孫秀伶

（中土華建（北京）建設集團有限公司，北京 102300）

0 引言

在建筑項目進行的過程中，建筑樁基礎的不均勻沉降會損耗建筑承載的重力結(jié)構(gòu)，若不及時加固治理，可能會造成建筑物壓力負載的情況[1-3]。

雖然設計師會充分考慮在連續(xù)施工的情況下，由于地質(zhì)條件的變化，基礎建筑對工后不平衡沉降所產(chǎn)生的各種影響，并在工程設計中賦予基礎建筑相應的安全施工程序[4-5]。但是造成建筑物基礎不均勻沉降的因素很多、狀況復雜多變，所以并不能面面俱到。因此，必須深入研究建筑基礎工程樁在不均勻沉降下加固的關鍵技術。

建筑物基礎不均勻沉降會在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加內(nèi)力，破壞建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。該文通過對建筑物基礎不均勻沉降加固技術的研究，總結(jié)了最新適用于基礎建筑的方法，保障建筑物安全。

1 實例分析

1.1 工程概況

某多層住宅樓建于2000年，共有4個單元，單元戶型對稱布置。屬于鋼筋混凝土條形基礎，磚混結(jié)構(gòu)，陽臺懸挑，樓體一共6層，建筑面積3625.86m2，沒有地下室，樓高19m，南北寬9.9m，東西長62.5m。根據(jù)對沉降及傾斜每日數(shù)據(jù)的監(jiān)測該居民樓的2、3單元樓體均存在不均勻沉降情況，并且仍在繼續(xù)，說明該樓的傾斜量日益加劇，需要對其進行及時地基加固處理。該樓場地類型為III類，持力土層平均深度為18m。該樓使用期間發(fā)生不均沉降，采用樁截面200mm×200mm的C30預制鋼筋混凝土方樁對其進行靜壓托換樁地基加固處理。

1.2 靜壓樁單樁承載力設計

靜壓樁單樁終止壓力與單樁承載力的非線性擬合方程[6]，設計單樁入土深度19m，根據(jù)表1設計單樁終止壓力437kN，則靜壓樁單樁承載力如公式（1）所示。

表1 靜壓樁合理布樁間距數(shù)值模擬匯總表

靜壓樁單樁承載力設計值如公式（2）所示。

1.3 布樁間距優(yōu)化設計

根據(jù)對不同托換壓力及不同樁間距下基礎及磚砌體受力性能的數(shù)值模擬[7]，托換壓力作用下基礎受拉強度≤基礎抗拉強度設計值的布樁間距都是可行的，然后基于受力性能，上限值則以在托換壓力作用下鋼筋混凝土條形基礎達到其抗拉強度設計值，從而確定靜壓樁的最大布樁間距及用樁最少的數(shù)量，實現(xiàn)布樁間距優(yōu)化的目標[8]。

通過以上數(shù)值模擬的方法，討論了既有多層建筑上部結(jié)構(gòu)荷載一定的情況下，鋼筋混凝土條形基礎的靜壓樁合理布樁間距。條形基礎形式多層建筑的豎向荷載由樓板傳遞至承重墻，然后由承重墻傳遞至基礎，由于層數(shù)和層高不同，單位長度基礎所承擔的上部結(jié)構(gòu)荷載也大小不一，該文對1～6層鋼筋混凝土條形基礎形式的磚混結(jié)構(gòu)建筑進行了荷載統(tǒng)計，并根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載的大小，按照以上數(shù)值模擬的方法分別進行了靜壓樁布樁間距優(yōu)化設計[9]。取托換壓力為437kN，布樁間距選擇2.4m和2.45m，共布設靜壓托換樁54組。

1.4 驗證分析

該文對靜壓樁的部分觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并繪制成了圖1累計沉降量曲線。

由圖1可以看出，隨著時間的推移其靜壓樁的累計沉降量隨之增大，并逐漸趨于平穩(wěn)，樁周土體逐漸固結(jié)，進而樁側(cè)摩阻力也會隨之增加，靜壓樁的承載力也升高并大于靜壓樁的托換壓力。在這種情況下，靜壓樁將保持不變不再繼續(xù)下沉，逐漸趨于穩(wěn)定值。

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，靜壓樁最大沉降量為4mm（4#樁），滿足靜壓樁總沉降量≤8mm的要求，以上說明該工程布樁間距合理，保證了靜壓托換樁加固的工程質(zhì)量。

2 基礎不均勻沉降加固方法設計

2.1 靜壓樁加固施工

某居民樓的土層分布較厚的中砂，承載力特征值fak=300kPa，壓縮模量Es1-2=30MPa，是理想的持力層，適宜采用靜壓樁。錨桿靜壓樁除了加載方式以外，其工作原理及適用范圍與坑式靜壓樁類似。錨桿靜壓樁與坑式靜壓樁的工作原理及適用范圍基本相同,但錨桿靜壓樁在封樁施工時大都需要進行卸荷操作，但其工藝復雜，施工較為困難，實際應用較少。而坑式靜壓樁施工能夠解決由于回彈現(xiàn)象導致的沉降問題[2]。

地基加固前，應采取措施斷絕本樓一切可能滲入地基的水源。沿基礎邊緣開挖垂直導坑，尺寸不小于1000mm×1000mm，至基礎下2 m，再沿基礎底挖水平導坑至設計樁位，條形基礎下部開挖寬度根據(jù)各基礎寬度確定。導坑開挖應避免基礎下大面積連通施工，應保障施工人員安全，必要時做好坑壁支護。壓樁時，壓樁力不得小于單樁豎向承載力特征值的2倍，且持續(xù)時間不應小于5min。設計樁長可根據(jù)現(xiàn)場試壓調(diào)整，采用樁長和單樁承載力特征值雙指標控制。每樁壓樁深度達到設計要求后，施工單位應會同建設、監(jiān)理單位驗收樁長，各方確認后方可進行下一組靜壓樁施工。靜壓樁施工順序必須采用跳打法，減少附加沉降。

