陳專 耿立峰 陳樂球 邵德成 劉金華

1 中國石油天然氣股份有限公司湖南銷售分公司，湖南 長沙 410004

2 湖南化工地質(zhì)工程勘察院有限責任公司，湖南 長沙 410004

微型樁是指小直徑的樁，單樁樁徑一般小于300mm，長細比大于30[1]，樁型有鉆孔灌注樁、鋼管樁等[2]。在微型鋼管樁施工后，用壓力注入水泥漿或者水泥砂漿，在樁的周邊形成樹根狀的漿脈，即為微型鋼管砼樹根樁，其具有布置靈活，施工速度快，對環(huán)境影響小等優(yōu)點，廣泛用于滑坡治理、地基加固等工程[3-5]。微型樁主要通過結合承臺等形成體系結構，用于承擔荷載[6]，受力機制與普通抗滑樁差別較大[7]。實際工程中，工程人員不能單純的依靠理論計算來進行設計，需要針對復雜的地質(zhì)條件對設計方案進行調(diào)整。王文宇[8]采用樹根樁快速加固房屋地基，減小不均勻沉降；曹明星[9]基于樹根樁地基加固法提出了井塔糾偏方案，有效減小地下水對井塔地基土體造成的影響；歐高軍[10]采用樹根樁托換處理方案治理不均勻沉降廠房；王昆旺[11]針對某工程病害地基，提出樹根樁加擴展式托換基礎的加固方法，取得良好的效果。

本文以湖南常德某加油站加固項目為例，分析加油站站房發(fā)生不均勻沉降的原因，依托監(jiān)測數(shù)據(jù)，評估微型樹根樁加固地基的效果，為其他地基加固工程提供參考。

1 工程概況

1.1 項目簡介

該加油站位于湖南省常德市安鄉(xiāng)縣大鯨港鎮(zhèn)，場地北側為擋土墻，基礎落在素填土上，加油站站房為一層磚混結構，一層層高3.6m，女兒墻高2.4m，底部有鋼筋混凝土圈梁。站房南側為獨立柱基基礎，基礎的持力層為素填土；站房北側利用擋土墻作為基礎，并通過底部圈梁外挑1.2m，形成1.2m的懸臂梁，懸臂梁外挑下部區(qū)域用240mm磚墻封閉。加油站建成后，站房發(fā)生不均勻沉降，向北傾斜，墻體出現(xiàn)裂縫，墻體側向變位最大值35mm，并有繼續(xù)發(fā)展跡象，亟需對加油站站房進行地基基礎加固（圖1）。另外，站房周邊地面產(chǎn)生的裂縫系地面沉降所致，影響地下管線及加油站安全運營，需進行治理（圖2，圖3）。

圖1 墻體裂縫 Fig.1 Wall cracks

圖2 地面裂縫 Fig.2 Ground cracks

圖3 加油站場地平面圖 Fig.3 Site plan of the gas station

1.2 地層情況

根據(jù)勘察報告，地層從上至下分別為雜填土、素填土、粉質(zhì)粘土。雜填土含磚頭、瓦片、砼塊等建筑垃圾，性質(zhì)很差。素填土相對雜填土性質(zhì)較好，原基礎坐落在素填土上（圖4，表1）。

表1 土體參數(shù)表 Table 1 Parameter Table of soil bodies

圖4 地層示意圖 Fig.4 Schematic diagram of strata

1.3 站房不均勻沉降及地面裂縫生成原因

由地層情況可知，場地地層主要有雜填土、素填土、粉質(zhì)粘土，雜填土和素填土厚度較大，二者厚度最大7.5m，最小5.2m，它們的土力學性質(zhì)差，在荷載的作用下，易產(chǎn)生較大變形。在填土施工過程中，會采用一些密實措施，由于施工質(zhì)量管控不到位等原因，填土質(zhì)量距設計要求往往有一定差距，特別是雜填土，物質(zhì)來源和組成成分的復雜和差異，性質(zhì)很不勻勻，密度變化大，達不到自然固結的狀態(tài)[12]。

