建筑地基基礎(chǔ)復(fù)合加固措施分析

摘要：有效地加固和改善建筑地基基礎(chǔ)，對(duì)提高建筑物的抗震性能、承載能力和使用壽命至關(guān)重要?；诖?，以某地一住宅地基加固項(xiàng)目為背景，采用地基土注漿和微型鋼管樁復(fù)合加固措施對(duì)該建筑地基進(jìn)行加固。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試鋼管樁和注漿后地基的承載能力，并借助數(shù)值模擬軟件對(duì)比加固前后建筑物沉降量以及樁長(zhǎng)、樁間土變形模量對(duì)建筑物沉降量的影響。研究結(jié)果表明：鋼管樁單樁承載力及注漿加固后地基土承載力均滿足設(shè)計(jì)要求；復(fù)合加固后建筑物最大沉降量相對(duì)于加固前減少了24.64%；樁長(zhǎng)對(duì)建筑物沉降量的影響不大，增加樁間土變形模量可以顯著降低建筑物沉降量。

關(guān)鍵詞：建筑地基；基礎(chǔ)加固；地基土注漿；微型鋼管樁

0" "引言

許多城市地區(qū)由于地質(zhì)條件、環(huán)境變化、原始建筑設(shè)計(jì)等因素的影響，存在土壤承載能力不足、地基沉降等問(wèn)題，嚴(yán)重威脅建筑物的安全性和穩(wěn)定性[1]。因此，在建筑工程領(lǐng)域，如何有效地加固和改善建筑地基基礎(chǔ)，提高建筑物的抗震性、承載力和持久性，成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題[2-3]。

目前，已經(jīng)有多位學(xué)者對(duì)地基加固措施進(jìn)行了研究。呂凡任等[4]通過(guò)軟土地基上的微型樁單樁和群樁抗壓、抗拔現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究其荷載-沉降特性、群樁效應(yīng)以及施工工藝等因素，為微型樁的設(shè)計(jì)和施工提供了可靠依據(jù)。宗鐘凌等[5]引入了一種微型靜壓鋼管樁注漿成樁工藝，對(duì)其成樁機(jī)理和特點(diǎn)進(jìn)行分析，通過(guò)實(shí)施6根試樁的單樁抗壓承載力試驗(yàn)，驗(yàn)證了該工藝的可行性。李吉林等[6]針對(duì)鹽漬土地區(qū)已建成建筑物回填土的沉降問(wèn)題，總結(jié)了注漿法加固的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、施工流程、質(zhì)量檢驗(yàn)等方面，并分析了在設(shè)計(jì)和應(yīng)用過(guò)程中需要注意的問(wèn)題。

目前針對(duì)建筑地基基礎(chǔ)的加固措施多局限于傳統(tǒng)的加固方法，這些方法在一些復(fù)雜情況下效果有限，為此本文對(duì)地基土注漿和微型鋼管樁復(fù)合加固措施進(jìn)行分析，研究成果可為優(yōu)化建筑地基基礎(chǔ)加固方案提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)用建議。

1" "工程概況

本研究以某地一棟新建建筑及其地基為研究對(duì)象。該建筑為民用住宅建筑，采用磚混結(jié)構(gòu)，共7層，地下一層地上6層。在建筑完工一段時(shí)間后，部分墻體出現(xiàn)裂縫，其中地上一樓墻體裂縫數(shù)量較多。經(jīng)過(guò)調(diào)查分析得知，由于地基承載能力不足，且地基土具有濕陷性，導(dǎo)致房屋出現(xiàn)不均勻沉降。為防止建筑繼續(xù)沉降，采用地基土注漿及微型鋼管樁復(fù)合加固措施，對(duì)該建筑地基進(jìn)行加固處理。該建筑場(chǎng)地工程地質(zhì)條件如表1所示。

2" "加固方案

經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘查與建筑物沉降原因分析，地基土第③層壓實(shí)填土具有濕陷性，且壓實(shí)系數(shù)不符合規(guī)范要求，決定采用地基土注漿加固措施對(duì)該土層進(jìn)行加固，對(duì)建筑基礎(chǔ)采用靜壓微型鋼管樁進(jìn)行加固。選用Q235無(wú)縫微型鋼管樁，管壁厚度為4mm，鋼管直徑133mm。

