微型嵌巖鋼管樁在基礎加固托換中的應用分析

阮志忠

廣東金穗豐實業有限公司 廣東 廣州 510000

引言

隨著我國房屋加固改造升級的興起，在建筑物基礎加固或基礎托換工程實踐中，經常遇到建筑物加層改造或建筑物改造（改變其使用功能），使基礎荷載增大或改變了結構的受力分布，使原有建筑物的地基和基礎難以支承上部結構的自重和外荷載，引起的基礎承載力不足。為確保原有建筑物的安全和正常使用，需要對建筑物地基基礎進行基礎加固或托換。對目前現有托換樁型存在的局限性比較大，部分托換工程無法解決時，而微型嵌巖鋼管灌注樁可以彌補上述缺陷。

微型嵌巖鋼管灌注樁由于其施工所需機械設備較簡單易于改裝，施工靈活適合狹窄空間，可以不受場地及凈高的限制，便于對已有建（構）筑物地基的加固處理；其施工直徑較小，單樁豎向承載力高，沉降變形量小，不會對建筑物產生較大的附加沉降變形。而鋼管本身剛度和抗剪強度大[1]，管材強度高，方便加工制作，可以焊接或絲扣連接，樁長容易調控，質量可靠，適合不同的空間的加工制作，如果管內再充填砂漿或水泥結石體，則能承受較大的豎向承載壓力及抗彎性能，該樁型在加固工程實踐應用中（如廣州市棠溪四社八層舊廠升級改造、天水酒店加固等），證實了其樁的可靠性和優越性。

作者以廣州市越秀區某花園別墅的加固工程為例，著重分析研討分享該項目的微型嵌巖鋼管樁的設計、施工、質量控制與檢測等關鍵問題，為類似工程性質和巖土條件地基加固作借鑒。

1 工程概況

該別墅建于20世紀90年代，為三層半，建筑占地面積約150m2，樁基礎采用ф300錘擊灌注樁，因別墅升級改造，在別墅區域范圍內開挖二層地下室，開挖深度約7.60m，基坑支護釆用鉆孔灌注樁+鋼支撐的支護結構，止水采用雙管旋噴，因基坑開挖后原基礎樁摩阻力失去作用，其單樁豎向承載力不能滿足目前建筑的荷載要求，而該建筑物改造上級其布局及功能很大程度上進行了調整，改變了原結構的受力分布，為確?；娱_挖過程中上部建筑物的正常使用。

為滿足該要求，經設計復核后，對所有柱位進行鋼管樁基礎托換處理，將上部荷載通過鋼管樁傳遞至微風化巖層中，而鋼管樁既可以作為基坑開挖過程中起到支承作用和基礎托換作用，同時也作為完成地下室后建筑物的樁基礎。

由于該棟別墅建筑已完成多年，首層凈高度約3.30～3.50m；根據場區的工程地質條件，以及施工場地的限制，采用微型嵌巖鋼管樁施工簡便靈活，工期短、質量可靠，單樁承載力高，且不會對建筑物產生附加沉降，不影響上部建筑物的正常使用。

2 工程地質條件

根據場地的工程地質勘察資料分析，本場地位于二沙島，距離珠江邊約150.00m，其地層由上而下分布如下：人工填土層（Qml）、沖積層（Qal）、殘積層（Qel）和基巖（K）包括強風化巖、中風化巖和微風化巖（見表1）。

表1 工程地質地層統計

3 微型嵌巖鋼管樁的設計

設計時考慮到基坑開挖過程中，不影響建筑物的正常使用，根據現場的施工環境條件，受凈高度的影響（凈高約3.30～3.50m）考慮到施工方便、施工靈活，單樁承載力高，在眾多基礎托換加固方案中，選擇了質量可靠，便于施工的微型嵌巖鋼管樁進行基礎托換加固設計。

3.1 微型嵌巖鋼管樁的設計[2-3]

根據廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》（DBJ15-31-2016）的有關要求，以及結合同類工程經驗來設計。微型鋼管灌注樁設計參數如下：

3.1.1 微型嵌巖鋼管灌注樁單樁豎向承載力特征值Ra： 鋼管樁承載力設計特征值按公式(1)計算：

式中：R：鋼管樁豎向承載力特征設計值(kN)；

Quk：鋼管樁豎向承載力極限值(kN)；

γsp：鋼管樁樁側、樁端綜合抗力分項系數，取2。

微型嵌巖鋼管灌注樁單樁豎向承載力特征值Ra：

按嵌巖樁公式（2）計算，不考慮樁周摩阻力：

frs、frp：分別為樁側及樁端基巖的單軸抗壓強度；本工程取13.5 MPa

Ap：樁身的橫截面積，取鋼管外徑計算(m2)

Up：入巖鋼管的截面周長樁身周邊長度(m)

