微型鋼管靜壓樁在高層住宅樓基礎不均勻沉降事故中的應用

摘" 要：某高層住宅樓因地質復雜，樁基未進入持力層，建成后臨近建筑物基坑降水，造成該建筑物主體嚴重傾斜。根據地基沉降變形及工程地質條件，提出鋼管靜壓樁與筏板相結合的托換加固設計方案，就加固方案比選、施工工藝及施工過程中注意的問題和處理方法進行闡述，為類似的地基加固工程中微型鋼管靜壓樁加固設計提供一定的參考。

關鍵詞：高層住宅；地基沉降；地基加固；微型鋼管靜壓樁；濕陷性黃土

中國分類號：TU753.8 文獻識別碼：A " " 文章編號：2095-2945（2023）15-0193-04

Abstract： Due to the complex geology of a high-rise residential building， the pile foundation did not enter the bearing layer. After completion， the foundation pit of the adjacent building was dewatering， resulting in a serious tilt of the main body of the building. According to the foundation settlement deformation and engineering geological conditions， this paper puts forward the design scheme of underpinning reinforcement combining steel pipe static pressure pile and raft， and expounds the comparison and selection of reinforcement scheme， construction technology， problems and treatment methods in construction process， which provides some reference for the reinforcement design of micro steel pipe static pressure pile in similar foundation reinforcement engineering.

Keywords： high-rise housing; foundation settlement; ground stabilization; Micro steel pipe static pressure pile; collapsible loess

目前我國工程建設規模越來越大。西北地區的蘭州市，兩山夾一河的地勢特征使得城市規劃較為狹長，新建的住宅樓高度普遍較高，并且蘭州部分地區地質復雜，濕陷性黃土層較厚，經常出現建筑物地基基礎產生不均勻沉降的病害。在既有建筑地基基礎病害治理中，錨桿靜壓樁[1]是提高地基承載力和控制沉降的一種常用方法。壓樁時利用固定在基礎上的壓樁架，由建筑物自身荷載提供反力，采用液壓千斤頂將微型鋼管樁通過基礎預留或開鑿的壓樁孔逐段壓入地基，鋼管樁內可注入高強度水泥漿，最后封堵樁頭，與原基礎整體受力。該方法適用于淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、人工填土和濕陷性黃土等地基加固[2-5]。本文以蘭州某高層住宅樓地基加固工程為實例，結合地質條件、病害原因，重點介紹樁筏聯合基礎托換加固設計。

1" 項目情況

1.1" 工程概況

蘭州市某高層住宅，建筑采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，地下1層，地上18層，建筑物長75.45 m，寬15.90 m，高52.20 m，地上部分由伸縮縫將其分為2個單體。基礎類型為人工挖孔鋼筋混凝土灌注樁基礎。該建筑物抗震設防分類為丙類，抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度值為0.20 g，第二組。該樓所在區域原為一塊凹地，在拆遷時破壞了排水設施，導致該區受污水浸泡。該樓于2013年交付使用，自2016年開始，在使用過程中，墻體逐漸出現裂縫，窗戶變形。建筑平面布置圖，如圖1所示。

1.2" 地質情況

根據勘察資料，該工程所處場地橫跨兩個工程地質區，工程地質Ⅰ區地層自上而下為素填士、粉土、卵石和砂巖4個主要層次。工程地質Ⅱ區地層自上而下為素填土、粉土、飽和粉土、卵石和砂巖5個主要層次。場地地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙潛水及基巖裂隙水，主要賦存于沖洪積卵石層及砂巖中，富水性較好，受溝谷洪水及大氣降水的補給，勘察期間工程地質Ⅰ區：地下水水位埋深21.4～27.5 m；工程地質Ⅱ區：地下水水位埋深18.2～26.1 m。場地內部分土層力學指標，見表1。

