李斌

四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司 四川 成都 610041

近年來我國建設(shè)工程領(lǐng)域高速發(fā)展，取得可喜可賀的驕人成績。隨處都可以看到一幢幢高樓拔地而起，一座座大橋氣勢恢宏，一片片舊城換新顏。我國地形地貌十分復(fù)雜，水文地質(zhì)區(qū)域差異很大，地震、洪澇災(zāi)害、極端天氣頻發(fā)，種種不利因素都對既有建筑結(jié)構(gòu)提出了嚴峻挑戰(zhàn)。同時人們的物質(zhì)文化生活日新月異，對居住場所的需求也在不斷提高和變化。所以對既有建筑改造加固項目也在逐漸增多，對既有建筑結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計技術(shù)應(yīng)用也越來越普遍[1-3]。尤其在我國沿海地區(qū)的建筑地基具有深厚軟土的特點，由于這類軟土具有抗剪強度低，壓縮模量低，承載力低，建成的建筑很多容易出現(xiàn)不均勻沉降，結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，甚至傾斜等工程病害現(xiàn)象。對于出現(xiàn)這些現(xiàn)象建筑結(jié)構(gòu)，就需要認真分析，針對性地進行建筑基礎(chǔ)加固設(shè)計研究[4-5]、施工處理，把出現(xiàn)的質(zhì)量隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

本文以實際工程案例，對建筑基礎(chǔ)加固設(shè)計、施工做了專門的分析和研究，望能給從事建設(shè)領(lǐng)域的同仁們一些良好的啟示。

1 工程概況

該案例工程位于廣東省珠海市某七層辦公建筑（裙房為二層），總建筑面積16668m2，建筑高度27.3m。結(jié)構(gòu)類型為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。地區(qū)地震動峰值加速度為0.10g，地震基本烈度為7度。

1.1 場地地基巖土結(jié)構(gòu)

圖1 典型地質(zhì)剖面圖

場地地基巖土可劃分如下幾層：①新近堆載預(yù)壓人工填土，厚度7.5～10.0m。②海相沉積（Q4m）的淤泥，可塑，厚度7.20～10.80m。③淤泥質(zhì)粉砂厚度3.40～9.00m土。④淤泥質(zhì)土厚度16.10～27.90m。⑤全風化、強風化花崗巖，厚度0.0～4.0m，⑥中風化花崗巖，厚度未揭穿。

1.2 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計

該工程基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)。樁型采用國標PHC500AB125,樁長為45m～50m。樁端持力層為中風化花崗巖層，單樁承載力特征值為1300kN?；鶚渡喜吭O(shè)計多樁承臺，承臺頂面設(shè)置基礎(chǔ)聯(lián)系梁。預(yù)應(yīng)力管樁施工采用靜壓樁施工工藝，靜力壓樁機（ZYJ680B）終壓值控制在3000kN左右。

1.3 工程病害現(xiàn)象

該工程主體結(jié)構(gòu)工程基本完成時陸續(xù)發(fā)現(xiàn)約20%的基礎(chǔ)承臺及基礎(chǔ)聯(lián)系梁都出現(xiàn)寬度不等的裂縫（承臺最大裂縫寬度達到20mm）。最嚴重的是發(fā)現(xiàn)有兩處四樁承臺下各有一根樁與承臺脫開。

圖2 基礎(chǔ)承臺裂縫

從發(fā)現(xiàn)工程病害開始對承臺進行沉降觀測，通過3個月的沉降觀測顯示有較多承臺沉降10mm～30mm。

2 基礎(chǔ)加固設(shè)計分析

2.1 工程病害現(xiàn)象分析

從前述的病害現(xiàn)象包括兩類：承臺出現(xiàn)較大的沉降和承臺出現(xiàn)較大的裂縫。以下對這兩類現(xiàn)象分別進行分析。

承臺出現(xiàn)較大沉降現(xiàn)象表明工程基樁承載力未達到原設(shè)計要求。由于該工程尚處于施工建設(shè)階段，在柱腳內(nèi)力遠未達到結(jié)構(gòu)設(shè)計所需恒載與活載作用的情況下承臺就出現(xiàn)較大的沉降量，故必須對這些部位的柱下承臺進行基礎(chǔ)加固處理。