C1、C2：為系數，根據巖石破碎程度和清孔情況等因素決定，一般可取C1=0.45、C2=0.03

hr：嵌入基巖的深度(m) 本工程設計為5 m

3.1.2 樁身承載力驗算。樁身承載力考慮鋼管與砼的共同工作：

式中：fa：鋼管抗壓強度設計值

Apa：鋼管橫截面面積

fc：注漿砼軸心抗壓強度設計值

Apc：注漿體樁身橫截面面積

ψc：側向約束條件下砼抗壓強度的提高系數，可取ψc=2.5

3.1.3 穩定性驗算。當基巖埋藏較深穿過淤泥等軟弱土層時，應對弱土層段樁身進行穩定性驗算，根據現有現場情況可按下式驗算：

式中：Lo——在淤泥等軟弱土層范圍內的樁身長度

D ——樁身鋼管外徑

本工程軟弱土層約4.00 m，穩定性驗算結果為Lo/D=28<80；滿足要求

3.2 本工程微型嵌巖鋼管樁的設計

微型嵌巖鋼管灌注樁單樁豎向承載力特征值Ra由（2）式計算：Ra=983kN

豎向承載力設計特征值：R=983/2=491.5kN。

本工程設計微型鋼管灌注樁單樁豎向承載力特征值要求為450kN。

鋼管樁成孔口徑設計ф200mm，有效樁長設計8.00～9.00米。鋼管樁要求樁端進入微風化泥質粉砂巖5m為宜，鋼管要求為Q345材質，直徑為ф140mm，管壁厚為5mm。

鋼管灌注樁的布置，根據建筑物的布局，上部軸力不同要求，原建筑9根柱中，每個承臺按設計荷載要求分別布置鋼管樁3～6根不等，在原樁基旁補鉆鋼管樁；新增加13根柱中，每個承臺按設計荷載要求分別布置鋼管樁2～3根不等，新增加柱位之樁基礎，按設計布置要求施鉆。

本工程一共布置鋼管灌注樁59根。

注漿方法：采用孔底注漿法，注漿時漿體從鋼管底部的出漿孔溢出，在鋼管與鉆孔壁之間形成水泥固結體，以達到握裹鋼管，防止鋼管銹蝕；增強鋼管與孔壁土（巖）之間的黏結，提高樁的承載力。

注漿材料：采用普通硅酸鹽水泥R42.5，水泥漿液配比為：水灰比為0.45～0.50。漿體強度為M30；灌漿采用靜壓注漿，注漿壓力控制在0.25～0.5 MPa。

3.3 鋼管樁與承臺及柱的連接

該建筑原承臺埋深在±0.00下約-2.00m，承臺高為0.80m，本次鋼管樁托換的承臺埋深在±0.00下約-1.00m，承臺高為1.00m，在完成基坑開挖后澆筑新承臺，新承臺在地下室底板下，底板厚度450mm，承臺高為800mm，完成新承臺后澆筑負二層柱及樓板，再澆筑負一層柱及樓板，柱與原建筑物柱相連接，然后切除托換承臺、原建筑物承臺和鋼管及原建筑物樁，至此整個托換加固工程已完成。

鋼管樁托換的承臺和柱的鋼筋采用鋼筋焊接的方式連接在一起，施工時采用鑿出鋼筋混凝土柱基的鋼筋焊接鋼管樁的鋼管，以及在柱內植筋的方法確保鋼管樁與柱連結牢固，合理傳力，整體受力。

4 工程施工效果

本次托換加固施工過程中對建筑物進行沉降規則，觀測結果顯示該建筑物沉降變量微小，建筑結構沒有產生裂縫，由此可見，微型鋼管樁基礎托換加固的方法可行。

由于受到建筑工程的場地限制，不能在加固的基礎上進行鋼管樁的靜載試驗，但從連續三年的沉降觀測數據顯示，僅在3～5mm變化，也可說明其單樁豎向承載力特征值均達到設計要求；由此可見，按前述單樁豎向承載力計算公式計算微型鋼管灌注樁的單樁豎向承載力設計值是可行的（附基坑開挖完成后的微型嵌巖鋼管樁基礎加固托換照片圖1）。

圖1 微型嵌巖鋼管樁基礎加固托換

5 結束語

微型嵌巖鋼管樁，是一種成孔口徑小的就地灌注樁，具有樁截面小，單樁豎向承載力高，沉降變形量小，且施工簡便，穿透能力強，適用于各種不同的土質條件，質量可靠等特點，具有很大的經濟價值和良好的社會效益，廣泛應用于室內加基礎工程、建筑物增層、建筑物改造、 地基不均勻沉降事故處理、岸（基坑）邊及地下洞室上方建筑物的基礎托換、舊房地基加固或改造工程等，是一種值得推廣應用的地基加固方法。

微型嵌巖鋼管灌注樁施工所需機械設備較簡單，易于改裝，其施工機械設備占地面積小、機械高度小，適用于狹窄空間，不受凈高限制，施工及樁位布置靈活，使樁位布置更為合理。

微型嵌巖鋼管灌注樁因樁孔孔徑小，對基礎和地基土幾乎都不產生附加應力，施工時對原有基礎影響小；極少產生附加沉降，不影響建筑物的正常使用。

微型嵌巖鋼管灌注樁，鋼管外側的水泥漿固結體，入巖一定深度且利用樁與巖體的黏結力，大大提高了樁的豎向承載力。