某小區基建中的D1-4號別墅變形開裂治理設計

尹志兵 葛玉祥 馬博恒

1 概述

山西省陽泉市某園林小區建于平定縣東鎖簧鎮南后峪村西藥林寺山的東南麓坡地，依山傍水，風光秀麗。D1-4號四聯戶別墅平面尺寸28 m×16 m，條形基礎，磚混加構造柱和圈梁結構，高度為2.5層。由于地基所處原始地形的復雜性及其場地整平效應和地基內潛水含水層的不均一性，致使基建至1.5層時，已建墻體、地板嚴重變形開裂，局部基礎斷裂;前排明柱與地基脫開;臨坡側階上明柱與基礎變形開裂嚴重，若繼續加載后患無窮。

基于別墅變形開裂規律，結合施工條件，經技術、經濟對比分析，具體方法如下:1)別墅內地基沉降區域采用樁式托換;2)置換前排明柱地基和臨坡階上人工地基及其基礎。采用該方案對基建中的別墅治理后，別墅成功封頂。投入運營三年來，地基與上部結構處于穩定狀態，潛在的經濟效益明顯、社會效益廣泛。

2 基建中的別墅變形開裂原因分析

別墅3個區雖變形規律不盡相同，但具有共性——均反映出地基不均勻沉降的特征，其變形開裂形式和程度具有較大差異，這是由于:1)①區一、二層所有結構除封頂外基本完成，負載較大，因此墻體地板變形開裂嚴重;2)②區除明柱外無其他荷載;3)③區明柱和小開間基礎部分受荷較小，故變形程度差。

根據現場調查和已有資料的綜合分析，地基不均勻沉降的原因:1)別墅縱跨兩脊加一溝的原始地形之上，1號戶、3號戶和4號戶分別建于沖溝兩翼的山脊區域，2號戶位于兩脊間的原始沖溝區域。場地平整后，造成了回填土厚度的差異性，2號戶區域回填厚度平均6.0 m，最大厚度6.9 m，而其余3戶區域填土厚度1 m～2 m。因此，壓縮層厚度差異是造成地基不均勻沉降的關鍵因素;2)經現場探井調查，2號戶原始沖溝區域由于臨空側填土作用，大氣降水入滲水主要匯集于該區域回填土與基巖接觸帶，滯水位高出基巖0.3 m～0.5 m，而其余3戶區域地基土基本無水，地下水對地基土的軟化作用和不均勻分布是地基土不均勻沉降的重要誘因;3)回填土未經有效處理，密實度差，在上部加載過程中的固結作用使地基土固結變形加劇，致使別墅基建尚未完成而被迫終止。

3 別墅綜合治理設計

3.1 治理分區與治理方案

以別墅變形開裂規律分區作為治理分區，對別墅變形開裂按區進行治理設計，如此可做到有的放矢。在對地基結構、上部荷載及變形程度的綜合分析的基礎上，根據場地條件，各區采用的治理方案見表1。

表1 各區治理方案

3.2 治理設計

別墅治理設計的重點為①區，其他區域屬常規治理，因篇幅所限僅重點敘述托換樁設計部分。

3.2.1 托換樁和地基土參數

采用人工挖孔樁，樁徑為800 mm，樁長按嵌入中風化泥巖0.5 m，根據地基回填土的厚度和嵌巖長度，確定的托換樁樁長有6 m和8 m兩種，樁間距 3.0 m，地基回填土平均重度 γ=17.5 kN/m3。泥巖天然濕度單軸抗壓強度標準值 fsk=5 MPa。

3.2.2 需考慮的其他因素

1)由于地基土屬欠固結土，設計時應考慮地基土在自重和上部荷載作用下，固結壓密對樁基承載力的影響——負摩阻力的影響，該種影響按下列各式進行驗算:

基樁下拉荷載:

其中，n為中性點以上土層數;li為中性點以上第i層土的厚度，m;ηn為負摩阻力群樁效應系數，取 1。

根據式(1)，式(2)得出兩種樁長基樁下拉荷載驗算結果(見表2)。

表2 基樁下拉荷載驗算結果

2)地下水對地基土強度的軟化?；谇笆觯鼗鶅葴畠H局部存在，影響厚度較小，且非連續分布，因此，托換樁設計時不宜單獨考慮，但在考慮基樁承載力安全系數時作適當考慮。

3.2.3 基樁承載力的驗算

1)基樁承受上部荷載。取樁間距3 m，條形基礎寬度1.0 m，基底壓力 σ=200 kPa，據此基樁所受的荷載 Nk=200×3×1=600 kN。

2)樁基極限承載力的驗算。按嵌巖樁考慮:

其中，Qsk，Qrk分別為總側阻和嵌巖段總端阻，由于基巖面以上均為回填土，故Qsk=0;ζr為嵌巖段側阻和端阻綜合系數，按嵌巖深徑比近似取0.6，則ζr=0.83，frk=5 MPa。

將這些參數代入式(4)，式(5)計算得基樁極限承載力 Quk=2 085 kN。

3)基樁設計承載力。

4)基樁需承擔荷載。

樁長8 m時，R1=600+309=909 kN;

樁長6 m時，R1=600+166=766 kN。

Ra＞R1，滿足設計要求?；鶚对O計承載力為實際承載力的1.15倍和1.36倍，此部分安全儲備足以抵御地基含水的不利影響。

5)樁身強度驗算。

其中，φc為工作條件系數，取 0.7;混凝土按 C20考慮，fc=9 600 kPa。

則R1=909 kN，766 kN＜0.42×3.14×0.7×9 600=3 376 kN，滿足要求。

6)樁身結構。樁長6.0 m～8.0 m，具體樁長以嵌入中風化泥巖0.5 m為準，整個樁體采用C20素混凝土，為保證樁頭的完整性和不被壓碎，樁頂2.0 m配置鋼筋籠(按0.3%構造配置)，樁身結構見圖1，技術要求略。

7)樁孔施工。第一步，緊鄰基礎開挖豎導洞;第二步，待豎導洞挖至基底下1.7 m時，開鑿平洞至基底之下(托換樁孔和基礎中心應重合);第三步，開挖樁孔至基巖嵌巖深度，如孔壁坍塌或松散應采取護壁措施。

8)樁體澆筑。采用商品混凝土，待澆筑至距平洞底標高2.5 m時，應采取振搗措施，然后安設鋼筋籠，平洞臨孔側進行支?；蚱龃u一次澆筑至距基底0.5 m停澆，間隔24 h后用鋼板、工字鋼支撐接頂，最后用與樁體同強度的干硬性混凝土將樁頭與基礎間剩余空間充填搗實，確保樁與基礎密實接觸。支撐結構見圖2。

9)托換樁施工順序。托換樁施工應分批次，前批施工完成后才能施工后批樁。

3.2.4 ②區和③區治理設計

治理方案見表1，治理設計和技術要求略。

4 結語

1)治理別墅場地原始地形復雜，地基是人工填土欠固結地基，多種不利因素的綜合效應，導致了別墅變形開裂不均勻的復雜性和多樣性，治理難度大。

2)依據別墅變形開裂規律和地基土結構的綜合分析，確定了地基土不均勻固結變形是別墅變形開裂的關鍵因素?；谧冃我幝煞謪^及其變形程度確定了樁式托換、地基土置換和重建基礎的綜合治理方案，通過綜合治理，別墅按設計成功加載封頂，實踐證明治理設計是可靠的。

3)別墅投入使用三年多來，地基與上部結構變形處于穩定狀態，避免了因變形過大失去加載可能而被迫拆除所造成的經濟損失，具有巨大潛在的經濟效益和廣泛的社會效益。

4)文中既有建筑物變形規律調查、分析方法和設計思路對今后同類工程具有一定的借鑒意義。