蔣志軍, 柯　技, 李曉岑, 張　宇

(四川省建筑科學(xué)研究院， 四川成都 610081)

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既有建筑地基基礎(chǔ)新型加固方法研究

蔣志軍, 柯技, 李曉岑, 張宇

(四川省建筑科學(xué)研究院， 四川成都 610081)

【摘要】新建工程引發(fā)既有建筑地基基礎(chǔ)的不均勻沉降，已逐漸成為新穎而普遍的工程問題。文章依托某新建隧道引發(fā)相鄰既有建筑物傾斜的實(shí)際工程，針對(duì)既有建筑地基基礎(chǔ)的不均勻沉降，開展了加固處理方法研究，提出了一種鋼管樁+H型鋼的新型快速加固方法，闡明了該方法的加固機(jī)理，并通過現(xiàn)場靜荷載試驗(yàn)、監(jiān)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該方法的加固效果，揭示了既有建筑在加固前、加固期、加固后三階段的沉降變形規(guī)律，全面論證了該加固方法的合理性，為今后治理類似工程問題提供了一種快速、合理、有效的參考方法。

【關(guān)鍵詞】既有建筑；新建工程；地基基礎(chǔ)；加固；鋼管樁

近年來，隨著我國城市建設(shè)的快速發(fā)展，由于新建建筑、地鐵等工程需要在既有城市建筑周邊進(jìn)行基坑開挖，由此引發(fā)既有建筑不均勻沉降而致使其原有結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂等事故，已逐漸成為新穎而普遍的工程問題。

目前，關(guān)于既有建筑物地基基礎(chǔ)開展的加固方法研究[1-7]，已取得了諸多成果。例如：韓金田等人[1]提出了一種新型的復(fù)合注漿法，即高壓旋噴和靜壓等兩種注漿法按時(shí)序結(jié)合所形成的復(fù)合注漿方法，并著重研究了復(fù)合注漿法的機(jī)理、特點(diǎn)以及用于解決工程問題；吳順川等人[2]利用單孔復(fù)合錨桿樁技術(shù)， 對(duì)既有基礎(chǔ)進(jìn)行了加固，并對(duì)單孔復(fù)合錨桿樁的加固機(jī)理進(jìn)行了初步研究；徐醒華[3]、張娜等[4]人分別針對(duì)不同的實(shí)際工程，均開展了關(guān)于錨桿靜壓樁法在既有建筑地基基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用，這對(duì)不具備打樁條件的實(shí)際工程提供了較好的研究思路；聶國東[5]開展了地基基礎(chǔ)施工中建筑物地基的加固方法研究，并詳細(xì)探討了灌漿與靜壓力樁等常見的建筑物地基加固施工方法。總體而言，地基基礎(chǔ)常見的加固方法可分為注漿加固法、基礎(chǔ)補(bǔ)強(qiáng)注漿加固法、錨桿靜壓樁法、坑式靜壓樁法、加大基礎(chǔ)底面積法、加深基礎(chǔ)法、樹根樁法以及石灰樁法等。以上方法大多是基于地基基礎(chǔ)因自身地基不均勻沉降或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不合理等原因而開展的加固研究，而關(guān)于新建工程導(dǎo)致既有建筑地基基礎(chǔ)需要加固的工程問題，則研究得較少。

因此，為解決此類新的工程問題，亟需開展新型的地基基礎(chǔ)加固方法研究。本文依托四川遂寧某新建隧道引發(fā)相鄰既有建筑物傾斜的實(shí)際工程，針對(duì)地基基礎(chǔ)不均勻沉降而開展加固處理方法研究，基于工程實(shí)際，提出一種利用鋼管樁外加H型鋼連接于原有基礎(chǔ)的新型快速加固方法，并通過現(xiàn)場荷載試驗(yàn)、監(jiān)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證該方法的實(shí)際加固效果。該方法為地基基礎(chǔ)搶險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)和施工提供了一種快速、合理、有效的研究思路。

