联合加固法处理软土地基建筑物的不均匀沉降

广西建工集团有限责任公司 南宁 530012

1 工程概况

南宁吴圩机场新航站区运行指挥中心楼，为地上2层的框架结构建筑，底层层高4.2 m，呈规则的长方形布置。场地地层自上而下可分为：①素填土、②耕土、③硬塑状粉质黏土(局部无该层土质)、④含黏土角砾。本工程采用独立柱基础，持力层为硬塑状粉质黏土或含黏土角砾层，其表面位于室外地坪-3.4～-4.9 m。工程主体于2014年5月完工后进入装修阶段时发现，该楼①～⑥轴构件出现不同程度的裂缝，主要表现为上部混凝土结构构件出现严重拉裂和剪切破坏，填充墙出现45°的阶梯形裂缝，危及结构安全使用。经分析认为，由于地质有一倾斜的地层断裂带，在①～⑥轴基础开挖过程中出现误判，故确定为上部结构裂缝主要是由于基础不均匀沉降所导致[1,2]。

2 地基加固方案选型

针对本工程出现的裂缝和不均匀沉降现象，加固处理的思路为：先处理地基，以控制地基的继续沉降，后对上部结构出现的裂缝进行封闭处理。具体的加固方案考虑以下因素：

1）场地条件。本工程主体已封顶，层高为4.2 m，能满足相关钻孔设备的要求。但在入口大厅4/A轴及6/A轴处，因已悬挂大幅LED告示牌，空间上无法安装反力压桩装置，故此两处独立桩基础无法采用锚杆静压桩和钻孔灌注桩加固。其余大部分房间已布设有电缆和设备，且部分设备为一次性安装固定，不允许再次移动。如采用压力灌浆补强，施工对原有地基及房内设备扰动极大，给工程运营带来安全隐患。

2）工期方面。该工程工期紧张，根据业主的要求，加固施工期间应不影响后续的装修作业，加固工期为20 d。

3）地质条件。地质勘探报告显示，所要求加固的地层为硬塑状粉质黏土层及黏土角砾层。其各参数显示，如果采用压力灌浆加固，因高压水泥浆液沿裂隙流入土体，而对于硬塑状粉质黏土层及黏土角砾层，其在土体中的混凝土流向不明确，不易确定其加固效果。

4）各工艺对比。因压力灌浆法优点是设备轻便、移动操作方便，但施工会对原有地基及房内设备产生极大扰动；钻孔灌注桩优点是对原有地基没有干扰，但设备较大、移动不便，且外钢筋笼吊装也十分困难，空间上限制较多，成桩泥浆也不利于文明施工及环境保护；锚杆静压桩施工工艺设备简单、操作方便、适应狭小空间要求，降低了对原有地基及结构的扰动。

综合上述各影响因素，对建筑物地基的加固可采用压力灌浆补强和锚杆静压桩2种方案的结合。即仅对4/A轴及6/A轴基础采用压力灌浆补强。其余均采用锚杆静压桩进行基础加固。

因南宁市场上无现成的250 mm×250 mm预制混凝土方桩，而现浇制作的混凝土方桩强度须达到设计强度等级C20，在工期上满足不了要求。结合实际情况，本次的锚杆静压桩加固决定采用镀锌钢管静压桩并配合地基注浆的加固方式，同时采用开口钢管桩减少挤土量，降低了对原有地基及结构的扰动。两者以钢管静压桩为主，地基注浆为辅，地基注浆既能辅助提高地基承载力，减小沉降变形，又能对钢管桩本体起到保护作用，延长其使用寿命。

3 加固施工

3.1 灌浆加固

3.1.1 灌浆加固机理

以一定的液压将水泥和化学浆通过双液管注入土中，并使之迅速凝固，同时对软土进行割裂、扩散挤压和充填，并伴随一定的物理化学作用，一方面促使浆体在软土中形成脉状充填；另一方面又使软土产生压缩和脱水固结，从而达到加固的目的。

3.1.2 灌浆加固工艺流程

制浆→成孔下管→液压注浆→割裂→挤压与充填→固结

3.1.3 施工过程控制

1）灌浆孔的布置：对4/A轴及6/A轴独立基础的四周均匀布置4个孔，加固深度4.0～10.5m，深孔底部进入含黏土角砾层。注浆采用低压、慢灌、多量工艺，以便注入较多的浆体。

