建筑地基基礎復合加固措施分析

摘要：有效地加固和改善建筑地基基礎，對提高建筑物的抗震性能、承載能力和使用壽命至關重要。基于此，以某地一住宅地基加固項目為背景，采用地基土注漿和微型鋼管樁復合加固措施對該建筑地基進行加固。通過現場試驗測試鋼管樁和注漿后地基的承載能力，并借助數值模擬軟件對比加固前后建筑物沉降量以及樁長、樁間土變形模量對建筑物沉降量的影響。研究結果表明：鋼管樁單樁承載力及注漿加固后地基土承載力均滿足設計要求；復合加固后建筑物最大沉降量相對于加固前減少了24.64%；樁長對建筑物沉降量的影響不大，增加樁間土變形模量可以顯著降低建筑物沉降量。

關鍵詞：建筑地基；基礎加固；地基土注漿；微型鋼管樁

0" "引言

許多城市地區由于地質條件、環境變化、原始建筑設計等因素的影響，存在土壤承載能力不足、地基沉降等問題，嚴重威脅建筑物的安全性和穩定性[1]。因此，在建筑工程領域，如何有效地加固和改善建筑地基基礎，提高建筑物的抗震性、承載力和持久性，成為一個亟待解決的問題[2-3]。

目前，已經有多位學者對地基加固措施進行了研究。呂凡任等[4]通過軟土地基上的微型樁單樁和群樁抗壓、抗拔現場試驗，研究其荷載-沉降特性、群樁效應以及施工工藝等因素，為微型樁的設計和施工提供了可靠依據。宗鐘凌等[5]引入了一種微型靜壓鋼管樁注漿成樁工藝，對其成樁機理和特點進行分析，通過實施6根試樁的單樁抗壓承載力試驗，驗證了該工藝的可行性。李吉林等[6]針對鹽漬土地區已建成建筑物回填土的沉降問題，總結了注漿法加固的設計要點、施工流程、質量檢驗等方面，并分析了在設計和應用過程中需要注意的問題。

目前針對建筑地基基礎的加固措施多局限于傳統的加固方法，這些方法在一些復雜情況下效果有限，為此本文對地基土注漿和微型鋼管樁復合加固措施進行分析，研究成果可為優化建筑地基基礎加固方案提供科學依據和實用建議。

1" "工程概況

本研究以某地一棟新建建筑及其地基為研究對象。該建筑為民用住宅建筑，采用磚混結構，共7層，地下一層地上6層。在建筑完工一段時間后，部分墻體出現裂縫，其中地上一樓墻體裂縫數量較多。經過調查分析得知，由于地基承載能力不足，且地基土具有濕陷性，導致房屋出現不均勻沉降。為防止建筑繼續沉降，采用地基土注漿及微型鋼管樁復合加固措施，對該建筑地基進行加固處理。該建筑場地工程地質條件如表1所示。

2" "加固方案

經過地質勘查與建筑物沉降原因分析，地基土第③層壓實填土具有濕陷性，且壓實系數不符合規范要求，決定采用地基土注漿加固措施對該土層進行加固，對建筑基礎采用靜壓微型鋼管樁進行加固。選用Q235無縫微型鋼管樁，管壁厚度為4mm，鋼管直徑133mm。

微型鋼管樁設計通常包括荷載分析，單樁極限承載力確定和確定鋼管樁數量，經計算得到條形基礎上部建筑結構總荷載為91825kN，基底壓力平均值為146kPa。

單樁承載力特征值按下式計算：

（1）

式中：Quk和Ra分別為單樁豎向極限承載力標準值和承載力特征值；K為安全系數。

單樁豎向極限承載力標準值計算如下：

Quk=Qsk+Qpk" " " " " " " " "（2）

式中：Qsk為總極限側阻力，Qpk為總極限側阻力標準值。

以第⑤層粉質黏土層作為鋼管樁樁端持力層，平均樁長為10m，樁端打入持力層的深度為6.5m，經計算得到，單樁承載力及極限承載力特征值分別為127kN和254kN，實際布置鋼管樁數量為334根。在基礎各鋼管樁兩側設置注漿孔，其直徑需大于110mm。在注漿孔內安裝注漿管，注漿管外側空隙用碎石填充，共布置655個注漿孔。

3" "地基加固后現場靜載試驗

3.1" "單樁靜載荷試驗

根據相關規范要求，使用液壓千斤頂對微型鋼管樁樁頂進行逐級加載，并記錄樁頂沉降量。在加載過程中，若鋼管樁的沉降較小且穩定，沒有出現明顯的不均勻沉降、傾斜或破壞現象，可以施加下一級荷載，達到最大施加荷載且樁頂位移保持穩定后終止加載。

在所有微型鋼管樁中選取4根試樁，并將其編號為SZ1、SZ2、SZ3和SZ4，4根試樁Q-s曲線如圖1所示。觀察圖1可知，SZ1、SZ2、SZ3和SZ4樁頂沉降量最大值分別是12.41mm、12.17mm、11.84mm和11.27mm，且4根試樁承載能力均大于單樁極限承載力254kN。

