既有建筑地基基礎(chǔ)復(fù)合加固技術(shù)應(yīng)用研究

丁勝元 （山東鉅旺建筑工程有限公司，山東 濰坊 262500）

由于受到外荷載、地質(zhì)條件、地下水、維護(hù)管理等各種因素的影響，既有建筑地基基礎(chǔ)可能會出現(xiàn)各種問題，如沉降、變形、穩(wěn)定性不足等，這些問題會對建筑物的安全性和使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響[1]。因此，既有建筑地基基礎(chǔ)的變形和穩(wěn)定性一直是地基工程加固研究者所關(guān)心的問題，在軟土地基條件下，如果建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式選擇不當(dāng)或建筑物在后期出現(xiàn)加層現(xiàn)象等，在建筑物使用多年后極易出現(xiàn)不均勻沉降，造成建筑物的損壞，對既有建筑地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固顯得十分必要。微型鋼管樁是一種新型的地基加固材料，通過在地下鉆取小直徑鋼管并注入混凝土，形成鋼筋混凝土+噴射固結(jié)漿液樁體，以增加地基承載能力和穩(wěn)定性，能夠有效解決既有建筑地基基礎(chǔ)的沉降和變形問題。微型鋼管樁兼做注漿孔復(fù)合加固技術(shù)具有施工方便、適用范圍廣、快速高效、環(huán)保友好、施工周期較短等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的樁基結(jié)構(gòu)相比，微型鋼管樁通過向地基土中注入漿液，改善地基土的物理性質(zhì)，提高了加固效果[2-3]。

本文以山東省某市辦公樓地基基礎(chǔ)加固為研究對象，提出基于微型鋼管樁兼做注漿孔的復(fù)合加固技術(shù)，探索其在既有建筑地基工程中的應(yīng)用。研究成果可為建筑地基復(fù)合加固技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供參考，并提供一種高效、安全、可持續(xù)的地基加固技術(shù)，類似工程可根據(jù)具體情況進(jìn)行工藝調(diào)整以達(dá)到最佳加固效果。

1 工程概況

山東省某市辦公樓為4 層現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓層總高度為16.5m，建筑平面大致呈長方形，建筑總長度60m，寬度12m，修建于2001年，建筑基礎(chǔ)采用的是錘擊沉管灌注樁，樁直徑500mm，樁身混凝土強(qiáng)度等級C25。辦公樓地基條件主要為淤泥、淤泥質(zhì)黏土、粉細(xì)砂和中砂，各層土的工程地質(zhì)特征如表1所示。由于地質(zhì)條件和使用年限的影響，建筑基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，結(jié)構(gòu)的外墻和板受到應(yīng)力集中的影響出現(xiàn)不同程度的裂縫，經(jīng)過質(zhì)監(jiān)站的質(zhì)量檢測鑒定之后，結(jié)論是辦公樓的主體結(jié)構(gòu)承載力能正常行使，但對建筑物的加固勢在必行。

表1 建筑地基土物理力學(xué)性質(zhì)

2 既有建筑地基基礎(chǔ)微型鋼管樁復(fù)合注漿加固技術(shù)

經(jīng)過工程施工方案的比選和設(shè)計(jì)，研究確定采用微型鋼管樁復(fù)合注漿加固的方式對地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固。微型鋼管樁采用Q235 無縫鋼管樁，樁直徑130mm，鋼管壁厚4mm，鋼管樁選擇③粉細(xì)砂層為持力層，進(jìn)入持力層深度6m，計(jì)算得到微型鋼管樁單樁承載力特征值如公式（1）所示[4-5]。

式中Ra-微型樁單樁承載力特征值，kN；

Quk-微型樁單樁極限承載力，kN；

Qsk-微型樁單樁極限側(cè)壁摩阻力，kN；

Qpk-微型樁單樁極限端阻力，kN。

微型鋼管樁兼做注漿孔，鋼管壁預(yù)留出漿液孔，出漿液孔間距≤400mm，主要對①素填土、②1淤泥、②2淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行注漿加固，注漿加固后樁間土的地基承載力特征值不小于120kN。注漿設(shè)備采用高壓旋噴注漿專用高壓泥漿泵，型號為衡陽探礦機(jī)械廠生產(chǎn)的BW-250 型，注漿流量為40L/min～120L/min，電機(jī)功率為55kW，最大工作壓力為30MPa，注漿提升速度為100mm/min，復(fù)噴為150mm/min，水泥漿液水灰比為1:1，注漿壓力為1.0MPa～5.0MPa。

建筑地基基礎(chǔ)微型鋼管樁復(fù)合注漿加固施工主要包括放樣、微型鋼管樁引孔、壓樁和注漿引孔、放管和填碎石、封孔、注漿、養(yǎng)護(hù)，如圖1所示。

圖1 建筑地基基礎(chǔ)微型鋼管樁復(fù)合注漿加固施工工藝

3 微型鋼管樁復(fù)合注漿加固施工監(jiān)測分析

為驗(yàn)證微型鋼管樁復(fù)合注漿加固施工效果，運(yùn)用現(xiàn)場實(shí)測的方法對加固后建筑物沉降量進(jìn)行監(jiān)測[6-7]，監(jiān)測點(diǎn)布置建筑物的4 個(gè)角點(diǎn)（監(jiān)測點(diǎn)編號CJ01～CJ04）和平面長邊的中點(diǎn)（監(jiān)測點(diǎn)編號CJ05～CJ06），共計(jì)6 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，主要觀測建筑物的豎向沉降和沉降速率，觀測時(shí)間為150d。