1依托工程概況

本文依托四川遂寧某新建隧道引發(fā)相鄰既有建筑物傾斜及結(jié)構(gòu)開裂的實(shí)際工程，新建隧道邊線與既有建筑相距4 m(圖1)。既有建筑底層為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，上部為6～7層(局部)砌體結(jié)構(gòu)，其基礎(chǔ)形式為鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)、柱下及墻下條形基礎(chǔ)。隧道開挖前，在隧道與既有建筑間采用SMW工法連續(xù)墻施工，進(jìn)行隔水處理。SMW工法連續(xù)墻施工過程中，既有房屋的地坪、地梁、墻面、頂板等主體結(jié)構(gòu)部位出現(xiàn)了不同程度的裂縫，產(chǎn)生了較嚴(yán)重的安全問題。

圖1　既有建筑與新建隧道的平面位置關(guān)系

基于已有勘察設(shè)計(jì)資料，該既有建筑區(qū)域的巖土地層主要由人工填土(層厚2 m)、粉質(zhì)黏土(層厚6 m)、稍密卵石(層厚1 m)、中密卵石(層厚5 m)組成，各巖土層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1　巖土層物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)測表明(圖1中J1～J8為監(jiān)測點(diǎn))，既有建筑臨近新建工程一側(cè)出現(xiàn)下沉，沉降量為22.8～29.7 mm，背離新建工程一側(cè)出現(xiàn)上抬，累計(jì)上抬量為0.7～5.9 mm，該既有建筑出現(xiàn)了不均勻沉降。經(jīng)技術(shù)鑒定分析可知，新建工程SMW工法連續(xù)墻施工造成既有建筑部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，并導(dǎo)致其出現(xiàn)明顯整體傾斜，對(duì)其主體結(jié)構(gòu)的使用產(chǎn)生了嚴(yán)重的安全隱患，亟需針對(duì)該既有建筑地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固。

2加固方案研究

筆者結(jié)合既有建筑施工設(shè)計(jì)圖、巖土狀況及周邊環(huán)境情況研究分析，既有建筑地基基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為粉質(zhì)黏土層，埋深2 m。在SMW工法連續(xù)墻施工過程中，既有房屋產(chǎn)生裂縫及傾斜，目前連續(xù)墻早已施工完畢。分析認(rèn)為SMW工法連續(xù)墻施工時(shí)，在三軸成孔過程中，既有建筑基底粉質(zhì)黏土在臨近基坑側(cè)產(chǎn)生側(cè)向變形，引起地基基礎(chǔ)不均勻沉降，而目前連續(xù)墻已施工完畢快兩個(gè)月，根據(jù)地勘報(bào)告及周邊環(huán)境情況分析，目前粉質(zhì)黏土含水量應(yīng)較大，加固施工需考慮振動(dòng)對(duì)其強(qiáng)度影響。

常規(guī)加固方法無法滿足該工程快速有效的加固要求，又考慮到成都片區(qū)建筑物普遍以砂卵石為持力層的特點(diǎn)，因此，本文在已有的鋼管樁加固方法[8-9]的研究基礎(chǔ)上，基于該實(shí)際工程問題，將利用鋼管樁開展新型的加固方法研究。

該既有建筑的基礎(chǔ)形式主要以條形基礎(chǔ)為主，基礎(chǔ)上為地圈梁，梁上為框架柱或墻體。本文采用直徑140 mm、壁厚8 mm的鋼管樁，在條形基礎(chǔ)上開孔，通過打樁的方式使樁端進(jìn)入中密卵石持力層；樁頂焊接H型鋼，型鋼平行于條形基礎(chǔ)，在型鋼上通過螺栓連接直徑20 mm的三級(jí)鋼筋，并將連接鋼筋植入條形基礎(chǔ)，且保證植入錨固深度不低于22倍鋼筋直徑，最后利用C20混凝土將整個(gè)樁頂加型鋼封閉(圖2、圖3)。

該方法所采用的鋼管樁通過錘擊方式可快速進(jìn)入持力層，再通過H型鋼沿條形基礎(chǔ)將所有的鋼管樁樁頂并聯(lián)，然后通過螺栓連接和植入錨固的方式使H型鋼與條形基礎(chǔ)連接起來，最后鋼管樁便與條形基礎(chǔ)形成整體受力結(jié)構(gòu)，共同分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載。該方法操作簡便快捷，盡管打樁對(duì)飽和粉質(zhì)黏土影響較大，但可快速將上部荷載部分轉(zhuǎn)移至鋼管樁，從而減少建筑物的不均勻沉降以達(dá)到加固效果。

