填方灰土樁地基建筑加固技術(shù)研究

摘要：以某填方灰土樁建筑為例，對其進行填方灰土樁地基建筑加固技術(shù)分析。通過擊實試驗、實勘等分析沉降原因，提出注漿加固的處理方式，并借助數(shù)值模擬分析對該技術(shù)進行了有效性驗證。研究結(jié)果表明，所提出的聯(lián)合管注漿加固技術(shù)能有效改善建筑的變形情況，其處理后的傾斜率數(shù)值范圍小于2%，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。該建筑加固技術(shù)能有效保證建筑的安全性，為工程建設(shè)提供借鑒價值。

關(guān)鍵詞：填方灰土樁地基；沉降；變形；注漿加固；數(shù)值模擬

0" "引言

部分斜坡場地建筑在完成找平后就緊接著進行地基填方施工，該施工方法雖能有效縮短工期，但較容易引發(fā)填土方沉降以及變形問題[1-2]。填方灰土樁地基作為一種新型的地基加固技術(shù)，具有成本低、效果好、施工簡便等優(yōu)點，實際應(yīng)用中一般采用數(shù)值模擬分析的手段，推導(dǎo)出最為適宜的樁直徑、樁長、樁距、樁頭埋深等加固參數(shù)，可針對性地開展施工和監(jiān)測工作，加固效果顯著[3-5]。

當(dāng)前填方灰土樁地基加固技術(shù)仍存在施工過程中地基不均勻變形問題，給建筑的安全性帶來較大隱患，且經(jīng)過填方土體形成的復(fù)合地基，多并未將填方加固過程中的壓縮情況納入考慮，較容易產(chǎn)生較大誤差[6]。傳統(tǒng)加固技術(shù)多借助符合傳統(tǒng)規(guī)范的模量法進行沉降計算，并未考慮到土體顆粒重力作用以及摩擦力關(guān)系對土體形變和變形的影響。

基于此，本文通過對填方灰土樁地基的實驗設(shè)計和數(shù)值模擬，分析建筑傾斜原因。同時針對地基實際情況，提出加固技術(shù)和應(yīng)對措施，以改善填方灰土樁地基的承載能力和穩(wěn)定性，以為填方灰土樁地基工程的設(shè)計和施工提供參考。

1" "工程概況

本文選取某工程進行填方灰土樁地基傾斜情況分析。該工程住宅小區(qū)已完成復(fù)合地基施工，但其在主體完工過程中的樓梯出現(xiàn)一定的傾斜問題。分析認(rèn)為，該工程場地的地基設(shè)計方式主要是以優(yōu)先填方的方式來設(shè)計標(biāo)高，后以灰土擠密樁對地基進行處理[7-8]。不同填土的壓實系數(shù)和配比情況都會導(dǎo)致填方量的差異，故以填方來設(shè)計標(biāo)高，不可避免會存在一定的設(shè)計誤差，同時也給該建筑帶來一些穩(wěn)定性隱患。該工程項目中的原有灰土樁樁徑和樁長為560mm和18.5m，樁間距為800mm，灰土配比為4：6。建筑平面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2" "加固方案設(shè)計

在設(shè)計過程中，要求填方及灰土樁的壓實系數(shù)必須超過0.98。在不考慮地下水影響下，選擇一個填方灰土地基下的建筑物進行加固。首先通過實地勘查和試驗分析，確定灰土的物理力學(xué)性質(zhì)和承載能力。其次結(jié)合建筑物的結(jié)構(gòu)特點，選擇填方灰土樁加固方式。最后利用有限元數(shù)值模擬軟件建立灰土樁地基三維力學(xué)模型，對加固前后的地基承載特性進行仿真分析。

2.1" "擊實試驗

本文通過擊實試驗來分析填方土體含水量的情況，不同土體的干密度和含水情況在不同強度和頻率下的擊實力表現(xiàn)不同。試驗過程中，首先將土樣進行初次過篩后稱取一定量的烘干量，對其進行均勻灑水直至達(dá)到最佳含水率。其次制作灰土試件，將土樣與石灰粉進行配比摻和，并倒入自制的16cm的立方體模具中進行擊打，為防止土樣灑落應(yīng)使用保鮮膜對模具進行覆蓋[9-10]。最后對土樣試驗結(jié)果進行分析。

由分析可知，該工程項目中的填方土體的壓縮模量與壓實系數(shù)和含灰量具有正相關(guān)關(guān)系，且灰土齡期的增大也會導(dǎo)致壓縮模量呈增長趨勢，對應(yīng)的灰土黏聚力和內(nèi)摩擦角也有所提升。

2.2" "注漿加固技術(shù)

