周軍懷,李向陽,柴 卓
(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心陜西總隊(duì),陜西 西安 710003)
坑式鋼管靜壓樁施工是在既有建筑物底下開挖工作坑,在工作坑內(nèi)利用建筑物自重作支撐反力,利用千斤頂?shù)捻斏?,將鋼管或預(yù)制好的鋼筋混凝土樁經(jīng)過焊接分段連續(xù)壓入地基土中成樁的一種地基加固施工技術(shù)??邮戒摴莒o壓樁施工工藝適用于地下水位低,地層為淤泥、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、粉土和人工填土,且建筑物剛度大、整體性好的地基加固??邮戒摴莒o壓樁施工工藝具有機(jī)理明確、施工便捷、施工擾動(dòng)小、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛的應(yīng)用。近年在山西北化關(guān)鋁化工有限公司質(zhì)檢樓地基加固施工中成功地運(yùn)用坑式鋼管靜壓樁施工工藝,效果良好。
項(xiàng)目位于山西省永濟(jì)市北化關(guān)鋁化工有限公司廠區(qū)內(nèi),擬加固的質(zhì)檢樓為3層框架結(jié)構(gòu)房屋,總高13.5 m,長46.8 m,寬15 m,筏板基礎(chǔ)。2013年3月建成并投入使用,2013年5月開始發(fā)現(xiàn)變形(墻體和地面有不同程度裂縫,如圖1所示)。隨即開始進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,截止2014年10月24日累計(jì)偏移量68 mm,累計(jì)沉降量62 mm(詳見圖2)。從圖2中可見該樓東北角的1號(hào)觀測(cè)點(diǎn)沉降量最大,該樓整體向東北方向偏移,急需加固處理。
圖1 墻體裂縫照片
該建筑場(chǎng)地較為平坦,地貌單元屬山前洪積扇,根據(jù)勘察資料,場(chǎng)地范圍內(nèi)地層自上而下為:
圖2沉降量觀測(cè)曲線
①雜填土層,雜色,稍濕,土質(zhì)不均,結(jié)構(gòu)雜亂松散,以人工堆填為主,含大量碎石、卵礫,偶見水泥塊、磚塊,層厚1.9~4.7 m,動(dòng)探擊數(shù)8~12擊,平均10擊;
②第四系全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土含碎石層,黃褐色,稍濕,硬塑,土質(zhì)不均,含15%~20%的圓礫和鈣質(zhì)結(jié)核,層位深度變化較大,層厚4.5~6.1 m,動(dòng)探擊數(shù)13~22擊,平均14擊。
地層物理力學(xué)性質(zhì)詳見表1。勘探深度內(nèi)均未見地下水,僅局部有上層滯水。
表1 地層土的物理力學(xué)指標(biāo)
據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與勘察資料分析,不均勻沉降變形原因主要為:
(1)場(chǎng)地地質(zhì)條件較差,地基土為回填土,地層結(jié)構(gòu)和土的性質(zhì)分布不均勻,厚度和密實(shí)度變化大,承載力低,造成建筑物局部沉降;
(2)山前洪積扇區(qū)地下水排泄通道不暢,該樓南側(cè)山前坡面雨水散流大量匯集下滲,富集于基礎(chǔ)底部,造成局部土層含水量增高,而地基土結(jié)構(gòu)較為松散,浸水后易產(chǎn)生濕陷變形,造成建筑物局部產(chǎn)生沉降;
(3)建筑物原地基施工時(shí)回填了平均4.7 m厚的人工素土和灰土,由于東北角地基臨邊較近(東面約2 m,北面約6.7 m),施工時(shí)填土壓實(shí)度差于其它地方(從勘察孔動(dòng)探擊數(shù)就可看出),致使建筑物地基承載力不均,產(chǎn)生不均勻沉降。
