兰州市某小区大厚度填土地基基础加固选型研究

2017-01-09谢昭雪代海桥张海峰

甘肃科技 2016年23期

关键词：力层持力基桩

谢昭雪,代海桥,张海峰

（1.甘肃省建筑设计研究院,甘肃兰州 730030;2.甘肃省建设投资（控股）集团总公司，甘肃兰州 730030）

兰州市某小区大厚度填土地基基础加固选型研究

谢昭雪1,代海桥2,张海峰1

（1.甘肃省建筑设计研究院,甘肃兰州 730030;2.甘肃省建设投资（控股）集团总公司，甘肃兰州 730030）

某小区位于兰州市九州开发区，该区域存在大范围的大厚度填土地基，由于种种原因，该区域的早期建筑物桩基普遍未达到基础持力层，在使用过程中出现较大的不均匀沉降。针对该区域填土地基的实际情况，提出不同的地基基础加固方案，并对其进行适应性分析、研究，比选出较为合理的地基基础加固方案。

大厚度填土地基;地基基础;加固

近年来，我国房地产行业已经成为国民经济的支柱产业之一［1］，随着土木工程行业的迅猛发展，国内外高层建筑、大型交通设施项目大量兴起，引起基础工程领域新理论、新的基础形式及新的施工技术不断涌现［2］，各种地质条件下的基础工程建设均取得了巨大的成就。

伴随着大规模的工程建设，各种工程地质问题不断涌现，其最常见的表现形式即为建筑物的不均匀沉降，在考虑到技术经济后，对一些存在不均匀沉降问题的建筑物采取一些加固措施是必要的，而且是经济合理的，在技术上是可行的。通常，地基基础加固方式主要为提高地基承载力及增大基础接触面积两种。本文通过对该区域大厚度填土地质条件下的不同加固方式的初步研究，为地基基础加固提供合理的方案。

1 概况

1.1 工程概况

兰州市九州某工程为住宅楼，七层框架结构，无地下室。该建筑于2006年8月完成设计，2007年竣工。根据原设计图纸，该建筑采用现浇钢筋混凝土框架结构，基础采用机械成孔灌注桩基础，持力层为中风化砂岩，桩端扩大头进入持力层深度不小于1.5d。

该住宅楼建成后在使用过程中于2014年1～13轴、A～D轴区域发生了部分墙体开裂、基础下沉等现象，通过对该建筑物的安全性鉴定，其主要原因是建筑物桩长不足，施工时未达到持力层。

加固设计时，为弥补基桩承载力不足，结合建筑物的特点，在建筑物原有基桩周边另布置一定数量的基桩，再利用承台转换梁结构对建筑物进行竖向加固，从而达到弥补原施工时桩长不足的缺陷的目的。

1.2 地质概况

根据地质勘察报告及后期地质鉴定工作，该区域地质情况如下：

1）素填土层：厚度从冲沟斜坡至沟底逐渐变厚，为17.70～37.20m。以粉土为主，含大量砂岩、泥岩碎块，土质均匀性较差，局部存在空洞现象，洞径最大1.5m，稍湿，稍密-中密。

2）强风化砂岩层：埋深从冲沟斜坡至沟底逐渐变深，为17.70～37.20m，厚度0.60～3.50m。棕红色，主要矿物成份为石英、长石、石膏，泥钙质胶结，粗粒结构，局部含少量砾粒或变为砂质泥岩，为极软岩，较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，强风化状。

3）中等风化砂岩：埋深从冲沟斜坡至沟底逐渐变深，为19.50～39.60m，勘察厚度1.40～8.00m。棕红色，主要矿物成份为石英、长石、石膏，泥钙质胶结，粗粒结构，局部含少量砾粒或变为砂质泥岩，为软岩，较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级，呈中等风化状。

2 加固方案

该区域的地质难点在于大厚度的回填土，且物理性质极不均匀，局部存在空洞现象。通过调阅资料及现场检查，该楼采用桩基础形式，设计以中风化砂岩层为桩基础持力层。但实际的情况是该区域存在大范围的回填砂岩，局部块径达10m以上，在早期的勘察中，钻孔中的物质与原状砂岩别无二致，勘察成果认识上存在偏差，造成该区域桩基础实际未达到持力层，个别桩座落在较大的回填砂岩块上。该区域普遍桩长在20～25m，但回填砂岩深度甚至超过40m。在基础荷载的长期作用下，回填土层逐渐被压缩，产生固结沉降，由于其密实度的不均匀性，其压缩沉降量不一。

基于上述地基基础的不均匀沉降的认识，加固的对象为基础持力层范围内的岩土层，包括转身范围及桩端范围，由此，加固的重点主要针对于桩身岩土层或桩端沿途层。根据实际情况拟定加固方案如下：