2.2 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)受力點分析

在簡支梁橋階段操作中，通過鋼筋實現(xiàn)建筑截面的柔性結(jié)構(gòu)層布置，沉降反應下的建筑物頂層結(jié)構(gòu)能有效控制建筑物變形。不同截面鋪裝的鋼板厚度不同，發(fā)揮的作用也不同。因此在連續(xù)梁橋階段，主要通過建筑面板連續(xù)的受力點，增加鋼板的厚度。這時可選擇將主梁在頂層形成的簡支轉(zhuǎn)連續(xù)受力和混凝土預應力受力結(jié)合在一起。

由于建筑物截面面板的負彎矩區(qū)沒有預加應力的作用，在后期可能會出現(xiàn)超負荷承載的問題。

簡支轉(zhuǎn)連續(xù)受力點在施工的連接方式如圖2所示。

建筑樁基礎靜壓樁施工不均勻沉降加固施工的具體過程如下。環(huán)形預留核心土開挖法的施作工藝大致為按計劃打入超前小導管；開挖，及時施作噴錨、鋼拱架等初期支護措施；開挖，及時施作噴錨、鋼拱架等初期支護措施；開挖核心土區(qū)域；開挖仰拱。截面鋪裝的混凝土施加了一定的預應力，由于作用在截面頂端的鋼束強度不夠，施加預加力的區(qū)域無法做到全覆蓋。所以，在后期簡支轉(zhuǎn)連續(xù)受力的連接下，主要依靠簡支梁體的結(jié)構(gòu)性能。通過簡支轉(zhuǎn)連續(xù)操作實現(xiàn)建筑加固的效果。簡支梁體主要施加預應力的范圍比較長，因此在加固方面，其結(jié)構(gòu)承載的質(zhì)量范圍更大，密度更大，整體協(xié)調(diào)性就能更好。

2.3 沉降工況下單元應力變化分析

為對建筑物的簡支梁連續(xù)受力點進行分析，需要在施工現(xiàn)場采集簡支梁相關數(shù)據(jù)，因此，該文在混凝土連續(xù)箱梁截面的模式上優(yōu)先選擇雙箱雙室形式。建筑主梁的高度的箱截面受力程度根據(jù)不同混凝土的承受力決定是否能做到箱梁的連續(xù)受力。建筑單箱的連接方式設為雙室，其高跨比為1/14.7。建筑物的橫梁截面和邊支點處按承受力的變化調(diào)節(jié)。兩端的主梁截面主要依靠預應力混凝土構(gòu)件受力，建筑物的箱梁均依靠預受力為R50承載質(zhì)量的混凝土承載現(xiàn)澆層，主梁則采用負荷R40混凝土縱向預應力約束體系。建筑腹板設置長鋼絞線，底板設置短鋼絞線。在短期截面受力作用下，建筑物的簡支連續(xù)的上限受力不超過基礎的限值。為避免不均勻沉降的影響，各沉降工況下的單元應力變化規(guī)律見表2。

表2 控制截面單元指標數(shù)據(jù)

以表2中所顯示的數(shù)據(jù)為依據(jù)，在建筑物靜壓樁施工下，設計的建筑加固的方法和目前常見的基于主成分分析法的風險預警方法作為目標，計算不同建筑加固方法的測量精度的相關性。具體操作如公式（3）所示。

式中：S為建筑物設計的沉降量，S1為單箱建筑物施工沉降量，S2為雙箱建筑物需要調(diào)整的沉降量，H為建筑固定高度。

而分離箱的加固精度測試如公式（4）所示。

式中：a代表預留沉降值。由公式（3）進一步推導公式（5）。

式中：S為建筑物設計沉降量，a'為建筑物回歸精確率；b為建筑物寬度。以此來驗證設計的加固方法的性能。

3 方法性能測試

為了對加固后施工效果進行驗證，對該文技術及傳統(tǒng)技術后測量精度，得到結(jié)果如圖3所示。

從圖3的曲線變化試驗結(jié)果可以看出，該文所設計的建筑樁基礎靜壓樁施工不均勻沉降加固技術在精度的測試計算所占比例大于傳統(tǒng)方法測試計算的比例。數(shù)據(jù)表明，該文設計的建筑加固方法在實際的操作應用過程中能夠保障建筑施工獲得更精準的安全性能模擬操作。傳統(tǒng)施工的不均勻沉降加固技術，在對比下數(shù)據(jù)比建筑樁基礎靜壓樁施工不均勻沉降加固技術低。新的加固方法可以提升一倍的精確度。綜上所述，該文設計的建筑樁基礎靜壓樁施工不均勻沉降加固技術在精度的測試計算中表現(xiàn)更好，對安全建筑操作施工的幫助更大。

4 結(jié)語

因施工不均勻造成建筑物的沉降是一個非常復雜的問題，涉及影響因素很多，該文通過理論分析和數(shù)值模擬等手段，結(jié)合工程數(shù)據(jù)，對建筑樁基礎靜壓樁施工的不均勻沉降進行研究。因?qū)W術水平有限，目前的成果仍存在不足，希望在今后的工作中對不均勻沉降問題做進一步的研究，為沉降后的加固技術的應用分析提供更詳盡的依據(jù)，并綜合考慮各影響因素產(chǎn)生的影響，輔助建筑基礎能夠更安全地進行施工作業(yè)的操作，減少因施工不均勻沉降帶來的損失。