該建筑物已建成投入使用,筏板基礎(chǔ),整體性較好,剛度大,地基僅局部嚴(yán)重變形(建筑物北東側(cè))。綜合考慮該樓的主體結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)形式,地層和施工條件,巖土地質(zhì)條件等因素,認(rèn)為采用坑式鋼管靜壓樁對(duì)該樓地基進(jìn)行加固,具有受力明確,布樁位置靈活,施工便捷等優(yōu)點(diǎn)。
坑式鋼管靜壓樁原則上應(yīng)布置在建筑物縱橫墻交界處,承重墻基礎(chǔ)中間,獨(dú)立基礎(chǔ)的中心和四角,地基受濕陷性影響的承重部位等。根據(jù)建筑物平面圖,鋼管靜壓樁布置在筏板與框架柱節(jié)點(diǎn)處,詳見圖3。
鋼管靜壓樁樁長設(shè)計(jì)9~12 m,樁尖入土深度按終止壓力控制,設(shè)計(jì)壓樁終止壓力≥400 kN。鋼管采用直徑159 mm、壁厚6 mm的鋼管,焊接連接。在靠近質(zhì)檢樓筏板外側(cè)開挖工作坑,坑深4.5 m(筏板以下2.5 m),長2.2 m(垂直建筑物筏板方向),寬1.2 m(順延建筑物筏板方向)。壓樁施工完成后,樁管內(nèi)灌注水灰比0.5的微膨脹早強(qiáng)混凝土進(jìn)行封樁,并將樁管用鋼板與筏板基礎(chǔ)焊接,樁管外涂抹瀝青防腐。工作坑采用2∶8灰土回填至筏板基礎(chǔ)以下1 m處,回填時(shí)分層夯填厚度≯30 cm,壓實(shí)度≮0.93,回填完畢再用C20混凝土封填至基礎(chǔ)底面。待C20混凝土終凝強(qiáng)度達(dá)到75%以上后,繼續(xù)回填2∶8灰土至室外地坪標(biāo)高,并按要求分層壓實(shí),詳見圖4。
圖3靜壓樁位置布置平面示意
圖4 靜壓樁地基加固示意
(1)施工使用QYL-50帶表式液壓手搖千斤頂,千斤頂最低高度30 cm,最大起升高度150 mm。鋼管樁采用?159 mm×6 mm的鋼管,并提前加工成2.2、1.1、0.9、0.6和0.3 m長的短節(jié),端口進(jìn)行坡角處理,同時(shí)準(zhǔn)備一定數(shù)量的管靴、導(dǎo)向接頭和200 mm×200 mm×40 mm的楔形鋼板。
(2)施工分6個(gè)壓樁施工小組,先從東西兩側(cè)開始由外到內(nèi)間隔進(jìn)行。開挖1.2 m×1.5 m的豎向?qū)Э?,挖到筏板底面?biāo)高時(shí)再下挖2.5 m,隨后將豎向操作坑橫向擴(kuò)張到筏板與框架柱節(jié)點(diǎn)中心以外50 cm,挖好后對(duì)坑壁進(jìn)行可靠支護(hù)。
(3)壓樁前對(duì)千斤頂、電焊機(jī)、管樁及備件要進(jìn)行認(rèn)真檢查,第一節(jié)樁下端連接管靴,用量尺和吊錘校正管樁垂直度,傾斜度要求小于1%;安放千斤頂,千斤頂接觸面應(yīng)平整;安裝就緒檢查完畢,開始勻速壓樁,同時(shí)記錄壓力表讀數(shù),監(jiān)測(cè)管樁垂直度;管樁焊接前要保證焊縫兩邊去油、去水、去銹、去雜物,保證清潔干凈,焊接時(shí)電流大小合適,先十字點(diǎn)焊,再一半一半連續(xù)焊接,至少焊兩層,焊縫周全飽滿,焊接完畢等6~7 min后繼續(xù)壓樁。
(4)壓樁壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求通知驗(yàn)收后,向管柱內(nèi)注入混凝土進(jìn)行封樁、托換,與筏板焊接。
(5)筏板基礎(chǔ)底標(biāo)高以下工作坑采用混凝土進(jìn)行澆筑,形成承臺(tái),最后回填灰土至地坪。
地基加固施工工藝流程如圖5所示。
圖5 地基加固施工流程
(1)為避免建筑物基礎(chǔ)整片開挖造成新的差異沉降,工作坑應(yīng)跳槽開挖,跳槽間隔≮2個(gè),工作坑開挖好后要及時(shí)進(jìn)行支護(hù),并有防水進(jìn)入坑內(nèi)的措施。