2.2.1" "沉降原因分析

本文選取上述建筑中土層為濕陷性黃土的部分樓層進行分析。該場地地勢為南高北低，依據(jù)勘察報告和地址坡面情況可知，該土層結(jié)構(gòu)中黃土與古土壤為主要的土樣。同時該工程項目在回填過程中表現(xiàn)出的荷載情況快速增加，會導(dǎo)致不均勻變形現(xiàn)象的產(chǎn)生，如裂縫出現(xiàn)、地磚變形等，且其傾斜角度在觀測時間內(nèi)呈現(xiàn)增大趨勢，傾斜率已然超過地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中標(biāo)注的3%上限。分析認(rèn)為，可能在于復(fù)合地基的設(shè)計上存在不足，即該建筑地基較為松軟，其上部荷載的承重強度有限，建筑兩側(cè)差異的傾斜建筑與既有建筑連接約束性使其發(fā)生沉降變形。

2.2.2" "加固方式

為提高地基承載力，本文對地基通過采用孔內(nèi)深層強夯法來實現(xiàn)灰土擠密樁處理。將樁成孔直徑和樁距分別設(shè)計為400mm和750mm，并保證擠密后的地基承載力特征大于280kPa。在保證該樓與基礎(chǔ)建筑可靠連接的同時，直接進行加固處理，可達(dá)到短耗時以及施工量小的效果。以鋼管柱頂升來進行加固的手段，常存在地下水滲入帶來的摩擦阻力下降問題，進而無法較好解決建筑的沉降問題，本文提出結(jié)合反壓和袖閥管分層注漿進行加固處理，以在提升地基承載力的同時，避免濕陷性地基帶來的建筑不穩(wěn)問題。

2.2.3" "加固流程

建筑糾偏加固流程是在對建筑進行回填土開挖后，對其進行卸載，堆載至建筑另一側(cè)以實現(xiàn)壓力復(fù)位，并在該過程中以多次較淺深度進行開挖。同時對建筑物沉降情況實現(xiàn)實時監(jiān)測，保證建筑中開挖深度為4.5m左右，堆載高度小于1.5m。隨后對建筑沉降及傾斜情況較為明顯的部分進行注漿加固處理。建筑糾偏加固流程示意圖如圖2所示。

注漿加固過程分3個階段進行，分別是擠密加固、基礎(chǔ)糾偏以及補漿調(diào)整，以分別達(dá)到減緩沉降速度、抬升建筑物以及實時監(jiān)測情況的效果。注漿孔以3m為間距，在地下室底板形成三排分布形態(tài)，并均勻分布于建筑的剪力墻部位。按照孔位定位→袖閥管埋管固定→攪拌造漿→雙液注漿加固等步驟來進行施工，并以由外及內(nèi)的順序進行多次均勻注漿，直至地面不再出現(xiàn)變形隆起則完成注漿處理。

3" "模型構(gòu)建

3.1" "仿真軟件選擇

本文借助FLAC3D軟件建立起復(fù)合地基建筑數(shù)值模型，并對其進行數(shù)值參數(shù)模擬分析。FLAC3D作為一種介質(zhì)力學(xué)分析軟件，能有效對巖石工程進行力學(xué)問題求解分析。從有限差分網(wǎng)格設(shè)計、材料關(guān)系特性分析以及條件設(shè)計等方面進行設(shè)定，以此分析模型在外部變動條件下的響應(yīng)情況。

3.2" "建立三維模型

以三維簡化設(shè)計來實現(xiàn)對建筑的變形受力分析，并設(shè)計該模型的長140m、寬4m、高85m，灰土層厚度為0.8m，地基上部建筑及建筑寬度分別為43m和16m。其中灰土樁的生成是借助耦合彈簧實現(xiàn)的，并以約束位移來實現(xiàn)模型邊界條件的生成，且每個方向都有自己對應(yīng)的約束方向邊界。模型的剖面示意圖如圖3所示。

3.3" "變形受力分析

考慮到土樣為非線性材料，其變形程度與載荷大小以及應(yīng)力路徑等因素有關(guān)，利用等效彈性模量法對樁進行處理，則群樁的總剛度計算公式如下：

S=mn（AE/H）" " " " " " " "（1）

式中：S表示群樁的總剛度，單位為N/mm；m表示剖面法線向的樁數(shù)，單位為個；n為長度方向柱的數(shù)量，單位為個；A表示樁的橫截面積，單位為m2；E為彈模，單位為103MPa；H表示樁長，單位為mm。

