傅吉續(xù) 秦 浩

（1.濟(jì)寧祥城建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東 濟(jì)寧 272400；2.山東建筑大學(xué)工程鑒定加固研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

城鎮(zhèn)化進(jìn)程下我國(guó)修建了大量的住宅和商業(yè)建筑，建筑的形體和結(jié)構(gòu)形式也日趨復(fù)雜，這對(duì)于地基變形的要求也日益嚴(yán)格。修建在軟土地基上的建筑工程受到地基處理設(shè)計(jì)失誤、勘察不詳盡、巖土力學(xué)性質(zhì)差、施工管理不善等因素的影響，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中極易引發(fā)結(jié)構(gòu)的不均勻沉降和地基大沉降，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的開(kāi)裂甚至傾斜，直接影響結(jié)構(gòu)安全性和正常使用功能，因此，需要對(duì)建筑進(jìn)行糾偏和加固，以控制裂縫和傾斜的進(jìn)一步發(fā)展，回復(fù)傾斜率到規(guī)范允許范圍內(nèi)。軟土地基自身具有大孔隙比、高天然含水量、高壓縮性和高靈敏度的特性，在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下產(chǎn)生地基局部剪切破壞、地基失穩(wěn)、整體擾動(dòng)等不良現(xiàn)象，在這種情況下需要對(duì)地基進(jìn)行地基承載力加固，以避免建筑物發(fā)生失穩(wěn)破壞[1-2]。建筑物的加固糾偏是一種相當(dāng)復(fù)雜的特種技術(shù)，目前，既有建筑物的地基加固和糾偏方法眾多，應(yīng)用較為廣泛的有擴(kuò)大基礎(chǔ)法、注漿加固法、頂升糾偏法、壓樁掏土糾偏法、樁基加固法等。其中，錨桿靜壓樁法作為樁基加固法的一種，其施工工藝結(jié)合了錨桿和靜力壓樁工藝，在自重大的建筑物沉降控制和糾偏中應(yīng)用較為廣泛[3]。受到施工能力和施工設(shè)備的限制，錨桿靜壓樁使用直徑較小且樁長(zhǎng)較短，其壓樁噸位不足，有關(guān)大直徑錨桿靜壓樁用于高層既有建筑基礎(chǔ)加固糾偏的應(yīng)用報(bào)道較少[4-5]。

1 工程概況

山東省濟(jì)寧市某既有高層建筑工程為23層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓，建筑面積為12169m2，設(shè)地下結(jié)構(gòu)1層，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，場(chǎng)地特征周期為0.35s，建筑物于2020 年10 月完工進(jìn)入使用階段?；A(chǔ)采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁+筏板基礎(chǔ)的聯(lián)合基礎(chǔ)形式，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁的直徑為600mm，樁長(zhǎng)為15.5m，數(shù)量為116 根，單樁承載力特征值為4500kN，主要設(shè)置于結(jié)構(gòu)承重柱下方，樁端持力層為⑥粉質(zhì)黏土夾粉土層，筏板厚度為800mm，局部厚度900mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，建筑地下室筏板及預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁平面布置如圖1所示。

圖1 建筑地下室筏板及預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁平面布置/mm

場(chǎng)區(qū)地基以黏性土和細(xì)砂、中砂為主，存在2 層抗剪強(qiáng)度較低的軟土層，分別為②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)黏土，建筑地基土的巖土工程地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表1 場(chǎng)區(qū)地基土的物理力學(xué)參數(shù)

2 地基不均勻沉降分析

建筑物在2022 年3 月出現(xiàn)較為明顯的傾斜現(xiàn)象，為了更為詳細(xì)地了解建筑物的傾斜狀況和沉降發(fā)展規(guī)律，在建筑結(jié)構(gòu)周邊布置15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)持續(xù)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)編號(hào)為S1～S15，監(jiān)測(cè)時(shí)間從2022 年3 月5 日持續(xù)至2022年4月15日，監(jiān)測(cè)最終得到位移沉降值分布如圖2所示。結(jié)果表明，建筑物的沉降總體上呈現(xiàn)西側(cè)小、東側(cè)大的變化規(guī)律，最大沉降位移發(fā)生在S9監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沉降值為32.47mm，最小沉降位移發(fā)生在S3監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沉降值為7.89mm；建筑整體向西北方向傾斜，向西傾斜斜率為0.65‰，向北傾斜斜率為0.98‰，尚且小于規(guī)范中有關(guān)傾斜斜率不超過(guò)2.5‰的限值要求。建筑物的沉降速率較大，對(duì)比臨近正常無(wú)不均勻沉降的樓棟，兩者的沉降變形曲線如圖3所示。從圖3可以看出，傾斜樓棟的沉降速率最大達(dá)到0.54mm/d，超過(guò)了規(guī)范中的最大允許沉降速率0.40mm/d 的要求，且其沉降曲線無(wú)明顯的收斂趨勢(shì)，而正常樓棟的沉降值在16d 后趨于收斂，收斂值約為6.5mm，遠(yuǎn)小于傾斜樓棟的最大沉降位移32.47mm。因此，為了避免建筑物的沉降進(jìn)一步加劇，引發(fā)建筑傾斜超標(biāo)、地下室開(kāi)裂漏水、上部結(jié)構(gòu)裂縫等事故，有必要對(duì)建筑物的地基進(jìn)行加固，對(duì)建筑物進(jìn)行糾偏。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置/mm