站房基礎持力層為素填土，南側是獨立柱基，直接落在素填土上；北側將擋土墻作為基礎，通過擋土墻將荷載傳遞到素填土上。由于擋土墻自重以及挑梁等原因，北側擋土墻基礎持力層素填土所受的荷載較大，導致沉降較大，造成站房出現(xiàn)不均勻沉降，向北側傾斜。

站房附近的地面裂縫主要是因雜填土成分復雜、密度不勻、未達到自然固結狀態(tài)導致地面沉降所致。地面裂縫出現(xiàn)后，雨水會從裂縫向土體深部入滲，降低填土的力學參數(shù)，對擋土墻穩(wěn)定不利，地面沉降會影響加油站地下管線的使用，影響加油站的安全運營。

2 加固方案

加油站的站房已向北側方向傾斜，由于是在已有建筑上進行施工，施工空間有限，且要求對周邊環(huán)境的擾動小，根據(jù)場地工程地質(zhì)條件和建筑物結構特征，選擇微型鋼管砼樹根樁進行加固，治理站房偏斜問題。將站房北側原挑梁下面用于封閉的磚墻拆除，設置4個柱及承臺，每個承臺由4根微型鋼管砼樹根樁支撐，樁長為18m，且嵌入粉質(zhì)黏土。承臺的尺寸為1.4m×1.2m×0.6m（長×寬×高），鋼管錨入鋼筋混凝土承臺中，其上各設支承柱，由于場地限制，承臺為偏心受壓，支承柱寬0.4m、高0.3m，并通過連梁0.4m×0.5m（寬×高）支承上部站房。微型鋼管砼樹根樁加固完成后，站房墻面裂縫用水泥砂漿等方法修補。

針對地面沉降的問題，采用分層注漿改善土體性質(zhì)，保證加油站后續(xù)使用不出現(xiàn)地面下沉開裂等問題。注漿范圍為站房周圍地面沉降區(qū)域，為了慎重起見注漿對象為場地雜填土和素填土。填土比較松散，漿液通過壓力注入土層后，有兩方面的作用，一是滲透壓密土體，漿液擴張土體中的空隙進而壓密土體，漿液的壓密作用使土體連續(xù)性增強；二是漿液凝固后，在土體中形成縱橫交錯的網(wǎng)狀漿脈使土體聯(lián)接成一個整體，具有“加筋”作用，加固了土體，提高土體力學性質(zhì)，同時對擋土墻穩(wěn)定有利[13]。注漿后清理站內(nèi)砼地面裂縫，對裂縫內(nèi)人工灌注濃漿，水灰比0.4，對于伸縮縫采用油膏填縫（圖5）。

圖5 加固方案設計圖 Fig.5 Design drawing of the reinforcement scheme

2.1 鋼管砼樹根樁

鋼管砼樹根樁成孔采用機械鉆孔、回轉(zhuǎn)鉆進跟管護壁工藝，樁孔直徑200mm，鋼管為直徑108mm、壁厚5m的無縫鋼管。樁孔完成后下鋼管和注漿管，第一次注漿后拋骨料，待砼強度達5MPa后進行二次注漿。注漿材料采用純水泥漿，水泥為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.45～0.5。第一次注漿壓力為0.1～0.2MPa，第二次注漿壓力為0.3～0.5MPa。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，填土注漿水泥用量預計約300kg/m。

2.2 分層注漿

在鋼管砼樹根樁施工完畢后，采用分層注漿法對場地填土進行加固，漿孔按1.0～1.5m孔距布置，注漿孔直徑為50～90mm，注漿孔深度要求進入粉質(zhì)黏土不小于1.0m。采用分層注漿法，注漿段長度每次為0.5m，注漿材料采用純水泥漿，水泥為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5，注漿水泥用量約200kg/m，注漿壓力0.2～0.3MPa。