2）重复注浆：在软土较厚的孔段，为增强注浆效果，往往在第1次注浆中，使之在一定浆压作用的范围内形成1道不规则的帷幕，再冲洗灌浆孔进行二次注浆，使浆液充分而有效地充填。

3）采用先下后上分层注浆：即成孔后注浆管下落至孔底，并由孔底开始注浆，而后边注浆边上拔灌浆管，使浆液从孔底开始扩散，以利于加固软土。

4）注浆材料为P.O 42.5水泥、水、早强剂等。水泥浆的水灰比取1.5、1.0、0.5三个等级，并按水泥用量的0.3%～0.5%加入早强剂，依据灌浆总量和流量控制，先少加，后多加。浆液的搅拌时间不低于5 min。不同地层的凝结时间可调节，同时具备高强、止水效果。

5）注浆压力控制在0.2～0.5 MPa，注浆流量控制在7～10 L/min。按水灰比由稀到浓分级灌注，当某一级水灰比的浆液注入量达到或超过200 L，其注浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，加浓一级浆液稠度，当注入率大于20 L/min时，则越级加浓，以此类推，直至灌浆结束。当某段注浆量超过相近部位1～1.5倍时，应停止注浆，间歇数小时后再注，以防止浆液扩到加固部位以外。

6）注浆压力不小于1 MPa时，注浆率少于1 L/min，持续20～30 min；单孔注浆量已达到平均注浆量的1.5～2倍，且进浆量明显减少；地表冒浆且封堵无效。

7）拔出注浆管，封堵注浆孔，防止浆液流失。

3.2 锚杆静压桩

3.2.1 锚杆静压桩加固机理

利用建筑物的承重柱重力作为反力，通过液（油）压设备，把预制钢管桩分节压入土中，上下节桩接驳用预埋角铁焊接。压桩由液压控制，当压力达设计荷载并基本满足计划桩长要求时终桩，终桩时的单桩承载力可直接从压桩设备的仪表中反映出来。终桩后将压入桩的桩头与原基础上后植钢筋焊接，并浇筑混凝土承台与基础连为一体，从而将上部结构的荷载通过桩直接传递到坚硬土层。

3.2.2 主要参数

采用镀锌钢管静压桩并配合地基注浆的加固方式，在钢管桩侧壁预先钻孔，桩体静压到位后，进行压力注浆，最后封桩。镀锌钢管内径为100 mm，外径为114 mm，材质Q235，每段桩长为2 m。接桩采用对接焊方式，并对焊接部位进行局部加强处理。在钢管桩侧壁钻孔，直径取3～6 mm，间距400～500 mm，梅花形布置，为防止压桩时孔眼堵塞，采用电工胶布包裹[3-5]。

地基注浆采用P.O 42.5水泥拌制。基础上锚杆静压桩的布置如图1所示。

图1 基础上锚杆静压桩的布置示意

3.2.3 主要工艺流程

我们通过设置分配梁与其承台连结，并将压桩架固定在分配梁上来解决压桩反力的问题。

压桩工艺流程为：测放桩位→开凿或预留压桩孔→钻锚杆孔→熬制硫磺胶泥、锚杆加工制作、埋设锚杆→安装反力架→起吊桩段就位校正→压桩→深度及压力值记录→下节桩就位、校正→熬制硫磺胶泥、接桩→压桩→压桩至设计要求→最终深度及压桩力验收→拆除反力架→移至下一桩位。

