蘭州市某小區大厚度填土地基基礎加固選型研究

謝昭雪,代海橋,張海峰

（1.甘肅省建筑設計研究院,甘肅 蘭州 730030;2.甘肅省建設投資（控股）集團總公司，甘肅 蘭州 730030）

蘭州市某小區大厚度填土地基基礎加固選型研究

謝昭雪1,代海橋2,張海峰1

（1.甘肅省建筑設計研究院,甘肅 蘭州 730030;2.甘肅省建設投資（控股）集團總公司，甘肅 蘭州 730030）

某小區位于蘭州市九州開發區，該區域存在大范圍的大厚度填土地基，由于種種原因，該區域的早期建筑物樁基普遍未達到基礎持力層，在使用過程中出現較大的不均勻沉降。針對該區域填土地基的實際情況，提出不同的地基基礎加固方案，并對其進行適應性分析、研究，比選出較為合理的地基基礎加固方案。

大厚度填土地基;地基基礎;加固

近年來，我國房地產行業已經成為國民經濟的支柱產業之一［1］，隨著土木工程行業的迅猛發展，國內外高層建筑、大型交通設施項目大量興起，引起基礎工程領域新理論、新的基礎形式及新的施工技術不斷涌現［2］，各種地質條件下的基礎工程建設均取得了巨大的成就。

伴隨著大規模的工程建設，各種工程地質問題不斷涌現，其最常見的表現形式即為建筑物的不均勻沉降，在考慮到技術經濟后，對一些存在不均勻沉降問題的建筑物采取一些加固措施是必要的，而且是經濟合理的，在技術上是可行的。通常，地基基礎加固方式主要為提高地基承載力及增大基礎接觸面積兩種。本文通過對該區域大厚度填土地質條件下的不同加固方式的初步研究，為地基基礎加固提供合理的方案。

1 概況

1.1 工程概況

蘭州市九州某工程為住宅樓，七層框架結構，無地下室。該建筑于2006年8月完成設計，2007年竣工。根據原設計圖紙，該建筑采用現澆鋼筋混凝土框架結構，基礎采用機械成孔灌注樁基礎，持力層為中風化砂巖，樁端擴大頭進入持力層深度不小于1.5d。

該住宅樓建成后在使用過程中于2014年1～13軸、A～D軸區域發生了部分墻體開裂、基礎下沉等現象，通過對該建筑物的安全性鑒定，其主要原因是建筑物樁長不足，施工時未達到持力層。

加固設計時，為彌補基樁承載力不足，結合建筑物的特點，在建筑物原有基樁周邊另布置一定數量的基樁，再利用承臺轉換梁結構對建筑物進行豎向加固，從而達到彌補原施工時樁長不足的缺陷的目的。

1.2 地質概況

根據地質勘察報告及后期地質鑒定工作，該區域地質情況如下：

1）素填土層：厚度從沖溝斜坡至溝底逐漸變厚，為17.70～37.20m。以粉土為主，含大量砂巖、泥巖碎塊，土質均勻性較差，局部存在空洞現象，洞徑最大1.5m，稍濕，稍密-中密。

2）強風化砂巖層：埋深從沖溝斜坡至溝底逐漸變深，為17.70～37.20m，厚度0.60～3.50m。棕紅色，主要礦物成份為石英、長石、石膏，泥鈣質膠結，粗粒結構，局部含少量礫粒或變為砂質泥巖，為極軟巖，較破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級，強風化狀。

3）中等風化砂巖：埋深從沖溝斜坡至溝底逐漸變深，為19.50～39.60m，勘察厚度1.40～8.00m。棕紅色，主要礦物成份為石英、長石、石膏，泥鈣質膠結，粗粒結構，局部含少量礫粒或變為砂質泥巖，為軟巖，較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級，呈中等風化狀。

2 加固方案

該區域的地質難點在于大厚度的回填土，且物理性質極不均勻，局部存在空洞現象。通過調閱資料及現場檢查，該樓采用樁基礎形式，設計以中風化砂巖層為樁基礎持力層。但實際的情況是該區域存在大范圍的回填砂巖，局部塊徑達10m以上，在早期的勘察中，鉆孔中的物質與原狀砂巖別無二致，勘察成果認識上存在偏差，造成該區域樁基礎實際未達到持力層，個別樁座落在較大的回填砂巖塊上。該區域普遍樁長在20～25m，但回填砂巖深度甚至超過40m。在基礎荷載的長期作用下，回填土層逐漸被壓縮，產生固結沉降，由于其密實度的不均勻性，其壓縮沉降量不一。

基于上述地基基礎的不均勻沉降的認識，加固的對象為基礎持力層范圍內的巖土層，包括轉身范圍及樁端范圍，由此，加固的重點主要針對于樁身巖土層或樁端沿途層。根據實際情況擬定加固方案如下：

2.1 樁側加固

該方法主要通過加固樁身周圍的巖土層密實度，使樁身的摩阻力增大，類似于在地層表面一定深度范圍內形成硬殼層，從而提高基樁承載力的目的。具體實施起來以旋噴樁為主要加固方式，該加固方式一方面切割現有巖土層，另一方面填充回填土層內的空洞，使之密實、固結，從而增大與樁身之間的摩阻力。