微型鋼管樁設(shè)計(jì)通常包括荷載分析，單樁極限承載力確定和確定鋼管樁數(shù)量，經(jīng)計(jì)算得到條形基礎(chǔ)上部建筑結(jié)構(gòu)總荷載為91825kN，基底壓力平均值為146kPa。

單樁承載力特征值按下式計(jì)算：

（1）

式中：Quk和Ra分別為單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值和承載力特征值；K為安全系數(shù)。

單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算如下：

Quk=Qsk+Qpk" " " " " " " " "（2）

式中：Qsk為總極限側(cè)阻力，Qpk為總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值。

以第⑤層粉質(zhì)黏土層作為鋼管樁樁端持力層，平均樁長(zhǎng)為10m，樁端打入持力層的深度為6.5m，經(jīng)計(jì)算得到，單樁承載力及極限承載力特征值分別為127kN和254kN，實(shí)際布置鋼管樁數(shù)量為334根。在基礎(chǔ)各鋼管樁兩側(cè)設(shè)置注漿孔，其直徑需大于110mm。在注漿孔內(nèi)安裝注漿管，注漿管外側(cè)空隙用碎石填充，共布置655個(gè)注漿孔。

3" "地基加固后現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)

3.1" "單樁靜載荷試驗(yàn)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，使用液壓千斤頂對(duì)微型鋼管樁樁頂進(jìn)行逐級(jí)加載，并記錄樁頂沉降量。在加載過(guò)程中，若鋼管樁的沉降較小且穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的不均勻沉降、傾斜或破壞現(xiàn)象，可以施加下一級(jí)荷載，達(dá)到最大施加荷載且樁頂位移保持穩(wěn)定后終止加載。

在所有微型鋼管樁中選取4根試樁，并將其編號(hào)為SZ1、SZ2、SZ3和SZ4，4根試樁Q-s曲線如圖1所示。觀察圖1可知，SZ1、SZ2、SZ3和SZ4樁頂沉降量最大值分別是12.41mm、12.17mm、11.84mm和11.27mm，且4根試樁承載能力均大于單樁極限承載力254kN。

3.2" "地基靜載荷試驗(yàn)

對(duì)地基土進(jìn)行注漿加固28d后，隨機(jī)抽取3個(gè)點(diǎn)并將其編號(hào)為DJ1、DJ2和DJ3，進(jìn)行地基靜載荷實(shí)驗(yàn)。在地基預(yù)定位置進(jìn)行鉆孔，使用承壓板和液壓千斤頂逐級(jí)施加荷載，在某級(jí)荷載下地基沉降量保持穩(wěn)定后可施加下一級(jí)荷載。當(dāng)承壓板的沉降總量超過(guò)其直徑或?qū)挾鹊?%時(shí)終止加載。

地基靜載荷試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，在施加壓應(yīng)力增加至120kPa時(shí)，DJ1、DJ2和DJ3的沉降量分別為1.97mm、2.19mm和2.35mm；持續(xù)施加荷載至240kPa時(shí)，DJ1、DJ2和DJ3的沉降量分別為5.43mm、4.77mm和4.81mm。由上述數(shù)據(jù)分析可知，進(jìn)行注漿加固后的壓實(shí)填土地基承載能力特征值大于設(shè)計(jì)值120kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

4" "復(fù)合加固數(shù)值模擬

4.1" "數(shù)值模型建立

采用數(shù)值模擬軟件，建立復(fù)合加固后的建筑主體及地基數(shù)值模型，模型尺寸按照實(shí)際尺寸設(shè)置。為簡(jiǎn)化計(jì)算模型，將微型鋼管樁樁長(zhǎng)及打入持力層的深度進(jìn)行統(tǒng)一。對(duì)土體側(cè)面水平和豎直方向設(shè)置位移約束，其余方向僅約束法向位移為0，模型頂面無(wú)約束。采用八節(jié)點(diǎn)線性六面體單元對(duì)模型進(jìn)行模擬，模型上部主體結(jié)構(gòu)、鋼管樁及土體分別劃分網(wǎng)格38215個(gè)、1990個(gè)和141950個(gè)。模型計(jì)算參數(shù)如表2所示。