封桩工艺为：切割桩头至设计标高→清理桩孔→（有桩帽梁时焊交叉钢筋→立模板）→拌制微膨胀早强混凝土 →浇筑混凝土→封桩结束。

3.2.4 施工过程控制

1）锚杆施工：

（1）制作：锚杆后成孔埋设，采用粗螺栓植筋。根据单桩竖向承载力的大小确定锚杆的数量和型号，其具体构造要求如图2所示。

（2）埋设：锚杆的锚固深度一般为10～12倍螺栓直径且不小于300 mm。

（3）锚固：采用风动凿岩机在原有基础上预先成孔，确保锚杆孔内清洁干燥后下锚，并在锚杆孔内植筋。

图2 锚杆孔口结构布置示意

2）安装反力架：锚杆四周的混凝土进行找平，以利于反力架安装。反力架的安装必须垂直、稳固，应均衡拧紧锚固螺栓的螺帽，在压桩过程中要随时拧紧松动的螺帽。

3）桩段就位：桩段就位前要先将桩孔内的杂物清除干净，桩段就位必须保持垂直，尤其是第1节桩的垂直度，须使千斤顶、桩段及压桩孔轴线重合，防止发生偏心加压，桩身垂直度可用线锤进行检查和校正。

4）压桩：

（1）压桩时，桩顶可垫厚3～4 cm的木板或多层麻袋，套上钢桩帽后再进行压桩。

（2）压桩施工时不宜数台压桩机同时在一个独立柱基上施工。施工期间的压桩力总和不得超过该基础及上部结构所能发挥的自重，防止基础承台结构破坏。

（3）整根桩应一次连续压到设计标高，不得中途停顿，以免土体固结超静水压力消散，引起摩阻力剧增，如必须中途停顿时，桩尖应停留在软土层中，且停歇时间不宜超过24 h。如遇压力急剧增加，可能遇到地下障碍物或压入较硬土层，这时液压系统可采用稍压入、持荷、再压入、再持荷的方式，直至达到设计深度或承载力。

（4）本次加固的预估桩长为15 m，压桩由液压控制，压桩荷载控制在45～55 MPa之间，当桩压至预定深度并达到设计贯入度之压力时，其沉降控制标准为：压桩荷载保持50 MPa，每隔5 min冲击1次，共冲击3次，下沉量≤3 mm，并需稳定1 h，做好记录，最终允许下沉量≤1 mm。

（5）根据实际情随时调整桩段的长度搭配，尽量避免截桩。压桩施工的控制标准，应以设计最终压桩力为主，桩入土深度为辅。

5）接桩：本工程为钢管桩，采用电焊接桩，焊接时调整桩的垂直度，保证桩上下节垂直度满足规范要求，对焊接部位还要进行加强处理。

6）封桩：封桩施工是压桩过程中的一个重要环节，是封桩后锚杆桩能否发挥作用的关键。

（1）切割桩头。封桩前，桩顶标高应符合设计要求，桩头应伸入桩基承台50～100 mm。

（2）清理桩孔。封桩前，对压桩孔进行认真检查，必须清除干净压桩孔内的杂物和积水。

（3）焊接交叉钢筋。为加强桩和承台的连接，尤其当原有基础底板厚度小于350 mm时，应用2φ16 mm钢筋交叉焊接于锚杆上，在浇筑压桩孔混凝土时，在桩孔顶面以上浇筑桩帽，厚度不得小于150 mm。

（4）浇筑混凝土封桩。封桩一般采用C35微膨胀早强混凝土浇筑密实，以使桩与桩基承台形成一个整体。

7）注浆：注浆过程及控制重点与压力灌浆法相似。

4 质量控制

1）注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力要严格控制，须由专人操作。当压力突然上升或从孔壁溢浆时，应立即停止注浆，每段注浆量应严格按设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。

2）控制好桩位及桩的垂直度，要求桩位平面偏差不得超过±20 mm，桩段垂直度偏差不得大于桩段长的1%。

3）施工时应根据设计要求或已压桩的压桩力情况，随时调整桩段的长度搭配，尽量避免截桩。压桩施工的控制标准，应以设计最终压桩力为主，桩入土深度为辅，如遇异常情况，应向设计人员反映，及时采取对策。

4）在整个施工过程中，严格按照现行国家规范加强建筑物的监测工作，防止工程事故和环境事故发生。

5 结语

因本工程实际情况特殊，采用了压力灌浆加固法和锚杆静压桩2种加固方法的结合，快速而又有效地实现了地基基础加固。完成加固施工后，对该建筑进行了1年共5次的沉降观测工作，观测结果表明，加固后的该建筑地基的沉降完全得到控制，且构件均未出现新的裂缝。表明本建筑的地基加固效果良好，为房屋的使用提供了安全保障，对类似条件的工程具有一定的借鉴意义[6]。