等效原則下樁的前后軸向剛度相等，故其等效彈性模量計算公式如下：

E'=E（nA/DL）" " " " " " " "（2）

式中：E'表示等效彈性模量；A表示樁的橫截面積，單位為m2；D、L表示板樁的厚度和寬度，單位為cm。

隨后對填方灰土樁復(fù)合地基總沉降量計算公式如下：

S=S1-1+S1-2+S2" " " " " " " " （3）

式中：S表示復(fù)合地基總沉降量，單位為mm；S1-1表示填方區(qū)沉降量，單位為mm；S1-2表示天然區(qū)沉降量，單位為mm；S2表示下臥層沉降量，單位為mm。

4" "應(yīng)用效果分析

4.1" "沉降及傾斜情況

對該建筑進行為期4個月的注漿加固處理，分3次分別對其南部及中部進行注漿處理，并對建筑在注漿過程中的監(jiān)測情況進行分析。圖4為擠密注漿加固監(jiān)測建筑的沉降及傾斜情況。

圖4結(jié)果表明，注漿主要集中在建筑的南部，其中南部監(jiān)測點曲線的沉降量變化情況最為明顯，2個監(jiān)測點的沉降量最大達(dá)到了58mm和65mm，并遠(yuǎn)高于其他監(jiān)測點的數(shù)據(jù)（47mm和45mm）。從建筑傾斜率來看，建筑的傾斜率從8.5%變化到10%。分析認(rèn)為，注漿使得地基的濕潤度有所提升，故而其在壓力荷載下表現(xiàn)出一定的沉降情況，且壓力的不均衡性也使得建筑的傾斜率有所變化。

4.2" "抬升及傾斜情況

地基注漿處理中建筑抬升及傾斜監(jiān)測結(jié)果如圖5所示。圖5結(jié)果表明，在對建筑進行加固后，具有傾斜偏移建筑情況有不同程度的緩解。具體來看，隨著測試時間的增加，建筑的抬升情況呈現(xiàn)出上升趨勢，且以南側(cè)建筑的抬升效果明顯，南部監(jiān)測點1的抬升數(shù)值從-49.8mm變化至172mm，南部監(jiān)測點2的抬升數(shù)值從-48.3mm變化至117mm。北側(cè)建筑的抬升情況也在測試時間為20d時，與最初值存在超過13.7%的差值幅度。同時傾斜情況也展示出建筑的整體傾斜情況有所改善，其傾斜率數(shù)值從大于8%變化至小于2%。上述結(jié)果表明注漿對建筑的加固效果明顯，傾斜加固處理結(jié)果符合規(guī)范設(shè)計要求。

4.3" "數(shù)值模擬仿真

對傳統(tǒng)地基處理方案以及本文提出的數(shù)值模擬灰土地基處理方案進行可視化效果比較，不同方案下的建筑沉降及變形云圖（變形放大20倍）結(jié)果如圖6所示。

圖6結(jié)果表明，原方案處理后的建筑地基兩側(cè)的沉降差異較為明顯，而本文提出的加固方案下建筑的沉降不均勻情況有所改善，其傾斜建筑的沉降斜率也從3.15%變化到0.82%，滿足3%建筑斜率限值，且建筑地基的邊緣變形值有所減少，填方下的地基變形改善情況超過2%。

4.4" "建筑豎向上的加固狀況

隨后對建筑豎向上的加固情況進行分析，建筑豎向上的加固情況如圖7所示。圖7結(jié)果表明，在袖閥管注漿加固過程中，注漿量的增加會一定程度上使得建筑物發(fā)生沉降。但在注漿調(diào)整過程中，注漿量的不斷增加會使得建筑的注漿壓力增加到較大值，進而使其在調(diào)整階段產(chǎn)生不同程度的位移變化。加大壓力注漿能實現(xiàn)建筑的糾偏，建筑在施工完成后的傾斜情況有所下降，且符合規(guī)范要求。

5" "結(jié)束語

傳統(tǒng)加固技術(shù)多借助符合傳統(tǒng)規(guī)范的模量法進行沉降計算，并未考慮到土體顆粒重力作用以及摩擦力關(guān)系對土體形變和變形的影響?；诖?，本文通過對填方灰土樁地基的實驗設(shè)計和數(shù)值模擬，分析建筑傾斜原因。同時針對地基實際情況，提出加固技術(shù)和應(yīng)對措施，以改善填方灰土樁地基的承載能力和穩(wěn)定性。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該建筑的填方壓實系數(shù)并未達(dá)到設(shè)計規(guī)范要求，是由于地基設(shè)計不合理，導(dǎo)致其發(fā)生傾斜變形，且建筑兩側(cè)地基受力強度及土體壓力有所不同。基于試驗分析和填方灰土樁復(fù)合地基計算方法，本文提出的注漿加固技術(shù)能有效改善建筑的變形情況和沉降不均勻情況。但本文的研究還不是很全面，未來需對內(nèi)部土體含水量對建筑變形影響進行進一步研究。

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