4.2" "加固前后沉降對(duì)比

在主體建筑一側(cè)從左至右依次設(shè)置4個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別命名為A、B、C、D，其中測(cè)點(diǎn)A、D位于建筑物兩端，B、C位于建筑物中部。將加固前后建筑物在4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量進(jìn)行對(duì)比，如圖3所示。由圖3可知，建筑物中部測(cè)點(diǎn)沉降量較大，兩端沉降量相對(duì)較小，其中加固前4個(gè)測(cè)點(diǎn)的沉降量從A～D依次為41.8mm、65.06mm、65.056mm和45.05mm，最大沉

降量為65.06mm；加固后4個(gè)測(cè)

點(diǎn)的沉降量分別是30.55mm、48.67mm、49.03mm和33.12mm，

最大沉降量為49.03mm，相對(duì)于加固前建筑物沉降量減少了24.64%。

4.3" "樁長(zhǎng)的影響

為探究不同微型鋼管樁長(zhǎng)度對(duì)建筑物沉降量的影響，分別選取1.0L、1.2L、1.4L、1.6L樁長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，其中樁長(zhǎng)L為6.1m。不同樁長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的單樁承載力如表3所示。由表3可可知，隨著樁長(zhǎng)的增加單樁承載力特征值不斷增加。

不同樁長(zhǎng)條件下建筑物各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量對(duì)比如圖4所示。由圖4可知，4種樁長(zhǎng)條件下建筑物的最大沉降量分別為48.74mm、47.72mm、47.15mm和46.00mm，樁長(zhǎng)從1.0L增加至1.6L，建筑物最大沉降量減少了5.6%，表明樁長(zhǎng)對(duì)建筑物沉降量的影響較小。分析認(rèn)為，由于增加樁長(zhǎng)可以將建筑物的荷載傳遞到更深的地層，在一定程度上減小建筑物的沉降量。由于樁端持力層強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致沉降量減小幅度較小。

4.4" "注漿后土地變形模量的影響

為了定量分析樁間土變形模量對(duì)建筑物沉降的影響，對(duì)比0.6Es、1.0Es、1.4Es、1.8Es條件下建筑物各測(cè)點(diǎn)的沉降量，如圖5所示。由圖5可以看出，樁間土變形模量越大，建筑物各測(cè)點(diǎn)沉降量越小，在4種樁間土變形模量下建筑物最大位移分別是53.94mm、47.01mm、43.78mm和41.68mm，土體變形模量由0.6Es增加至1.8Es，建筑物最大沉降量減少了22.73%，表明樁間土變形模量對(duì)建筑物沉降量有顯著影響。

此外，隨著樁間土變形模量的持續(xù)增加，建筑物沉降量的減小幅度降低。分析認(rèn)為，由于變形模量較小時(shí)，樁間土受到荷載作用時(shí)變形較大，樁與樁間土接觸面積減少，側(cè)阻力減小，導(dǎo)致沉降較大。相反當(dāng)土體變形模量較大時(shí)，土體的變形能力較小，承受荷載時(shí)產(chǎn)生的變形較小，有助于將荷載分散從而減小沉降。

5" "結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)地基土注漿與微型鋼管樁對(duì)建筑地基的復(fù)合加固措施開展研究，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，探究了加固前后及不同因素影響下建筑物的沉降量，得出以下結(jié)論：

試樁承載能力均大于單樁極限承載力254kN，注漿加固后的壓實(shí)填土地基承載能力特征值大于設(shè)計(jì)值120kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。加固前建筑物最大沉降量為65.06mm，加固后建筑物最大沉降量為49.03mm，相對(duì)于加固前減少了24.64%。隨著樁長(zhǎng)的增加單樁承載力特征值不斷增大，樁長(zhǎng)對(duì)建筑物沉降量的影響較小，從1.0L增加至1.6L，建筑物最大沉降量減少了5.6%；樁間土變形模量對(duì)建筑物沉降量影響顯著，變形模量由0.6Es增加至1.8Es，建筑物最大沉降量減少了22.73%。

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