2" 檢測鑒定及病害分析

2.1" 檢測鑒定情況

2017年，法院委托第三方司法鑒定機構對該工程質量問題成因進行司法鑒定，鑒定內容主要包含：①建筑物沉降、傾斜觀測；②超聲法檢測混凝土缺陷；③混凝土抗壓強度檢測；④鋼筋保護層厚度檢測；⑤混凝土構件外觀及尺寸偏差檢測；⑥裂縫檢測；⑦地下管網及建筑散水檢測；⑧東側基坑情況調查。

鑒定結論：①建筑物沉降呈現收斂停止狀態，測得長向兩端沉降差為68、102 mm，整體傾斜均為0.001；短向兩端沉降差為25、9 mm，整體傾斜為0.002、0.001。②所檢混凝土構件密實無空洞。③29%的被檢構件混凝土現齡期抗壓強度修正值不符合設計強度等級要求。④部分結構構件實體的鋼筋保護層厚度不滿足設計要求。⑤混凝土構件裂縫影響結構耐久性和結構性能。

2.2" 病害分析

根據相關資料，住宅樓出現質量問題主要有以下幾方面原因：

1）該工程竣工后，臨建建筑物開始施工，位于建筑物東側，但建筑物基礎埋深要大于該住宅樓，且基坑支護時進行了降水處理。先淺后深的施工順序和降水處理對該工程造成了一定的影響，并且該工程橫跨2個工程地質區，因此造成該工程出現了沉降傾斜。

2）混凝土結構構件的現齡期混凝土抗壓強度修正值不符合設計強度等級要求、混凝土構件鋼筋保護層厚度不符合相關要求、磚砌體砌筑砂漿抗壓強度不符合設計強度等級要求。

3）地下管網水管破裂漏水、建筑散水塌陷、開裂主要是由于維護、巡查缺失所致，散水區域回填土不密實，散水坡腳局部積水過多，管網水管破裂漏水，最終導致散水塌陷開裂。

2.3" 處置意見

根據鑒定報告結論以及病害分析，要解決該樓質量問題，主要從以下幾方面進行加固處理：①對地基基礎進行加固處理；②對影響混凝土結構承載能力、結構性能和使用功能的構件采取加固、修補措施；③維修地下管網及地溝，對塌陷區域進行回填夯實，并修復散水。

3" 基礎加固方案

對于高層住宅樓上部結構承載力加固，可采用的方法較多，例如擴大截面加固法、外包型鋼加固法或粘貼纖維布加固法等，上述方法均較為成熟且普遍。此篇文章主要對地基基礎加固處理進行介紹。

3.1" 初步方案比選

綜合考慮該工程主體結構形式、基礎形式、地質條件，提出了以下幾種初步加固方案。

針對地基基礎，有2種方案，一是頂升糾傾處理[2]，采用頂升設施，通過設置在建筑物上的支撐點，使建筑物一側或局部抬升，從而使得建筑物得到糾正。但該工程基礎形式為樁基礎，頂升處理需增加托換梁，該方案施工工藝復雜，設備操作精度高，對周邊環境影響大。二是止傾處理，提高基礎承載力。為增加建筑物基礎整體剛度，將樁基礎托換為樁筏聯合基礎，然后在沉降嚴重的區域增設錨桿靜壓樁。該方案受力明確，樁位布置更加靈活，施工工藝成熟便捷，造價更低，環境影響更小。

3.2" 加固方案

微型鋼管靜壓樁是錨桿和靜壓樁結合形成的樁基施工工藝，其是通過在基礎上埋設錨桿固定壓樁架，以既有建筑的自重荷載作為壓樁反力，用千斤頂將樁段從基礎中預留或開鑿的壓樁孔內逐段壓入土中，再將樁與基礎連接在一起，從而達到提高基礎承載力和控制沉降的目的。

