微型鋼管靜壓樁在高層住宅樓基礎(chǔ)不均勻沉降事故中的應(yīng)用

摘" 要：某高層住宅樓因地質(zhì)復(fù)雜，樁基未進(jìn)入持力層，建成后臨近建筑物基坑降水，造成該建筑物主體嚴(yán)重傾斜。根據(jù)地基沉降變形及工程地質(zhì)條件，提出鋼管靜壓樁與筏板相結(jié)合的托換加固設(shè)計(jì)方案，就加固方案比選、施工工藝及施工過(guò)程中注意的問題和處理方法進(jìn)行闡述，為類似的地基加固工程中微型鋼管靜壓樁加固設(shè)計(jì)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：高層住宅；地基沉降；地基加固；微型鋼管靜壓樁；濕陷性黃土

中國(guó)分類號(hào)：TU753.8 文獻(xiàn)識(shí)別碼：A " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）15-0193-04

Abstract： Due to the complex geology of a high-rise residential building， the pile foundation did not enter the bearing layer. After completion， the foundation pit of the adjacent building was dewatering， resulting in a serious tilt of the main body of the building. According to the foundation settlement deformation and engineering geological conditions， this paper puts forward the design scheme of underpinning reinforcement combining steel pipe static pressure pile and raft， and expounds the comparison and selection of reinforcement scheme， construction technology， problems and treatment methods in construction process， which provides some reference for the reinforcement design of micro steel pipe static pressure pile in similar foundation reinforcement engineering.

Keywords： high-rise housing; foundation settlement; ground stabilization; Micro steel pipe static pressure pile; collapsible loess

目前我國(guó)工程建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大。西北地區(qū)的蘭州市，兩山夾一河的地勢(shì)特征使得城市規(guī)劃較為狹長(zhǎng)，新建的住宅樓高度普遍較高，并且蘭州部分地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，濕陷性黃土層較厚，經(jīng)常出現(xiàn)建筑物地基基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降的病害。在既有建筑地基基礎(chǔ)病害治理中，錨桿靜壓樁[1]是提高地基承載力和控制沉降的一種常用方法。壓樁時(shí)利用固定在基礎(chǔ)上的壓樁架，由建筑物自身荷載提供反力，采用液壓千斤頂將微型鋼管樁通過(guò)基礎(chǔ)預(yù)留或開鑿的壓樁孔逐段壓入地基，鋼管樁內(nèi)可注入高強(qiáng)度水泥漿，最后封堵樁頭，與原基礎(chǔ)整體受力。該方法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、人工填土和濕陷性黃土等地基加固[2-5]。本文以蘭州某高層住宅樓地基加固工程為實(shí)例，結(jié)合地質(zhì)條件、病害原因，重點(diǎn)介紹樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)托換加固設(shè)計(jì)。

1" 項(xiàng)目情況

1.1" 工程概況

蘭州市某高層住宅，建筑采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地下1層，地上18層，建筑物長(zhǎng)75.45 m，寬15.90 m，高52.20 m，地上部分由伸縮縫將其分為2個(gè)單體?；A(chǔ)類型為人工挖孔鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)。該建筑物抗震設(shè)防分類為丙類，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20 g，第二組。該樓所在區(qū)域原為一塊凹地，在拆遷時(shí)破壞了排水設(shè)施，導(dǎo)致該區(qū)受污水浸泡。該樓于2013年交付使用，自2016年開始，在使用過(guò)程中，墻體逐漸出現(xiàn)裂縫，窗戶變形。建筑平面布置圖，如圖1所示。