3.2" "地基靜載荷試驗

對地基土進行注漿加固28d后，隨機抽取3個點并將其編號為DJ1、DJ2和DJ3，進行地基靜載荷實驗。在地基預定位置進行鉆孔，使用承壓板和液壓千斤頂逐級施加荷載，在某級荷載下地基沉降量保持穩定后可施加下一級荷載。當承壓板的沉降總量超過其直徑或寬度的6%時終止加載。

地基靜載荷試驗結果如圖2所示。由圖2可知，在施加壓應力增加至120kPa時，DJ1、DJ2和DJ3的沉降量分別為1.97mm、2.19mm和2.35mm；持續施加荷載至240kPa時，DJ1、DJ2和DJ3的沉降量分別為5.43mm、4.77mm和4.81mm。由上述數據分析可知，進行注漿加固后的壓實填土地基承載能力特征值大于設計值120kPa，滿足設計要求。

4" "復合加固數值模擬

4.1" "數值模型建立

采用數值模擬軟件，建立復合加固后的建筑主體及地基數值模型，模型尺寸按照實際尺寸設置。為簡化計算模型，將微型鋼管樁樁長及打入持力層的深度進行統一。對土體側面水平和豎直方向設置位移約束，其余方向僅約束法向位移為0，模型頂面無約束。采用八節點線性六面體單元對模型進行模擬，模型上部主體結構、鋼管樁及土體分別劃分網格38215個、1990個和141950個。模型計算參數如表2所示。

4.2" "加固前后沉降對比

在主體建筑一側從左至右依次設置4個沉降監測點，分別命名為A、B、C、D，其中測點A、D位于建筑物兩端，B、C位于建筑物中部。將加固前后建筑物在4個監測點的沉降量進行對比，如圖3所示。由圖3可知，建筑物中部測點沉降量較大，兩端沉降量相對較小，其中加固前4個測點的沉降量從A～D依次為41.8mm、65.06mm、65.056mm和45.05mm，最大沉

降量為65.06mm；加固后4個測

點的沉降量分別是30.55mm、48.67mm、49.03mm和33.12mm，

最大沉降量為49.03mm，相對于加固前建筑物沉降量減少了24.64%。

4.3" "樁長的影響

為探究不同微型鋼管樁長度對建筑物沉降量的影響，分別選取1.0L、1.2L、1.4L、1.6L樁長進行計算，其中樁長L為6.1m。不同樁長對應的單樁承載力如表3所示。由表3可可知，隨著樁長的增加單樁承載力特征值不斷增加。

不同樁長條件下建筑物各沉降監測點沉降量對比如圖4所示。由圖4可知，4種樁長條件下建筑物的最大沉降量分別為48.74mm、47.72mm、47.15mm和46.00mm，樁長從1.0L增加至1.6L，建筑物最大沉降量減少了5.6%，表明樁長對建筑物沉降量的影響較小。分析認為，由于增加樁長可以將建筑物的荷載傳遞到更深的地層，在一定程度上減小建筑物的沉降量。由于樁端持力層強度不夠，導致沉降量減小幅度較小。

4.4" "注漿后土地變形模量的影響

為了定量分析樁間土變形模量對建筑物沉降的影響，對比0.6Es、1.0Es、1.4Es、1.8Es條件下建筑物各測點的沉降量，如圖5所示。由圖5可以看出，樁間土變形模量越大，建筑物各測點沉降量越小，在4種樁間土變形模量下建筑物最大位移分別是53.94mm、47.01mm、43.78mm和41.68mm，土體變形模量由0.6Es增加至1.8Es，建筑物最大沉降量減少了22.73%，表明樁間土變形模量對建筑物沉降量有顯著影響。

此外，隨著樁間土變形模量的持續增加，建筑物沉降量的減小幅度降低。分析認為，由于變形模量較小時，樁間土受到荷載作用時變形較大，樁與樁間土接觸面積減少，側阻力減小，導致沉降較大。相反當土體變形模量較大時，土體的變形能力較小，承受荷載時產生的變形較小，有助于將荷載分散從而減小沉降。

5" "結束語

本文對地基土注漿與微型鋼管樁對建筑地基的復合加固措施開展研究，采用現場試驗與數值模擬相結合的方法，探究了加固前后及不同因素影響下建筑物的沉降量，得出以下結論：

試樁承載能力均大于單樁極限承載力254kN，注漿加固后的壓實填土地基承載能力特征值大于設計值120kPa，滿足設計要求。加固前建筑物最大沉降量為65.06mm，加固后建筑物最大沉降量為49.03mm，相對于加固前減少了24.64%。隨著樁長的增加單樁承載力特征值不斷增大，樁長對建筑物沉降量的影響較小，從1.0L增加至1.6L，建筑物最大沉降量減少了5.6%；樁間土變形模量對建筑物沉降量影響顯著，變形模量由0.6Es增加至1.8Es，建筑物最大沉降量減少了22.73%。

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