微型鋼管樁在既有建筑基礎的加固設計與施工控制

王正安，扈學波

（1.濟南軌道交通集團有限公司，山東 濟南 250101；2.濟南軌道交通集團資源開發有限公司，山東 濟南 250101）

1 引言

隨著社會經濟的不斷發展，人們對城市居住的需求日益增大，城市建設用地愈發緊張，在既有建筑物周邊新建建筑的情況也越來越多。但是由于場地限制、施工順序不當、支護不到位等原因，時常出現新建建筑物導致既有建筑地基基礎產生下沉、傾斜甚至開裂的現象。當地基基礎影響到建筑物上部結構安全和正常使用功能時，需要對既有建筑物基礎進行加固補強[1]。常見的地基基礎補強加固的方法有注漿加固法、擴大基礎法、微型樁加固法等，其中的微型樁加固法具備強度高、貫入能力強、場地要求較小、能適用多種地層等優點，在既有建筑基礎加固方面被廣泛運用[2]。

2 工程概況

某幼兒園教學樓用地面積8540m2，建筑面積為6152m2，建筑層數為地上三層。東西長60m，南北寬44m。室內外高差為0.30m，建筑總高度為14.58m。上部結構形式為鋼框架結構，基礎采用柱下混凝土獨立基礎。建筑物建成后，距離建筑外墻2.9m 處開挖蓄水模塊深基坑，深度為7.2m，支護形式為鋼板樁支護。蓄水模塊基坑開挖和支護后，建筑11 軸、12 軸基礎發生明顯沉降，基礎沉降觀測數據見圖1。

圖1 建筑物基礎沉降值

從圖中可以看出，靠近基坑的12 軸基礎沉降較大，最高沉降達到19.38mm。距離蓄水模塊稍遠的11 軸基礎沉降也較大，最高沉降達到14.64mm。基礎沉降引起建筑局部二次結構開裂，危及建筑物的安全。同時對場地巡查時發現，建筑物一層現澆板下回填土也產生沉降，地基土體不密實并有空洞現象。基坑土體滲水嚴重，基礎沉降有進一步加劇的趨勢。

2.1 工程地質條件

根據巖土工程勘察報告，場地范圍內巖土分布情況如下。

①層耕土：黃褐夾淺灰色，主要成分為粉質粘土，局部為粉土，表層含植物根系。場區普遍分布，平均厚度0.50m，層底埋深0.50m。

②層粉質粘土：黃褐色，局部淺灰色，可塑，無搖振反應，稍具光澤反應，干強度中等，韌性中等，含少量氧化鐵，局部夾粉土薄層。場區普遍分布，厚度6.70～8.00m，平均7.34m；層底埋深9.20～10.60m。

②1層粉土：褐黃色，稍濕，稍密，搖振反應迅速，無光澤反應，干強度低，韌性低，含少量氧化鐵，局部夾粉質粘土薄層。場區普遍分布，厚度0.70～3.00m，平均1.93m；層底埋深1.20～3.50m。

③層粉質粘土：黃褐色，可塑，無搖振反應，具光澤反應，干強度中等，韌性中等，含少量氧化鐵，局部含少量姜石。場區普遍分布，厚度9.40～10.90m，平均10.32m；層底埋深20.00～20.50m。

土層物理力學參數見表1。

表1 土層物理力學參數

2.2 原因分析

為保證建筑結構安全和確定基礎沉降原因，對建筑物基礎進行了檢測。根據檢測結果和檢測數據發現，基礎雖產生沉降但無明顯滑移，上部主體鋼結構傳力路線正確，各構件連接方式符合要求，無明顯缺陷和工作異常現象。結合現場情況判定基礎下沉的原因為蓄水模塊基坑開挖和支護后，由于施工原因導致基礎周圍土體產生擾動，土體側限模量減小并產生側向位移；場地水位較高，基坑開挖面滲水嚴重，導致基礎附近土顆粒嚴重流失，土體力學性質指標明顯下降。

3 加固方案的分析及效果

3.1 加固方案

3.1.1 注漿加固

注漿加固處理技術是采用水泥（或化學）漿材通過注漿管，在壓力作用下，注漿液填充、滲透和擠密土體間的孔隙，使得土體不斷密實[2]。同時漿液克服土層的初始應力，漿液劈裂擠壓土體縫隙，其可灌性和擴散距離增大，最終將水泥漿和松散的土體膠結成一個整體，形成高強度、物理和化學性質穩定的水泥土結合體，從而達到加固地基的作用[3]。注漿加固方案如圖2 所示。但是其缺點是注漿可控性較差，無法精準控制注漿加固范圍，同時容易產生漏漿、串漿現象。