較多承臺出現(xiàn)超出規(guī)范許可范圍的較大的裂縫，甚至有兩處樁與承臺脫開。說明同一承臺下的樁在深厚軟基中所受的反力差異很大與理想的設(shè)計狀態(tài)（同一承臺下各樁反力相同）完全不同，承臺受到超出設(shè)計范圍的剪應(yīng)力與拉應(yīng)力的復(fù)雜共同作用而產(chǎn)生了上述現(xiàn)象。因此也需對這些承臺進行基礎(chǔ)加固處理以減小某些樁的過大反力。

2.2 基礎(chǔ)加固設(shè)計方案抉擇

樁基礎(chǔ)加固方式無非兩種：第一是提高原有樁的承載力，第二是增加樁的數(shù)量（補樁）。從設(shè)計的角度提高樁的承載力通常采用增大樁徑，增加樁長是最直接高效的手段。但對于類似案例工程的既有建筑，是無法實現(xiàn)的。另外就是通過增強樁間土的摩阻力和端阻力也可提高樁的承載力，一般可采用壓力注漿的方式進行。但這種方式的經(jīng)濟性及處理效果尚需根據(jù)不同的地質(zhì)條件進行試驗驗證。本工程案例采用的是第二種樁基礎(chǔ)加固方式即在原承臺下增加一定數(shù)量的基樁（補樁）與原樁共同承擔上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載。

2.3 原有承臺下增加樁的限制條件

首先在原有承臺下增加樁需考慮施工現(xiàn)場操作的可行性[6]。該工程首層層高3.9m，原承臺頂面標高為-0.500m,扣除二層梁高凈空高度僅3.6m，也就是補樁施工作業(yè)空間。根據(jù)該工程地質(zhì)條件，工程基樁的的長度在45m～50m范圍。若采用鉆孔、沖孔灌注樁因機械設(shè)備的操作空間受限是不能實現(xiàn)的，唯一可行的就是通過靜壓沉樁的方式選擇鋼管樁或預(yù)制樁，且每節(jié)的樁長不能超過3m。

圖3 錨桿靜壓樁機

2.4 錨桿靜壓樁機工作原理

錨桿靜壓樁是將壓樁反力架通過錨桿與建筑物基礎(chǔ)相連接，使建筑物、壓樁反力架與樁形成特殊的傳力系統(tǒng)，在壓樁過程中，利用安裝在壓樁反力架下的千斤頂，借助建筑物自重提供的壓樁反力，把預(yù)制短樁逐節(jié)壓入土層。沉樁時做好每節(jié)樁的標記，可以準確知道樁的入土深度。錨桿靜壓樁機上配有壓力表，樁基的承載力也可通過壓力表讀數(shù)直觀的確定。

2.5 樁型的選擇

根據(jù)場地條件選定了壓樁設(shè)備，就要確定樁的類型。很多工程補樁都選擇了鋼管樁，它的優(yōu)點是加工制作簡單，施工速度快，樁接頭現(xiàn)場焊接施工較為方便，接頭質(zhì)量容易保證。缺點是鋼管樁在沿海地區(qū)海水的腐蝕環(huán)境下耐久性不易保證，鋼材價格相對較高，如果工程中需要補樁的數(shù)量較多，對加固改造工程造價影響較大。本案例工程通過綜合對比分析選擇工廠預(yù)制混凝土方樁，截面為300mmx300mm。由于預(yù)制樁接頭連接是一個工程常見的薄弱環(huán)節(jié)，在相關(guān)國家標準中對單根樁的接頭數(shù)量規(guī)定不宜超過3個。由于每節(jié)樁長僅有3m，故需要15個左右的接頭，遠遠超過上述標準，因此就需要特別重視樁接頭的設(shè)計與施工。

2.6 樁接頭的設(shè)計

圖4 預(yù)制樁接頭設(shè)計圖

樁接頭采用預(yù)埋鋼矩管+角鋼焊接設(shè)計，工廠預(yù)制樁時鋼筋籠主筋先與鋼矩管板材內(nèi)側(cè)可靠焊接后再澆筑樁身混凝土，成為鋼矩管樁帽，為保證樁帽內(nèi)混凝土的澆筑質(zhì)量，在樁帽位置設(shè)置振搗孔與通氣孔。鋼管樁帽與混凝土樁身形成一個整體。沉樁時樁逐節(jié)壓入土內(nèi)，樁與樁連接時四角采用角鋼與樁帽鋼板豎向焊縫+樁頭鋼板四周水平焊縫。通過這樣的樁接頭設(shè)計，在施工中預(yù)制樁的連接基本上與鋼管樁連接一樣。

