工之前，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試樁試驗(yàn)法或半經(jīng)驗(yàn)半理論法對(duì)壓樁力進(jìn)行確定，壓樁力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致樁身破壞，而壓樁力過(guò)小會(huì)使單樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，所以確定壓樁力對(duì)錨桿靜壓樁施工十分重要。但是為獲得更準(zhǔn)確合理的終壓值，在錨桿靜壓樁施工前實(shí)施了試樁試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)使用3 根樁進(jìn)行試壓，對(duì)每根樁施加不同的壓樁力，并在試樁試驗(yàn)結(jié)束后20d 后對(duì)試驗(yàn)樁進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，通過(guò)實(shí)測(cè)承載力與單樁設(shè)計(jì)承載力350KN 對(duì)比，1 號(hào)樁的承載力小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此排除不滿足要求的試驗(yàn)樁，最終得到合適的終壓值為720KN，試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示：

表2 壓樁與靜載試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)得到的壓樁力判斷采用M27 錨桿，由錨桿把壓樁架固定好，樁段就位并保持豎直，千斤頂、樁段、壓樁孔調(diào)整軸線重合，邊長(zhǎng)為250mm 的方形混凝土樁分段壓入地基土中，每段樁長(zhǎng)為1m，樁段位置偏差小于，樁段垂直度偏差控制在小于1%樁段長(zhǎng)范圍內(nèi)。樁段間使用硫磺膠泥接頭連接，樁段上下地面設(shè)置焊接鋼筋網(wǎng)片，兩個(gè)底面分別留有插筋與插筋孔，樁尖達(dá)到要求深度后應(yīng)鑿毛并刷洗干凈樁頂進(jìn)行封樁[6]。測(cè)定樁頂荷載符合設(shè)計(jì)要求、樁端達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)卸載千斤頂并拆除壓樁架，焊接錨桿交叉鋼筋，清除壓樁孔內(nèi)的積水、浮漿、雜物，最后使用強(qiáng)度為的微膨脹早強(qiáng)混凝土進(jìn)行澆筑。由于該多層住宅地基以淤泥質(zhì)土為主，壓樁施工相對(duì)容易，但也因其軟弱地基土壓縮量大強(qiáng)度低，且受到電梯基礎(chǔ)施工擾動(dòng)，致使地基承載力有所下降，為避免原有住宅地基基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降量變大沉降速度加快以及不均勻沉降現(xiàn)象，在電梯基礎(chǔ)與住宅基礎(chǔ)之間通過(guò)植筋方式拉結(jié)并澆筑混凝土連城一體，從而增大了基礎(chǔ)底面積，使荷載得到有效分散，減小了地基的單位承載力，實(shí)現(xiàn)了原有住宅與家裝電梯地基基礎(chǔ)的 “雙加固” ，避免了電梯與原有住宅基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降差，保證了新增和既有結(jié)構(gòu)的安全。

4 結(jié)語(yǔ)

在老舊小區(qū)加裝電梯改造工程中，地基基礎(chǔ)加固是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，科學(xué)、合理、適用的地基基礎(chǔ)加固方案，是滿足建筑房屋的可靠性與延長(zhǎng)使用年限的有效保障。在實(shí)際工程應(yīng)用中，特別要注意加裝電梯的基礎(chǔ)形式與原有建筑地基能否提供良好的持力層，需根據(jù)既有建筑地基基礎(chǔ)的病害種類及特點(diǎn)來(lái)選擇適當(dāng)?shù)牡鼗庸谭绞健Ｔ诒ＷC地基安全性的前提下，使地基承載力得到有效保證。