1.2" 地質(zhì)情況

根據(jù)勘察資料，該工程所處場(chǎng)地橫跨兩個(gè)工程地質(zhì)區(qū)，工程地質(zhì)Ⅰ區(qū)地層自上而下為素填士、粉土、卵石和砂巖4個(gè)主要層次。工程地質(zhì)Ⅱ區(qū)地層自上而下為素填土、粉土、飽和粉土、卵石和砂巖5個(gè)主要層次。場(chǎng)地地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙潛水及基巖裂隙水，主要賦存于沖洪積卵石層及砂巖中，富水性較好，受溝谷洪水及大氣降水的補(bǔ)給，勘察期間工程地質(zhì)Ⅰ區(qū)：地下水水位埋深21.4～27.5 m；工程地質(zhì)Ⅱ區(qū)：地下水水位埋深18.2～26.1 m。場(chǎng)地內(nèi)部分土層力學(xué)指標(biāo)，見表1。

2" 檢測(cè)鑒定及病害分析

2.1" 檢測(cè)鑒定情況

2017年，法院委托第三方司法鑒定機(jī)構(gòu)對(duì)該工程質(zhì)量問題成因進(jìn)行司法鑒定，鑒定內(nèi)容主要包含：①建筑物沉降、傾斜觀測(cè)；②超聲法檢測(cè)混凝土缺陷；③混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)；④鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)；⑤混凝土構(gòu)件外觀及尺寸偏差檢測(cè)；⑥裂縫檢測(cè)；⑦地下管網(wǎng)及建筑散水檢測(cè)；⑧東側(cè)基坑情況調(diào)查。

鑒定結(jié)論：①建筑物沉降呈現(xiàn)收斂停止?fàn)顟B(tài)，測(cè)得長(zhǎng)向兩端沉降差為68、102 mm，整體傾斜均為0.001；短向兩端沉降差為25、9 mm，整體傾斜為0.002、0.001。②所檢混凝土構(gòu)件密實(shí)無(wú)空洞。③29%的被檢構(gòu)件混凝土現(xiàn)齡期抗壓強(qiáng)度修正值不符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求。④部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)體的鋼筋保護(hù)層厚度不滿足設(shè)計(jì)要求。⑤混凝土構(gòu)件裂縫影響結(jié)構(gòu)耐久性和結(jié)構(gòu)性能。

2.2" 病害分析

根據(jù)相關(guān)資料，住宅樓出現(xiàn)質(zhì)量問題主要有以下幾方面原因：

1）該工程竣工后，臨建建筑物開始施工，位于建筑物東側(cè)，但建筑物基礎(chǔ)埋深要大于該住宅樓，且基坑支護(hù)時(shí)進(jìn)行了降水處理。先淺后深的施工順序和降水處理對(duì)該工程造成了一定的影響，并且該工程橫跨2個(gè)工程地質(zhì)區(qū)，因此造成該工程出現(xiàn)了沉降傾斜。

2）混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的現(xiàn)齡期混凝土抗壓強(qiáng)度修正值不符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求、混凝土構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度不符合相關(guān)要求、磚砌體砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度不符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)要求。

3）地下管網(wǎng)水管破裂漏水、建筑散水塌陷、開裂主要是由于維護(hù)、巡查缺失所致，散水區(qū)域回填土不密實(shí)，散水坡腳局部積水過(guò)多，管網(wǎng)水管破裂漏水，最終導(dǎo)致散水塌陷開裂。

2.3" 處置意見

根據(jù)鑒定報(bào)告結(jié)論以及病害分析，要解決該樓質(zhì)量問題，主要從以下幾方面進(jìn)行加固處理：①對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理；②對(duì)影響混凝土結(jié)構(gòu)承載能力、結(jié)構(gòu)性能和使用功能的構(gòu)件采取加固、修補(bǔ)措施；③維修地下管網(wǎng)及地溝，對(duì)塌陷區(qū)域進(jìn)行回填夯實(shí)，并修復(fù)散水。

3" 基礎(chǔ)加固方案

對(duì)于高層住宅樓上部結(jié)構(gòu)承載力加固，可采用的方法較多，例如擴(kuò)大截面加固法、外包型鋼加固法或粘貼纖維布加固法等，上述方法均較為成熟且普遍。此篇文章主要對(duì)地基基礎(chǔ)加固處理進(jìn)行介紹。