2.7 基礎(chǔ)加固設(shè)計

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》以及場地地勘報告相應(yīng)數(shù)據(jù)計算單樁承載力特征值：

確定補樁數(shù)量時不僅需根據(jù)設(shè)計柱腳內(nèi)力與原樁的承載力的差值計算后確定，尚應(yīng)考慮補樁后整個承臺受力的均衡性和對稱性，盡量減少補樁后樁對承臺的附加偏心矩和剪力。同時補樁設(shè)計時還收到很多限制條件的制約，承臺下補樁需考慮原樁及承臺的位置，靜壓樁屬于擠土樁，樁間距需滿足相關(guān)規(guī)范要求。補樁的位置也需增加承臺，擴大的承臺還必須與原承臺協(xié)同受力。為保證新增承臺與原承臺形成一個整體，采用如下措施：①新舊混凝土連接界面人工鑿毛處理。②新增承臺每面設(shè)置鋼筋，鋼筋籠合圍原承臺。③新增承臺采用提高一個標號的膨脹細石混凝土一次澆筑。

圖5 基礎(chǔ)加固平面圖

圖6 基礎(chǔ)加固剖面圖

3 施工技術(shù)要點

3.1 新增樁工廠預(yù)制

預(yù)制構(gòu)件利用構(gòu)件工程進行標準化工業(yè)化的加工生產(chǎn)，采用設(shè)計標準規(guī)格進行制模，可減少工序步驟，降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率。采用預(yù)制構(gòu)件廠預(yù)制樁對于樁鋼筋的加工綁扎質(zhì)量、焊縫質(zhì)量、樁主筋的混凝土保護層厚度、樁帽的加工制作精度，樁身混凝土的澆筑質(zhì)量及蒸壓養(yǎng)護等都較容易達到設(shè)計要求。

3.2 對承臺裂縫處理措施

對開裂的承臺在基礎(chǔ)加固前需先要采用灌注環(huán)氧樹脂修補進行處理。處理步驟如下：①裂縫清理：對大于0.5mm裂縫或較深裂縫，為有效封縫，沿縫鑿成 V 槽，并用鋼絲刷及壓縮空氣將裂縫內(nèi)碎屑粉塵清除干凈。②設(shè)置灌漿嘴或灌漿盒：一般不鑿槽的裂縫埋設(shè)灌漿盒，鑿槽的埋設(shè)灌漿嘴。灌漿嘴按裂縫走向設(shè)置，間距300mm左右。每條裂縫上必須設(shè)置進漿、排氣或出漿漿嘴。灌漿盒埋設(shè)時先在其底盤上抹一層環(huán)氧膠泥，后騎縫粘貼在預(yù)定位置上。注漿嘴埋設(shè)時先在預(yù)定位置鉆孔，設(shè)置灌漿嘴后用環(huán)氧膠泥封閉其底部四周。環(huán)氧膠泥配合比(重量比):環(huán)氧樹脂：鄰苯二甲酸二丁脂：乙二胺：水泥=100：(10～12):(6～8):(200～300)。③封縫：先用丙酮清理裂縫兩側(cè)，并沿縫敷設(shè)少許棉線，以利于漿液的滲透，再沿縫兩側(cè)涂一層環(huán)氧基液、最后抹一層寬40mm左右的環(huán)氧膠泥封縫，抹膠泥時應(yīng)防止小孔氣泡，使其平整、密封。環(huán)氧基液配合比(重量比)：環(huán)氧樹脂：鄰苯二甲酸二丁脂：乙二胺 100:(10～20):(6～8)。④檢查封縫質(zhì)量：封縫膠泥固化后即可進行壓氣試漏。在封縫膠泥處涂刷肥皂水，從進漿嘴壓入壓縮空氣(壓力與灌漿壓力相同)。觀察是否有氣泡出現(xiàn)，如有漏氣，用膠泥修補，至無氣泡出現(xiàn)。⑤灌漿：用手壓泵將配制好的漿液沿裂縫由下而上，由一端向另一端壓入,進漿后注意觀察。當漿液從底部被壓到上部時，上部灌漿嘴中會有漿液流出,說明裂縫已被漿液灌滿。穩(wěn)壓數(shù)分鐘后,關(guān)閉進漿嘴上的閥門。漿液的滲透深度取決于裂縫的毛細作用和灌漿壓力。但灌漿壓力過大可能使混凝土構(gòu)件產(chǎn)生新的劈裂裂縫。灌漿壓力常用0.2～0.4MPa。⑥裂縫處理完成后可采用超聲波對混凝土裂縫修補效果進行檢測。