從圖2 中可以看出，隨著監(jiān)測時(shí)間的變化，既有建筑地基基礎(chǔ)6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的沉降值變化規(guī)律基本一致，均為單調(diào)非線性增加，并趨于收斂。在加固后的60d 內(nèi)，各監(jiān)測點(diǎn)的沉降值增加迅速，而在加固60d 以后，各監(jiān)測點(diǎn)的沉降值變化較小。其中，位于既有建筑各個(gè)角點(diǎn)的沉降值（監(jiān)測點(diǎn)CJ01～CJ04），其沉降值變化較為相近，沉降值收斂值為31mm，而位于既有建筑物長邊中點(diǎn)的沉降值（監(jiān)測點(diǎn)CJ05～CJ06）的沉降值也較為相近，且其沉降值大于建筑各個(gè)角點(diǎn)的沉降值，沉降收斂值為43mm。

圖2 建筑地基基礎(chǔ)沉降監(jiān)測曲線

從圖3 中可以看出，隨著監(jiān)測時(shí)間的增加，既有建筑地基基礎(chǔ)6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的沉降速率變化規(guī)律基本一致，均為單調(diào)非線性降低，并趨于收斂，收斂值均趨于0mm/d，表明加固后的地基已達(dá)到穩(wěn)定，沉降值為最終沉降值。在加固后的30d 內(nèi)，各監(jiān)測點(diǎn)的沉降速率下降較快，而在加固60d后，各監(jiān)測點(diǎn)的沉降速率基本穩(wěn)定。

圖3 建筑地基基礎(chǔ)沉降速率計(jì)算結(jié)果

為了評估微型鋼管樁的單軸承載力，運(yùn)用現(xiàn)場載荷試驗(yàn)，在加固場區(qū)選用了2 根微型鋼管樁進(jìn)行測試，微型鋼管樁的編號分別為GZJ01和GZJ02，選用的圓形承壓板直徑為0.8m，面積為0.5m2，加載等級分別為0kN、25kN、50kN、100kN、125kN、150kN、175kN、200kN和250kN，每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后再加載下一級，相對穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)為1h內(nèi)沉降量小于0.1mm[8-10]，每級荷載的沉降讀取時(shí)間間隔分別為前1h 內(nèi)按10min 間隔讀取，以后每隔30min 讀取一次，當(dāng)承壓板周圍土體明顯側(cè)向擠出或荷載-位移曲線出現(xiàn)陡降或在某級荷載下24h內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，則可以停止載荷試驗(yàn)，得到的微型鋼管樁的單樁荷載-位移曲線如圖4和表2所示。從圖4中可以看出，隨著加載的增加，2根微型鋼管樁的位移變化規(guī)律基本一致，在加載初期（荷載小于125kN），荷載-位移曲線呈線性關(guān)系，而在荷載大于125kN后荷載-位移曲線呈現(xiàn)非線性增加。從表2可以看出，在單樁設(shè)計(jì)荷載為125kN 時(shí)，GZJ01 的沉降值為-3mm，GZJ02 的沉降值為-3.8mm；當(dāng)荷載加載至設(shè)計(jì)荷載的2 倍時(shí)，GZJ01 的沉降值達(dá)到最大，為12mm，GZJ02沉降值達(dá)到最大，為-13mm。

圖4 微型鋼管樁的荷載-位移變化曲線

表2 2根微型鋼管樁的現(xiàn)場承載板載荷試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語

以山東省某市辦公樓地基基礎(chǔ)加固為研究對象，提出了基于微型鋼管樁兼做注漿孔的復(fù)合加固技術(shù)，并結(jié)合工程實(shí)際研究了其施工工藝，借助現(xiàn)場沉降監(jiān)測，分析了復(fù)合加固技術(shù)后建筑物地基基礎(chǔ)的沉降和單樁承載力變化特征，得到以下結(jié)論：

（1）隨著監(jiān)測時(shí)間的變化，既有建筑地基基礎(chǔ)6 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的沉降值變化規(guī)律基本一致，均為單調(diào)非線性增加，并趨于收斂。在加固后的60d 內(nèi)，各監(jiān)測點(diǎn)的沉降值增加迅速，而在加固60d 以后，各監(jiān)測點(diǎn)的沉降值變化較小。

（2）位于既有建筑各個(gè)角點(diǎn)的沉降值（監(jiān)測點(diǎn)CJ01～CJ04），其沉降值變化較為相近，沉降值收斂值為31mm，而位于既有建筑物長邊中點(diǎn)的沉降值（監(jiān)測點(diǎn)CJ05～CJ06）的沉降值也較為相近，且其沉降值大于建筑各個(gè)角點(diǎn)的沉降值，沉降收斂值為43mm。

（3）隨著監(jiān)測時(shí)間的增加，既有建筑地基基礎(chǔ)6 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的沉降速率變化規(guī)律基本一致，均為單調(diào)非線性降低，并趨于收斂，收斂值均趨于0mm/d。在加固后的30d 內(nèi)，各監(jiān)測點(diǎn)的沉降速率下降較快，而在加固60d后，各監(jiān)測點(diǎn)的沉降速率基本穩(wěn)定。

（4）隨著加載的增加，微型鋼管樁在加載初期（荷載小于125kN），荷載-位移曲線呈線性關(guān)系，而在荷載大于125kN 后荷載-位移曲線呈現(xiàn)非線性增加。在單樁設(shè)計(jì)荷載為125kN 時(shí)，GZJ01 的沉降值為-3mm，GZJ02的沉降值為-3.8mm；當(dāng)荷載加載至設(shè)計(jì)荷載的2倍時(shí)，GZJ01 的沉降值達(dá)到最大，為12mm，GZJ02 沉降值達(dá)到最大，為-13mm。