2.1 桩侧加固

该方法主要通过加固桩身周围的岩土层密实度，使桩身的摩阻力增大，类似于在地层表面一定深度范围内形成硬壳层，从而提高基桩承载力的目的。具体实施起来以旋喷桩为主要加固方式，该加固方式一方面切割现有岩土层，另一方面填充回填土层内的空洞，使之密实、固结，从而增大与桩身之间的摩阻力。

针对原基桩可能未达持力层，且桩身处土层为欠固结土，承载力不足，首先不改变结构的传力路径及受力机制，利用原有基桩，使桩身范围内的欠固结回填土层固结、增强桩身与周围岩土间的摩阻力，从而使桩基承载力提升，达到加固的目的。旋喷桩加固的主要思路是在地表层15m深度范围内布置旋喷桩，利用高压将浆液喷射到周围的土里，使之硬化，另外在桩身周边有针对性的多布置旋喷桩使之侧摩阻力增大。

经软件计算，在标准荷载组合下，单桩最大荷载约2000kN，若能提高侧摩阻力将可以有效提高桩基承载力。通过实施旋喷桩使地表可以形成硬壳层，从而达到加固的目的，如图1、2所示。

图1 旋喷桩加固示意图

图2 转换加固示意图

2.2 桩端加固

补强基桩桩端承载力，该种加固方式立足于增强现有基桩的桩端承载力。在实施加固的过程中，一方面检查基桩的持力层；另一方面实施加固。

具体施工时，在原有基桩侧面沿桩身人工挖孔至桩端，桩孔开挖时同时进行护壁，至桩端，如该桩已达持力层，可即时予以回填。如该桩尚未达持力层，则继续开挖至持力层，在新开挖的桩孔中下放钢筋笼、浇筑混凝土，同时使原基桩桩端部分位于新浇筑桩基之上，形成新的桩基结构，桩基荷载通过原基桩及新桩重新传至持力层之上。通过在原有桩身植筋、灌注桩孔，以形成新的桩基结构，从而达到提高桩端承载力的目的。

2.3 转换

转换层设计采用梁式转换。该种加固方式在于改变原有结构的传力路线，把原有的基础与结构层打断，主要受力构件为新做基桩，原有基桩仅作为结构的承载力储备。由于该楼原结构设计为单柱单桩，在拟定加固方案时，考虑到由于桩基未达到持力层，受力模型为摩擦桩，由于桩周土体为欠固结土，加固设计时首先应打断原结构与原有桩基的联系，以免原桩基浸水下沉时对现有结构有下拉作用。具体又有如下两种工程实践：

1）钢筋混凝土桩基础。原有结构荷载通过转换层传递至钢筋混凝土桩基础上，由于施工空间受限，主要采取人工挖孔灌注桩，桩基施工同时进行护壁，桩长约40m，桩径不受限制，可根据计算而定。

2）钢管桩基础。桩基础采用钢管桩，由于施工空间的限制，施工时可采用跟管钻机成孔，并以钢管桩代替施工套管，达到设计深度时，钢管内灌细石混凝土。

3 方案难点

加固设计的目的在于保证现有结构不变的情况下，对基础承载力不足的部分予以增强，使之可以正常承载而不出现超过允许的不均匀沉降。

该项目的加固难点在于地基持力层较深，且回填土极不均匀，是欠固结土与密实回填土块的混合物，甚至局部存在空洞现象。采取的加固方案不仅要技术可行，更要施工可行。如桩身补强（旋喷桩方案），主要的困难在于施工沉降不可控；基桩桩端补强的困难在于成孔及施工过程中的基桩稳定性难以保证；转换的困难在于基桩成孔困难，需人工挖孔，在实施过程中须进行护壁，造成工期长、安全问题较为突出，机械成孔的小直径桩长细比过大，稳定性差，可能存在桩身压屈问题［3］。

4 方案的选择

在以上各方案中，最终选择转换，具体采用人工挖孔灌注桩，实施过程中采取护壁措施。具体可以采用人工挖孔时边挖孔边支护，每1.0～1.5m进行现浇钢筋混凝土挂壁，并设置锚固钢筋锚入周围土体，使之从上到下形成完整的挂壁支护，同时在施工中可以采用流水作业、多个桩孔同时开挖，在前根桩支护、等待凝固时，进行下一根桩孔的开挖，以此类推，提高工作效率、缩短工期。

该方案虽实施难度较大、工期过长，但安全性可以保证，对现有结构影响小、破坏小，且实施过程中可以避免施工沉降的问题，同时根据桩孔开挖的情况随时调整施工方案，以达到加固效果最佳的目的。