3 樁承載力的計算

由加固方案可知，加固方案中有四個承臺，單個承臺需要承受200kN的上部荷載，上部荷載作用在承臺的一側，所以承臺為偏心受力構件，前排樁受拉，后排樁受壓。對單個承臺進行受力分析，令后排單樁受力大小為F1，前排單樁受力大小為F2，后排樁與前排樁的中心距離為e1=0.5m，柱與前排樁的中心距離為e2=0.75m。首先根據(jù)力矩平衡關系，對前排樁取矩，可得2×F1×e1=200×e2，所以受壓樁單樁受力大小為F1=（200×e2）/（2×e1）=（200×0.75）/（2×0.5）=150kN；其次根據(jù)力的平衡關系，可得2×F1=200+2×F2，所以受拉樁單樁受力大小為F2=（2×F1-200）/2=（150×2-200）/2=50kN，故需分別對后排樁進行抗壓承載力和前排樁抗拔承載力驗算。

3.1 樁的抗壓承載力

樁的抗壓承載力需要參考兩個值：第一是樁側樁端所提供的承載力，第二是樁身材料所能承受的強度。計算公式如下（根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范JGJ 94-2008》[14]，后文中的公式，取值未做說明時，均參考本規(guī)范）：

式中：Quk-單樁豎向極限承載力標準值（kN）；Ra-單樁豎向承載力特征值（kN）；K-安全系數(shù)，取2；μ-樁的周長（m）；Ap-樁的截面積（m2）；li-樁周第i層土的厚度（m）；qsik-樁側第i層土的極限側阻力標準值（kPa）；qpk-極限端阻力標準值（kPa）；N-樁身軸向壓力設計值（kN）；ψc-基樁成樁工藝系數(shù)，計算取0.7；fc-混凝土軸心抗壓強度設計值（kPa）；Aps-樁的截面面積（m2）。

根據(jù)勘察報告，樁在各層土中的端阻、樁側阻極限標準值見表2。

表2 樁端阻、樁側阻極限標準值 Table 2 Limit standard value of Pile end resistance and pile side resistance

運用上述公式計算單樁的承載力，結果分別為200kN和314kN，取兩者之間的最小值200kN作為樁的豎向承載力。根據(jù)上部荷載計算可知，單樁的抗壓承載力需要150kN，滿足要求。

3.2 樁的抗拔承載力

樁在受拉時，抗拔承載力的計算公式如下：

式中：Tuk-基樁抗拔極限承載力標準值（kN）；μi-樁的周長（m）；li-樁周第i層土的厚度（m）；qsik-樁側第i層土的極限側阻力標準值（kPa）；λi-抗拔系數(shù)，計算取0.7[14]。

經(jīng)計算，單樁所能提供的抗拔承載力為128.6kN，根據(jù)上部荷載計算可知，單樁的抗拔承載力需要50kN，滿足要求。綜上所述，本次工程中樁提供的承載力能支撐上部結構。

4 加固效果分析評價

對工程進行沉降監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，站房沉降監(jiān)測點J1、J2、J3在施工期間繼續(xù)出現(xiàn)沉降，最大沉降為2mm，施工完成后沉降穩(wěn)定；站房沉降監(jiān)測點J4、J5、J6沉降一直較穩(wěn)定；地面沉降監(jiān)測點J7、J8、J9施工期間數(shù)據(jù)出現(xiàn)小幅度波動，總體上是先沉降后抬升，施工完成后沉降穩(wěn)定（圖6，圖7）。

圖6 監(jiān)測平面布置圖 Fig.6 Monitoring plan layout

圖7 監(jiān)測數(shù)據(jù) Fig.7 Monitoring data

檢測單位對加固后站房進行質(zhì)量檢測，認為房屋墻體側向變位最大為37mm，建筑物整體傾斜未超過國家地基基礎設計規(guī)范的允許范圍，結構安全性滿足加固設計要求，可以投入正常使用。

5 結論

（1）站房基礎落在素填土和擋土墻上，由于素填土力學性質(zhì)差以及荷載不均等因素，出現(xiàn)不均勻沉降，導致站房發(fā)生傾斜。

（2）微型鋼管砼樹根樁所需施工范圍小，對周邊環(huán)境影響很小，能很好的解決房屋不均勻沉降問題，適合對已有建筑進行加固。

（3）分層注漿法可使填土的性質(zhì)得到明顯提高，有效解決地面下沉問題，保證了加油站正常運營。