將建筑物原防水構造底板改造為受力筏板，新增筏板厚度600 mm，預埋D32錨桿，端頭帶爪肢。筏板預留壓樁孔，壓樁孔采用人工或機械開鑿，壓樁孔呈上小下大的喇叭狀，上部300 mm×300 mm寬，下部400 mm×400 mm。由于土層中有較厚的細沙層，混凝土樁摩阻力較大，不便于施工，因此采用微型鋼管樁，樁身外徑219 mm，壁厚8 mm，持力層為Ⅰ-③卵石層及Ⅱ-④卵石層，樁尖進入持力層深度不小于1.0 m。鋼管樁樁身自樁頭0.5 m預留A20注漿孔，間距1 000 mm，梅花狀布置，鋼管內灌注C30水泥砂漿，注漿壓力不小于0.25 Mpa，該開孔措施是為了填充鋼管樁與樁周土空隙，同時可在鋼管樁外壁形成一層保護層，增加鋼管樁的抗腐蝕性。

根據JGJ 94—2008《建筑樁基技術規范》[6]，單樁豎向極限承載力標準值計算公式

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp ，（1）

式中：Qsk、Qpk分別為總極限側阻力標準值和總極限端阻力標準值；u為樁身周長；li為樁周第i層土的厚度；qsik為樁側第i層土的極限側阻力標準值；qpk為極限端阻力標準值；Ap為樁端面積。

將具體數據代入后，得到單樁豎向極限承載力標準值為1 046 kN，進而得出單樁豎向極限承載力特征值為523 kN。根據上部結構荷載設計值，最終確定出鋼管樁根數。

靜壓樁壓入地基后，就進入了封樁環節，該環節屬于關鍵工序，主要有2種方式，區別在于是否施加預應力，本項目要求加固后對制止沉降起到立竿見影的效果，因此采用施加預應力的方法。采用16#工字鋼與錨桿交叉焊接，然后用千斤頂頂至樁與工字鋼，讓其直接承受力，在樁頂預加反力作用下，樁身即形成了一個預加反力區，然后將樁與基礎底板澆搗微膨脹混凝土，形成整體，待封樁混凝土硬結后拆除樁頂上千斤頂，樁身有很大的回彈力，從而減少基礎的拖帶沉降，起到減少沉降的作用[3]。靜壓樁平面布置圖，如圖2所示。

3.3 施工工藝

①施工新增承臺時，預留好壓樁孔或在原承臺開鑿（可用砼取芯機取孔）壓樁孔，預埋或后植入壓樁錨桿；②鋼管樁應現場復驗滿足設計要求后，預埋或新植壓樁錨栓滿足設計范例要求后方可使用；③制定施工技術和安全施工專項方案，相關負責人審批后方可施工；④安裝壓樁架應根據現場空間高度調整樁架高度，樁架底座螺栓必須調平雙帽旋緊；⑤采用千斤頂壓樁，壓樁過程必須連續，壓樁過程中應保持樁段垂直，壓樁力不能超過設計壓樁力；⑥預制樁每節樁長2～2.5m，接樁須滿足設計要求；⑦壓樁至設計要求時，進行封樁，房屋結構加固在樁頂用鋼筋與錨桿對角交叉焊牢，然后再澆注高于原結構一個標號的早強砼。

3.4 施工階段質量控制要點

在建筑物內施工微型鋼管靜壓樁，空間相對狹小，層高受限時還需對壓樁機具改造調整，針對此類施工項目，加固前應進行專項施工方案編制工作，現場作業人員應熟悉操作流程，嚴格控制施工操作要點，尤其要注意以下幾點。①樁身垂直度。樁身垂直度嚴重影響地基加固質量。壓樁作業前，建議采用潛孔鉆等鉆孔機具引孔處理，孔徑不宜過大，100 mm孔徑即可，將壓樁路徑上的障礙物提前清除，避免樁尖遇到障礙物發生偏移或壓樁力快速增大到控制壓力，使得操作人員誤以為已到設計壓力。壓樁時應嚴格核查樁身位置，確保每節樁體中心點與千斤頂、壓樁孔軸線重合，不得偏心加壓，這也是保證樁身垂直度的一項控制要點。②當項目地質情況比較復雜時，判斷停止壓樁的數據參數可以采用壓樁力與壓樁深度雙指標控制。在前期設計階段，設計人員要對壓樁深度及壓樁力進行詳細計算，從而指導施工作業，確保地基加固效果。③停止壓樁后，樁端及樁周土會產生回彈，從而影響靜壓樁的承載力，因此采用預應力封樁處理，在樁頂施加1.2倍單樁承載力設計值，然后使用微膨脹混凝土封樁形成整體。