圖3 傾斜樓棟與正常樓棟的沉降時(shí)程曲線對(duì)比

總體分析場(chǎng)地的地質(zhì)條件容易發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)區(qū)普遍分布2層相對(duì)較厚的軟土，分別為②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②2淤泥質(zhì)黏土，且這兩層軟土的分布厚度存在顯著的差異，表現(xiàn)為東邊厚、西邊薄，給樁基承載力的不足帶來(lái)了明顯的隱患。此外，2層軟土在預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁打樁過(guò)程中，極易受到振動(dòng)擾動(dòng)，使得土體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，出現(xiàn)大變形和地基承載力受損的情況，在建筑結(jié)構(gòu)自重作用下逐步出現(xiàn)塑性大變形[6]。

3 大直徑錨桿靜壓鋼管樁加固和糾偏方案

綜合現(xiàn)有的地基沉降變形、建筑傾斜、結(jié)構(gòu)荷載分布情況，確定采用錨桿靜壓管樁加固和糾偏方案，以加強(qiáng)軟土地基承載力不足的需求[7-8]。施工方案為在地基沉降變形較大的一側(cè)采用直徑426mm、厚度14mm的大直徑錨桿靜壓鋼管進(jìn)行補(bǔ)樁，鋼管材料強(qiáng)度為Q345B，補(bǔ)樁長(zhǎng)度為21.5m，以⑦中砂為樁底持力層，鋼管樁內(nèi)部可以填充C30 素混凝土以提高其剛度，以新補(bǔ)充的鋼管樁承擔(dān)上部荷載，考慮到地下室的高度要求，補(bǔ)充鋼管樁節(jié)段式壓入，每節(jié)段長(zhǎng)度控制在2m 左右，而在沉降量較小的一側(cè)則采用普通壓縮材料封樁的方式進(jìn)行糾偏，并在該側(cè)通氣加壓和膨潤(rùn)土注漿迫沉等措施控制施工中的不均勻沉降。

樁基礎(chǔ)的承載力是評(píng)價(jià)加固效果的重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)基礎(chǔ)工后沉降的重要前提[9]。為了保證大直徑錨桿靜壓鋼管樁的承載力要求，首先施工2根鋼管樁作為試樁，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試其荷載-沉降曲線，以獲得大直徑錨桿靜壓鋼管樁的極限承載力和單樁承載力特征值，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，2根鋼管樁的荷載-沉降曲線變化規(guī)律基本一致，在荷載4600kN 之前，荷載與沉降的變形關(guān)系接近為線性，而在5800kN以后其沉降速度變大。為此，判斷大直徑錨桿靜壓鋼管樁的單樁極限承載力均達(dá)到了5800kN，單樁承載力特征值不小于2900kN。

圖4 大直徑錨桿靜壓鋼管樁試樁曲線

4 基于現(xiàn)場(chǎng)沉降變形監(jiān)測(cè)的大直徑錨桿靜壓鋼管樁加固效果分析

為了驗(yàn)證大直徑錨桿靜壓鋼管樁的加固效果，基于施工全信息化監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)加固期間和加固完成后的建筑物沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)[10]。選取圖2中的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)S9 和S3 進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，采用大直徑錨桿靜壓鋼管樁后，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)S9和S3 的沉降值變化規(guī)律基本一致，呈現(xiàn)單調(diào)非線性增加并趨于收斂的趨勢(shì)，在加固階段（20d 內(nèi)），建筑角點(diǎn)的沉降呈現(xiàn)非線性增加的趨勢(shì)，而在加固后階段（20d 以后），建筑角點(diǎn)的沉降值呈現(xiàn)收斂趨勢(shì)，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)S9的沉降收斂值為11.79mm，監(jiān)測(cè)點(diǎn)S3 的沉降收斂值為27.57mm，有效調(diào)整了加固前的不均勻沉降，達(dá)到了加固糾偏的目的。

圖5 大直徑錨桿靜壓鋼管樁加固糾偏后建筑角點(diǎn)沉降

5 結(jié)語(yǔ)

以山東省濟(jì)寧市某既有高層建筑工程為研究對(duì)象，在分析基礎(chǔ)不均勻沉降原因的基礎(chǔ)上，確定大直徑錨桿靜壓鋼管樁加固和糾偏方案，并運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法對(duì)加固和糾偏后的地基進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，分析建筑加固糾偏效果，得到以下結(jié)論：

（1）建筑物的沉降總體上呈現(xiàn)西側(cè)小、東側(cè)大的變化規(guī)律，最大沉降值為32.47mm，沉降速率最大達(dá)到0.54mm/d，產(chǎn)生原因主要為2層軟土的分布厚度存在顯著差異，表現(xiàn)為東邊厚、西邊薄，且管樁施工振動(dòng)導(dǎo)致土體強(qiáng)度受到擾動(dòng)。

（2）確定在地基沉降變形較大的一側(cè)采用大直徑錨桿靜壓鋼管進(jìn)行補(bǔ)樁，鋼管材料強(qiáng)度為Q345B，補(bǔ)樁長(zhǎng)度為21.5m，在沉降量較小的一側(cè)則采用普通壓縮材料封樁的方式進(jìn)行糾偏。試樁表明，大直徑錨桿靜壓鋼管的單樁極限承載力均達(dá)到了5800kN，單樁承載力特征值不小于2900kN。

（3）采用大直徑錨桿靜壓鋼管樁后，建筑沉降曲線呈現(xiàn)單調(diào)非線性增加并趨于收斂的趨勢(shì)，其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)S9 的沉降收斂值為11.79mm，監(jiān)測(cè)點(diǎn)S3 的沉降收斂值為27.57mm，有效調(diào)整了加固前的不均勻沉降，達(dá)到了加固糾偏的目的。