(2)壓樁施工前,應(yīng)對(duì)鋼管外壁涂抹瀝青進(jìn)行防腐處理,鋼管樁各節(jié)的連接采用焊接接頭時(shí),整個(gè)鋼管管口外周應(yīng)該滿焊。鋼管樁樁底設(shè)置樁靴,樁頂焊接4 mm鋼板,鋼板與既有筏板焊接,樁頂鋼板與既有筏板基礎(chǔ)間采用200 mm×200 mm×40 mm楔形鋼板襯墊。
(3)第一節(jié)樁一定要安放在筏板和墻柱的節(jié)點(diǎn)上,第一節(jié)樁是壓樁成功的關(guān)鍵。壓樁過程應(yīng)控制壓樁速度,保證勻速進(jìn)行,每頂升一個(gè)回次,對(duì)鋼管樁垂直度量測(cè)一次。
(4)樁尖達(dá)到設(shè)計(jì)深度后,壓樁壓力不得小于設(shè)計(jì)壓樁終止壓力,且持續(xù)時(shí)間≮5 min。
(5)灌注混凝土均勻性要好,連續(xù)進(jìn)行。
(6)工作坑回填,應(yīng)先采用2∶8灰土回填至筏板基礎(chǔ)以下1 m處,分層夯填厚度≯30 cm,壓實(shí)度≮0.93,再用C20混凝土回填至筏板基礎(chǔ)底面,并振搗至密實(shí)。待C20混凝土終凝強(qiáng)度達(dá)到75%以上后,繼續(xù)回填2∶8灰土至室外地坪標(biāo)高,并按要求分層級(jí)壓實(shí)。
(7)對(duì)在施工中破壞的基礎(chǔ)表面要進(jìn)行復(fù)原,鋼筋采用搭接單面焊接,混凝土采用高于原結(jié)構(gòu)標(biāo)號(hào)進(jìn)行恢復(fù),確?;謴?fù)質(zhì)量。
(1)壓樁過程中壓力表產(chǎn)生突變,有時(shí)突然增大,有時(shí)突然減小。根據(jù)地層分析認(rèn)為,壓力增大是由于樁尖碰到了地層中的碎石或塊石,施工人員用鏈鉗對(duì)樁管進(jìn)行來回轉(zhuǎn)動(dòng),樁尖錯(cuò)過石塊,壓力恢復(fù)正常;或者靜持一段時(shí)間,緩慢加壓,石塊碎裂,壓樁壓力恢復(fù)正常。壓力突然減小應(yīng)該是樁尖碰到了軟弱夾層,夾層過后,壓樁壓力又開始逐漸增大。
(2)施工中發(fā)生由于樁尖受石塊別擠而產(chǎn)生大的傾斜,容易產(chǎn)生廢樁,因此要求施工人員在靠近山坡的東北側(cè),塊石多的區(qū)域壓樁時(shí)一定要控制速率。
(3)施工用的千斤頂頂升能力只有150 mm,對(duì)施工進(jìn)度有一定的影響。
圖6為該建筑物沉降觀測(cè)點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)。從圖中可以看出,自2014年12月26日施工結(jié)束后,觀測(cè)點(diǎn)沉降量逐漸由大變小,所有觀測(cè)點(diǎn)沉降量趨于設(shè)計(jì)要求范圍,說明地基加固效果明顯。
圖6加固后沉降量觀測(cè)曲線
山西北化關(guān)鋁化工有限公司質(zhì)檢樓地基加固項(xiàng)目采用坑式鋼管靜壓樁進(jìn)行施工,有效地解決了質(zhì)檢樓地基沉降變形問題,體現(xiàn)了坑式鋼管靜壓樁施工不限空間,設(shè)備簡(jiǎn)單,方法簡(jiǎn)便,干擾小等優(yōu)點(diǎn)??邮戒摴莒o壓樁施工需要人工開挖工作坑,需要人工進(jìn)行壓樁操作,這些環(huán)節(jié)勞動(dòng)強(qiáng)度大,施工工效低,施工中人為因素較多,如果能對(duì)施工所用頂升設(shè)備,接管和壓樁工藝等環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn),采用電動(dòng)液壓油缸進(jìn)行壓樁,增大頂升長度,減少接樁次數(shù),改進(jìn)焊接接樁工藝,對(duì)壓樁垂直度施行自動(dòng)檢測(cè),則坑式鋼管靜壓樁施工效率將會(huì)大幅提升,人工勞動(dòng)強(qiáng)度也會(huì)得到改善,該技術(shù)應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。