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)

0 引言

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。

1 工程概況

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

2 場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

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)

3 不均勻沉降變形原因分析

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。

4 地基加固設(shè)計(jì)

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。

5 地基加固實(shí)施方案

5.1 加固實(shí)施方案

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。

5.2 施工工藝流程

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

5.3 施工注意事項(xiàng)

(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。

6 施工中遇到的問題

(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。

7 加固效果監(jiān)測(cè)分析

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

8 結(jié)語

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。