針對原基樁可能未達持力層，且樁身處土層為欠固結土，承載力不足，首先不改變結構的傳力路徑及受力機制，利用原有基樁，使樁身范圍內的欠固結回填土層固結、增強樁身與周圍巖土間的摩阻力，從而使樁基承載力提升，達到加固的目的。旋噴樁加固的主要思路是在地表層15m深度范圍內布置旋噴樁，利用高壓將漿液噴射到周圍的土里，使之硬化，另外在樁身周邊有針對性的多布置旋噴樁使之側摩阻力增大。

經軟件計算，在標準荷載組合下，單樁最大荷載約2000kN，若能提高側摩阻力將可以有效提高樁基承載力。通過實施旋噴樁使地表可以形成硬殼層，從而達到加固的目的，如圖1、2所示。

圖1 旋噴樁加固示意圖

圖2 轉換加固示意圖

2.2 樁端加固

補強基樁樁端承載力，該種加固方式立足于增強現有基樁的樁端承載力。在實施加固的過程中，一方面檢查基樁的持力層；另一方面實施加固。

具體施工時，在原有基樁側面沿樁身人工挖孔至樁端，樁孔開挖時同時進行護壁，至樁端，如該樁已達持力層，可即時予以回填。如該樁尚未達持力層，則繼續開挖至持力層，在新開挖的樁孔中下放鋼筋籠、澆筑混凝土，同時使原基樁樁端部分位于新澆筑樁基之上，形成新的樁基結構，樁基荷載通過原基樁及新樁重新傳至持力層之上。通過在原有樁身植筋、灌注樁孔，以形成新的樁基結構，從而達到提高樁端承載力的目的。

2.3 轉換

轉換層設計采用梁式轉換。該種加固方式在于改變原有結構的傳力路線，把原有的基礎與結構層打斷，主要受力構件為新做基樁，原有基樁僅作為結構的承載力儲備。由于該樓原結構設計為單柱單樁，在擬定加固方案時，考慮到由于樁基未達到持力層，受力模型為摩擦樁，由于樁周土體為欠固結土，加固設計時首先應打斷原結構與原有樁基的聯系，以免原樁基浸水下沉時對現有結構有下拉作用。具體又有如下兩種工程實踐：

1）鋼筋混凝土樁基礎。原有結構荷載通過轉換層傳遞至鋼筋混凝土樁基礎上，由于施工空間受限，主要采取人工挖孔灌注樁，樁基施工同時進行護壁，樁長約40m，樁徑不受限制，可根據計算而定。

2）鋼管樁基礎。樁基礎采用鋼管樁，由于施工空間的限制，施工時可采用跟管鉆機成孔，并以鋼管樁代替施工套管，達到設計深度時，鋼管內灌細石混凝土。

3 方案難點

加固設計的目的在于保證現有結構不變的情況下，對基礎承載力不足的部分予以增強，使之可以正常承載而不出現超過允許的不均勻沉降。

該項目的加固難點在于地基持力層較深，且回填土極不均勻，是欠固結土與密實回填土塊的混合物，甚至局部存在空洞現象。采取的加固方案不僅要技術可行，更要施工可行。如樁身補強（旋噴樁方案），主要的困難在于施工沉降不可控；基樁樁端補強的困難在于成孔及施工過程中的基樁穩定性難以保證；轉換的困難在于基樁成孔困難，需人工挖孔，在實施過程中須進行護壁，造成工期長、安全問題較為突出，機械成孔的小直徑樁長細比過大，穩定性差，可能存在樁身壓屈問題［3］。

4 方案的選擇

在以上各方案中，最終選擇轉換，具體采用人工挖孔灌注樁，實施過程中采取護壁措施。具體可以采用人工挖孔時邊挖孔邊支護，每1.0～1.5m進行現澆鋼筋混凝土掛壁，并設置錨固鋼筋錨入周圍土體，使之從上到下形成完整的掛壁支護，同時在施工中可以采用流水作業、多個樁孔同時開挖，在前根樁支護、等待凝固時，進行下一根樁孔的開挖，以此類推，提高工作效率、縮短工期。

該方案雖實施難度較大、工期過長，但安全性可以保證，對現有結構影響小、破壞小，且實施過程中可以避免施工沉降的問題，同時根據樁孔開挖的情況隨時調整施工方案，以達到加固效果最佳的目的。

5 結論

既有建筑的地基基礎加固是一個系統工程，不僅要考慮方案的理論依據，還須考慮實施難度及過程控制。特別是不同加固方案的可行性問題不容忽視。通過對該項目的方案比選，積累了類似工程加固方案的適應性選擇，為以后同類項目的加固提供借鑒。

［1］ 王協群,章寶華.基礎工程［M］.北京:北京大學出版社,2006. 12.

［2］ 曾巧玲,崔江余,陳文化,等.基礎工程［M］.北京:北京大學出版社；北京交通大學出版社,2007.3

［3］ 王允鍔.建筑樁基設計中幾個值得注意的問題［J］.建筑結構技術通訊，2007.3

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