圖2　鋼管樁+H型鋼地基基礎(chǔ)加固平面

圖3　鋼管樁+H型鋼地基基礎(chǔ)加固立面

3加固效果驗(yàn)證分析

基于前文介紹的鋼管樁+H型鋼的新型加固方法，已快速應(yīng)用于實(shí)際搶險(xiǎn)工程，為進(jìn)一步檢測、評(píng)價(jià)其加固效果，本文通過荷載試驗(yàn)與現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方式進(jìn)行驗(yàn)證分析。

3.1荷載試驗(yàn)檢測

鋼管樁進(jìn)入持力層后，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[10]，本文按1%且不少于抽3根的要求，進(jìn)行單樁豎向靜載荷試驗(yàn)檢測。

通過鋼管樁荷載試驗(yàn)可知，鋼管樁進(jìn)入中密卵石層后，單樁豎向承載力特征值達(dá)到180 kN，滿足設(shè)計(jì)承載力要求。

3.2現(xiàn)場監(jiān)測評(píng)價(jià)

針對(duì)該加固方法，在整個(gè)地基基礎(chǔ)加固過程中(日期5-30至7-19)，進(jìn)行了連續(xù)的建筑物沉降變形觀測，監(jiān)測點(diǎn)位置如圖1所示(J1～J8)，監(jiān)測結(jié)果見圖4(沉降為負(fù)，隆起為正)。

圖4　既有建筑沉降觀測

據(jù)圖4可知，自SMW工法連續(xù)墻施工以后(日期3-26)，J1、J4、J5、J7等臨近隧道基坑邊線的監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，其中以房屋平面右上角J7點(diǎn)的沉降速率最快、沉降量最大，截止加固開始(日期5-30)，最大沉降量達(dá)到16.3 mm；J2、J3、J6、J8等背離隧道基坑邊線的監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，其中以房屋平面左下角J2點(diǎn)的隆起速率最快、隆起量最大，加固前的最大隆起量為2.4 mm。可見該既有房屋在SMW工法連續(xù)墻施工后出現(xiàn)了明顯的不均勻沉降，且向隧道基坑傾斜。

圖4中，日期5-30至6-21為既有房屋的加固初期，只施工鋼管樁，未施工H型鋼與鋼管樁樁頂并聯(lián)部分，該階段上述沉降點(diǎn)的沉降速率、沉降量均明顯增大。這主要是由于鋼管樁在錘擊進(jìn)入持力層的過程中，對(duì)既有建筑地基產(chǎn)生了一定的擾動(dòng)，從而帶來了附加的不均勻沉降。而當(dāng)采用本文鋼管樁+H型鋼加固方法后(日期6-21至7-19)，既有建筑的沉降現(xiàn)象迅速減弱并停止，隆起現(xiàn)象亦迅速減弱，隨后原隆起部位均產(chǎn)生一定沉降。最終保持穩(wěn)定；整個(gè)加固期僅為30d，共施工134根樁。

可見，本文所提出的新型加固方法，可快速、有效地治理新建工程引發(fā)既有建筑不均勻沉降的工程病害問題，這為解決今后工程中類似難題提供了一種較好的參考方法。

4結(jié)束語

本文依托某新建隧道引發(fā)相鄰既有建筑物傾斜的實(shí)際工程，針對(duì)地基基礎(chǔ)不均勻沉降開展了加固處理方法研究，提出了一種鋼管樁+H型鋼的新型快速加固方法，全面闡釋了該方法的加固機(jī)理，并通過現(xiàn)場靜荷載試驗(yàn)、監(jiān)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該方法具有快速、有效的加固效果，揭示了既有建筑在運(yùn)用該方法加固前、加固期、加固后三階段的沉降變形規(guī)律，全面論證了該加固方法的合理性。本文提出的鋼管樁+H型鋼的新型加固方法，可為今后治理類似的新建工程引發(fā)既有建筑地基基礎(chǔ)不均勻沉降，提供了一種快速、合理、有效的參考方法。

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[10]JGJ 94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[作者簡介]蔣志軍(1974～)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事地基基礎(chǔ)學(xué)科的研究運(yùn)用、質(zhì)量檢測。

【中圖分類號(hào)】TU478

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2015-11-30