3.5" 施工階段管理措施要點

①嚴格把關工程質量。針對本加固工程項目的特殊性，故工程質量要求高標準、高起點。施工前期，注重對班組的技術交底，讓工人在思想上給予重視，在技術上了解本工程的質量和進度、安全要求，為后期施工奠定良好的基礎。②協調管理班組工作。施工員是最直接管理者，既是指揮員又是戰斗員，是領導方針政策的傳播者，也是基層問題的反饋者，因此合理安排班組之間的分工與配合尤為重要，更要樹立起良好的形象，在工作中成為工人的榜樣，不斷灌輸高質量標準要求，隱蔽工序親自到場，并及時做好記錄，注重施工過程控制，對于一些質量通病要控制在萌芽狀態。體恤工人生活小事，主動幫助慰問，讓工人們感覺有家庭般溫暖，以情留人。③安全管理工作。在工作過程中，施工安全管理的工作目標主要是避免或減少一般安全事故和輕傷事故，杜絕重大、特大安全施工事故和傷亡事故的發生，最大限度地確保勞動者的人身和財產安全。管理人員應主動配合甲方及監理做好安全管理和教育工作，做好班前與班后的教育工作。④與建設、監理單位的協調。作為施工管理人員，從項目開工之時，就必須注重與建設和監理單位的配合協調工作，對于建設和監理單位提出的好的建議，主動帶頭研究落實。⑤材料管理工作。本著節約成本的原則，在實際工作過程中，嚴格進行原材料的控制，在模板、混凝土、鋼筋鋼板及植筋膠的使用上，每一分錢都使用在工程上。例如小料鋼筋，每層樓梯施工完畢，要求鋼筋班組整理收集，在下一層施工時合理用掉。將節約成本的思想，落實到了各個班組及工人的行動中，使項目的建設節約成本。

3.6 沉降觀測

在建筑物基礎設置沉降觀測點，對加固施工前、加固施工全過程及加固施工結束后建筑物的沉降進行觀測，控制基礎一次下沉量不超過5 mm，一次上抬量不超過20 mm，避免基礎產生新的不均勻沉降。

沉降觀測頻率為加固施工前1次；加固施工中每3～5 d觀測1次；加固施工結束后每15～30 d觀測1次，直至沉降穩定為止，地基基礎沉降應滿足GB 50292—2015《民用建筑可靠性鑒定標準》相關要求。

4 結束語

蘭州某住宅樓地基采用錨桿靜壓樁及新增筏板托換處理，建筑物沉降一直很穩定，結合本工程及類似的靜壓樁地基托換加固工程經驗可得出如下結論。

1）建筑物基礎整體剛度不高時，出現了不均勻沉降、整體傾斜等病害，可以采用樁筏聯合基礎進行托換處理，增加了建筑物基礎剛度，使得抗變形能力大大增強，同時還提高了地基承載力和控制沉降的能力。2）微型鋼管樁在設計時重點要研究清楚勘察報告，不同地層的相關計算參數要選取正確，靜壓樁布置時應盡量靠近原基礎位置。3）微型鋼管靜壓樁具有操作方便、機理明確、作業面小、無污染和加載設備輕便等傳統方法不具備的特點，并且工程造價經濟，應用前景廣闊。

參考文獻：

[1] 黃澤德.建筑加固技術疑難工程案例[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2] 建筑地基處理技術規范：JGJ 97—2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3] 既有建筑地基基礎加固技術規范：JGJ 123—2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[4] 王逢睿，牛文慶，張小兵，等.濕陷性黃土地區錨桿靜壓樁地基加固應用研究[J].建筑結構，2019，49（6）：128-133.

[5] 張之偉.高層住宅樓變形觀測及錨桿靜壓樁加固應用實踐[J].安徽建筑，2020，27（12）：91-113.

[6] 建筑樁基技術規范：JGJ 94—2008[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.