3.1" 初步方案比選

綜合考慮該工程主體結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)形式、地質(zhì)條件，提出了以下幾種初步加固方案。

針對(duì)地基基礎(chǔ)，有2種方案，一是頂升糾傾處理[2]，采用頂升設(shè)施，通過(guò)設(shè)置在建筑物上的支撐點(diǎn)，使建筑物一側(cè)或局部抬升，從而使得建筑物得到糾正。但該工程基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，頂升處理需增加托換梁，該方案施工工藝復(fù)雜，設(shè)備操作精度高，對(duì)周邊環(huán)境影響大。二是止傾處理，提高基礎(chǔ)承載力。為增加建筑物基礎(chǔ)整體剛度，將樁基礎(chǔ)托換為樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)，然后在沉降嚴(yán)重的區(qū)域增設(shè)錨桿靜壓樁。該方案受力明確，樁位布置更加靈活，施工工藝成熟便捷，造價(jià)更低，環(huán)境影響更小。

3.2" 加固方案

微型鋼管靜壓樁是錨桿和靜壓樁結(jié)合形成的樁基施工工藝，其是通過(guò)在基礎(chǔ)上埋設(shè)錨桿固定壓樁架，以既有建筑的自重荷載作為壓樁反力，用千斤頂將樁段從基礎(chǔ)中預(yù)留或開鑿的壓樁孔內(nèi)逐段壓入土中，再將樁與基礎(chǔ)連接在一起，從而達(dá)到提高基礎(chǔ)承載力和控制沉降的目的。

將建筑物原防水構(gòu)造底板改造為受力筏板，新增筏板厚度600 mm，預(yù)埋D32錨桿，端頭帶爪肢。筏板預(yù)留壓樁孔，壓樁孔采用人工或機(jī)械開鑿，壓樁孔呈上小下大的喇叭狀，上部300 mm×300 mm寬，下部400 mm×400 mm。由于土層中有較厚的細(xì)沙層，混凝土樁摩阻力較大，不便于施工，因此采用微型鋼管樁，樁身外徑219 mm，壁厚8 mm，持力層為Ⅰ-③卵石層及Ⅱ-④卵石層，樁尖進(jìn)入持力層深度不小于1.0 m。鋼管樁樁身自樁頭0.5 m預(yù)留A20注漿孔，間距1 000 mm，梅花狀布置，鋼管內(nèi)灌注C30水泥砂漿，注漿壓力不小于0.25 Mpa，該開孔措施是為了填充鋼管樁與樁周土空隙，同時(shí)可在鋼管樁外壁形成一層保護(hù)層，增加鋼管樁的抗腐蝕性。

根據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[6]，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp ，（1）

式中：Qsk、Qpk分別為總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；u為樁身周長(zhǎng)；li為樁周第i層土的厚度；qsik為樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；Ap為樁端面積。

將具體數(shù)據(jù)代入后，得到單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為1 046 kN，進(jìn)而得出單樁豎向極限承載力特征值為523 kN。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)值，最終確定出鋼管樁根數(shù)。

靜壓樁壓入地基后，就進(jìn)入了封樁環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)屬于關(guān)鍵工序，主要有2種方式，區(qū)別在于是否施加預(yù)應(yīng)力，本項(xiàng)目要求加固后對(duì)制止沉降起到立竿見影的效果，因此采用施加預(yù)應(yīng)力的方法。采用16#工字鋼與錨桿交叉焊接，然后用千斤頂頂至樁與工字鋼，讓其直接承受力，在樁頂預(yù)加反力作用下，樁身即形成了一個(gè)預(yù)加反力區(qū)，然后將樁與基礎(chǔ)底板澆搗微膨脹混凝土，形成整體，待封樁混凝土硬結(jié)后拆除樁頂上千斤頂，樁身有很大的回彈力，從而減少基礎(chǔ)的拖帶沉降，起到減少沉降的作用[3]。靜壓樁平面布置圖，如圖2所示。