3.3 新增承臺施工要求

錨桿靜壓樁基施工要提前預(yù)埋好錨桿，錨桿是保證能有效將上部結(jié)構(gòu)自重轉(zhuǎn)化為壓樁力的關(guān)鍵構(gòu)件，錨桿的埋設(shè)是否牢靠是保證壓樁能順利進行的關(guān)鍵。錨桿一般設(shè)4根，錨桿直徑需根據(jù)最大壓樁力，按軸心受拉計算確定。

需根據(jù)基礎(chǔ)加固設(shè)計中補樁的位置預(yù)留好樁位孔。樁位孔留400mmx400mm，需保證孔位的垂直度，否則將影響后期沉樁的傾斜度和達到預(yù)期的樁的入土深度。

3.4 靜壓沉樁技術(shù)

①沉樁時樁機定位應(yīng)準確、平穩(wěn)，保證在施工中不會發(fā)生傾斜、移動。

②固定樁機位或沉樁施工時，不得對原有結(jié)構(gòu)造成破壞。

③靜壓法施工沉樁速度不宜大于1m/min。基樁施工時應(yīng)對相鄰基樁進行水平、豎向位移監(jiān)測。

④下節(jié)樁的接頭處宜設(shè)置導(dǎo)向箍或其他導(dǎo)向措施。接樁時，上下節(jié)樁段應(yīng)保持順直，錯位不超過2mm;逐節(jié)接樁時，節(jié)點彎曲矢高不得大于1/1000樁長，且不得大于20mm。手工焊接時宜先在坡口四周上對稱點焊4點～6點，待上、下節(jié)樁固定后拆除導(dǎo)向箍再分層焊接，焊接宜對稱進行。焊接層數(shù)不得少于2層，內(nèi)層焊渣必須清理干凈后方能施焊外層，焊縫應(yīng)飽滿連續(xù)。接頭焊好后應(yīng)進行外觀檢查，檢查合格后必須經(jīng)自然冷卻6min，方可繼續(xù)沉樁。

⑤穩(wěn)壓時間應(yīng)符合下列規(guī)定:終壓力不大于 1500kN 時穩(wěn)壓時間不宜大于 5s。

⑥觀測中每次沉降以0.04mm/d為穩(wěn)定標準。若施工過程中沉降大于2.0mm/d 則應(yīng)應(yīng)立即停止沉樁施工并采取相應(yīng)應(yīng)急保護措施。

⑦樁基施工壓樁時應(yīng)以“壓樁力控制為主，樁長控制為輔”?！胺侄翁?，先中間后四周，避免集中于某一區(qū)域”的施工順序。

⑧沉樁施工完畢經(jīng)檢測合格后，需及時對樁頭加以封閉。樁與承臺間50mm空隙采用細石早強膨脹混凝土澆筑，這樣就使壓入的樁能夠承擔建筑物荷載或者與原有地基基礎(chǔ)共同承受建筑物的荷載,從而達到提高基礎(chǔ)承載能力的目的。

4 結(jié)束語

本案例工程總共增加220根樁，60個承臺進行了增高加寬處理。沉樁施工也較順利，通過靜載試驗確定樁基承載力達到設(shè)計要求。地基基礎(chǔ)加固處理完畢后，后期沉降觀測顯示，基礎(chǔ)沉降已基本穩(wěn)定，承臺及上部結(jié)構(gòu)也未出現(xiàn)新的裂縫。對既有建筑基礎(chǔ)的加固歷來都是結(jié)構(gòu)工程的難點，對于單個工程來講它又是重點，俗話說萬丈高樓從地起，做任何事都要打好基礎(chǔ)，所以說我們建設(shè)領(lǐng)域的同仁們對基礎(chǔ)加固工作需引起足夠的重視。在基礎(chǔ)加固處理過程中，需根據(jù)工程本身的結(jié)構(gòu)特點、現(xiàn)有狀態(tài)、工程病害情況、工程所處的具體環(huán)境、地質(zhì)特點、當?shù)亟ㄔO(shè)經(jīng)驗等因素綜合選擇適宜的基礎(chǔ)加固設(shè)計方案。同時還需要參建各單位密切配合，根據(jù)工程進展動態(tài)協(xié)作，最終才能達到我們共同的目標。