圖2 注漿加固方案

3.1.2 微型樁

微型樁是利用內徑不超過300mm的永久性鋼管，通過先成孔后注漿的方式形成剛性樁，可用于各種不同的土質條件，設備簡單對場地要求較小，同時具備成樁速度快、樁長樁徑可調節、施工擾動小等優點[4]。微型樁可根據樁型和施工工藝分為樹根樁、預制樁、注漿鋼管樁。綜合考慮地質條件、施工條件和工期等因素，本項目選用注漿鋼管樁。根據工程類比法確定微型鋼管樁參數，本項目擬定微型鋼管樁成孔直徑220mm，無縫鋼管直徑127mm，壁厚7mm。

綜合分析兩種方案優缺點和適用性，本項目采用微型鋼管樁加固的方案，見圖3。但是鑒于本項目建筑物一層回填土產生沉降和空洞現象，地基基礎滲水嚴重。單獨使用微型鋼管樁加固不能解決滲水問題。為保證結構安全，局部基礎區域可進行注漿加固，進一步提高地基變形能力。

圖3 微型樁加固方案

3.2 設計計算

根據《既有建筑地基基礎加固技術規范》（JGJ 123-2012），微型樁加固既有建筑基礎可按復合地基處理設計計算[5]。每個既有建筑基礎下布設6 根鋼管樁，置換率m=0.016，微型鋼管樁單樁抗壓承載力特征值為120kN。加固后地基承載力特征值為：

從計算結果可以看出，微型鋼管樁加固后形成的復合地基承載力顯著提高，其復合地基承載力為134.0kPa，滿足地基110kPa承載力的要求。

3.3 施工控制要點

既有建筑基礎加固應根據《既有建筑地基基礎加固技術規范》（JGJ 123-2012）編制專項施工方案，并嚴格按照以下施工工藝施工，即定點放線、鉆機就位、機械成孔、安裝鋼管、注漿。在施工過程中要嚴格控制以下五點要求。

①加固施工之前，應按照規范要求對加固基礎進行沉降監測布點，在加固過程中加密觀測基礎沉降變化，如有異常停止施工。在加固完成后對基礎持續進行約一年的觀測。

②注漿加固采用一次全孔注漿，成孔后將制作好的花管插入孔底，將注漿管底部孔隙用水泥封堵，待水泥終凝后方可注漿。注漿管應高出地面不少于10cm，注漿花管孔眼需用橡膠套或膠帶封堵，孔口采用水泥漿封堵，封孔范圍為基礎高度。注漿過程中，監測地面沉降情況，如加固地面有上臺趨勢，立即停止注漿。嚴格控制注漿前后地面的上抬量，不得超過2mm。

③注漿加固進行穩壓控制，當注漿壓力增大且進漿量很小時，需要保持一定的壓力下穩壓注漿，穩壓時間20～30min。

④微型鋼管樁采用機械成孔，成孔直徑220mm。微型樁主體采用D127鋼管，壁厚7mm、Q235。樁端進入粉質粘土層不小于1.0m，且有效樁長不小于6.0m。樁頂進入基礎100mm。

⑤微型鋼管樁鉆至設計樁長下鋼管后，壓力注水泥漿，注漿壓力為0.2MPa。第一次注漿初凝后再進行二次注漿，二次注漿水灰比為0.50～0.65，終止壓力為1.0～1.5MPa。

3.4 加固效果

在加固過程和加固完成后一年內對加固基礎進行持續沉降監測，各基礎的沉降-時間關系曲線如圖4 所示。從圖4 中可以看出，在地基加固之后的第一個月內，基礎的沉降量為1～8mm 左右，沉降速率為0.03～0.26mm/d，沉降速度放緩；在之后的第二至三個月內，各基礎的沉降量為1～2mm，沉降速率為0.03～0.06m/d，沉降量非常小，基礎下沉基本得到控制；在對基礎進行持續檢測后的1 年內，基礎沉降基本穩定，達到了預期的加固效果。

圖4 沉降-時間關系曲線

4 結語

新建工程的施工擾動是引起既有建筑地基基礎不均勻沉降的主要原因，對既有建筑的地基加固應同時滿足承載力和沉降的要求。本文通過對比兩種常用的加固方法，提出適合本項目的微型鋼管樁的加固方法，同時局部區域配合注漿加固，進一步提高地基整體穩定性。通過設計計算和沉降觀測，驗證了微型鋼管樁對加固工程的有效性，為同類型既有建筑的地基加固提供了參考。