3.3 施工工藝

①施工新增承臺(tái)時(shí)，預(yù)留好壓樁孔或在原承臺(tái)開鑿（可用砼取芯機(jī)取孔）壓樁孔，預(yù)埋或后植入壓樁錨桿；②鋼管樁應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求后，預(yù)埋或新植壓樁錨栓滿足設(shè)計(jì)范例要求后方可使用；③制定施工技術(shù)和安全施工專項(xiàng)方案，相關(guān)負(fù)責(zé)人審批后方可施工；④安裝壓樁架應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)空間高度調(diào)整樁架高度，樁架底座螺栓必須調(diào)平雙帽旋緊；⑤采用千斤頂壓樁，壓樁過(guò)程必須連續(xù)，壓樁過(guò)程中應(yīng)保持樁段垂直，壓樁力不能超過(guò)設(shè)計(jì)壓樁力；⑥預(yù)制樁每節(jié)樁長(zhǎng)2～2.5m，接樁須滿足設(shè)計(jì)要求；⑦壓樁至設(shè)計(jì)要求時(shí)，進(jìn)行封樁，房屋結(jié)構(gòu)加固在樁頂用鋼筋與錨桿對(duì)角交叉焊牢，然后再澆注高于原結(jié)構(gòu)一個(gè)標(biāo)號(hào)的早強(qiáng)砼。

3.4 施工階段質(zhì)量控制要點(diǎn)

在建筑物內(nèi)施工微型鋼管靜壓樁，空間相對(duì)狹小，層高受限時(shí)還需對(duì)壓樁機(jī)具改造調(diào)整，針對(duì)此類施工項(xiàng)目，加固前應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)施工方案編制工作，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員應(yīng)熟悉操作流程，嚴(yán)格控制施工操作要點(diǎn)，尤其要注意以下幾點(diǎn)。①樁身垂直度。樁身垂直度嚴(yán)重影響地基加固質(zhì)量。壓樁作業(yè)前，建議采用潛孔鉆等鉆孔機(jī)具引孔處理，孔徑不宜過(guò)大，100 mm孔徑即可，將壓樁路徑上的障礙物提前清除，避免樁尖遇到障礙物發(fā)生偏移或壓樁力快速增大到控制壓力，使得操作人員誤以為已到設(shè)計(jì)壓力。壓樁時(shí)應(yīng)嚴(yán)格核查樁身位置，確保每節(jié)樁體中心點(diǎn)與千斤頂、壓樁孔軸線重合，不得偏心加壓，這也是保證樁身垂直度的一項(xiàng)控制要點(diǎn)。②當(dāng)項(xiàng)目地質(zhì)情況比較復(fù)雜時(shí)，判斷停止壓樁的數(shù)據(jù)參數(shù)可以采用壓樁力與壓樁深度雙指標(biāo)控制。在前期設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員要對(duì)壓樁深度及壓樁力進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，從而指導(dǎo)施工作業(yè)，確保地基加固效果。③停止壓樁后，樁端及樁周土?xí)a(chǎn)生回彈，從而影響靜壓樁的承載力，因此采用預(yù)應(yīng)力封樁處理，在樁頂施加1.2倍單樁承載力設(shè)計(jì)值，然后使用微膨脹混凝土封樁形成整體。

3.5" 施工階段管理措施要點(diǎn)

①嚴(yán)格把關(guān)工程質(zhì)量。針對(duì)本加固工程項(xiàng)目的特殊性，故工程質(zhì)量要求高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)。施工前期，注重對(duì)班組的技術(shù)交底，讓工人在思想上給予重視，在技術(shù)上了解本工程的質(zhì)量和進(jìn)度、安全要求，為后期施工奠定良好的基礎(chǔ)。②協(xié)調(diào)管理班組工作。施工員是最直接管理者，既是指揮員又是戰(zhàn)斗員，是領(lǐng)導(dǎo)方針政策的傳播者，也是基層問題的反饋者，因此合理安排班組之間的分工與配合尤為重要，更要樹立起良好的形象，在工作中成為工人的榜樣，不斷灌輸高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，隱蔽工序親自到場(chǎng)，并及時(shí)做好記錄，注重施工過(guò)程控制，對(duì)于一些質(zhì)量通病要控制在萌芽狀態(tài)。體恤工人生活小事，主動(dòng)幫助慰問，讓工人們感覺有家庭般溫暖，以情留人。③安全管理工作。在工作過(guò)程中，施工安全管理的工作目標(biāo)主要是避免或減少一般安全事故和輕傷事故，杜絕重大、特大安全施工事故和傷亡事故的發(fā)生，最大限度地確保勞動(dòng)者的人身和財(cái)產(chǎn)安全。管理人員應(yīng)主動(dòng)配合甲方及監(jiān)理做好安全管理和教育工作，做好班前與班后的教育工作。④與建設(shè)、監(jiān)理單位的協(xié)調(diào)。作為施工管理人員，從項(xiàng)目開工之時(shí)，就必須注重與建設(shè)和監(jiān)理單位的配合協(xié)調(diào)工作，對(duì)于建設(shè)和監(jiān)理單位提出的好的建議，主動(dòng)帶頭研究落實(shí)。⑤材料管理工作。本著節(jié)約成本的原則，在實(shí)際工作過(guò)程中，嚴(yán)格進(jìn)行原材料的控制，在模板、混凝土、鋼筋鋼板及植筋膠的使用上，每一分錢都使用在工程上。例如小料鋼筋，每層樓梯施工完畢，要求鋼筋班組整理收集，在下一層施工時(shí)合理用掉。將節(jié)約成本的思想，落實(shí)到了各個(gè)班組及工人的行動(dòng)中，使項(xiàng)目的建設(shè)節(jié)約成本。

3.6 沉降觀測(cè)

在建筑物基礎(chǔ)設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)加固施工前、加固施工全過(guò)程及加固施工結(jié)束后建筑物的沉降進(jìn)行觀測(cè)，控制基礎(chǔ)一次下沉量不超過(guò)5 mm，一次上抬量不超過(guò)20 mm，避免基礎(chǔ)產(chǎn)生新的不均勻沉降。

沉降觀測(cè)頻率為加固施工前1次；加固施工中每3～5 d觀測(cè)1次；加固施工結(jié)束后每15～30 d觀測(cè)1次，直至沉降穩(wěn)定為止，地基基礎(chǔ)沉降應(yīng)滿足GB 50292—2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

蘭州某住宅樓地基采用錨桿靜壓樁及新增筏板托換處理，建筑物沉降一直很穩(wěn)定，結(jié)合本工程及類似的靜壓樁地基托換加固工程經(jīng)驗(yàn)可得出如下結(jié)論。

1）建筑物基礎(chǔ)整體剛度不高時(shí)，出現(xiàn)了不均勻沉降、整體傾斜等病害，可以采用樁筏聯(lián)合基礎(chǔ)進(jìn)行托換處理，增加了建筑物基礎(chǔ)剛度，使得抗變形能力大大增強(qiáng)，同時(shí)還提高了地基承載力和控制沉降的能力。2）微型鋼管樁在設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)要研究清楚勘察報(bào)告，不同地層的相關(guān)計(jì)算參數(shù)要選取正確，靜壓樁布置時(shí)應(yīng)盡量靠近原基礎(chǔ)位置。3）微型鋼管靜壓樁具有操作方便、機(jī)理明確、作業(yè)面小、無(wú)污染和加載設(shè)備輕便等傳統(tǒng)方法不具備的特點(diǎn)，并且工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用前景廣闊。

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