软土地区既有建筑物加固改造勘察实例分析

2021-06-21卓富林

福建建筑 2021年5期

卓富林

(福建省建筑设计研究院有限公司福建福州 350001)

0 引言

随着经济的发展，时代的进步，社会主义现代化不断深入推进，越来越多的旧建筑物需要进行加固改造，而在既有建筑物加固改造过程当中，地基基础问题会对其开展的加固效率和质量产生关键性的影响，岩土工程勘察数据成果为地基基础设计提供依据，在岩土勘察过程中应结合场地地质条件及地基基础的可行性采取相应的勘察方式。沿海地区软土分布广泛，因软土含水量高、强度低、灵敏度高，属于高压缩性土，对既有建筑物加固带来沉降过大或不均匀沉降等很多危害，因此查明软土的分布、性质，对地基基础工程设计及施工具有较大的意义。结合工程实例，阐述在软土地区既有建筑物加固改造中如何合理选择岩土勘察方案。

1 工程概况

1.1 既有建筑物情况

该工程位于福州市马尾区原马尾造船厂内，拟对原有1～4层钢框架车间厂房、砖混结构仓库、办公楼等进行加固改造(图1)，根据现有建筑物可靠性鉴定报告，既有建筑物主要存在上部结构整体倾斜超值、承重墙出现不均匀沉降裂缝、部分墙体及屋面板开裂渗水、钢柱及钢梁防腐措施已破坏失效等问题，综合抗震能力评定为A～B类，不满足规范要求，现有建筑物结构可靠性等级评定为Ⅲ～Ⅳ级，显著影响整体承载功能和使用安全，应采取措施，且有极少数构件必须立即采取加固措施。原建筑物基础形式为条形基础或独立基础等，如图2所示。

图1 原建筑物现状图

图2 加固改造后建筑物效果图

1.2 既有建筑物加固改造设计初步方案

既有建筑物已影响正常使用，拟对原承重结构进行截面加大加固改造，采用钢筋混凝土柱分担上部结构荷载，加固改造平面图如图3所示。

图3 加固改造平面图

新增基础拟采用条形基础，局部采用钢筋混凝土片筏基础，以压实填土作为持力层，荷载较大区域设置部分工程桩，形成桩土共同作用，新旧基础接触面进行凿毛并凿出抗剪槽，同时在接触面涂刷界面剂，新旧基础接触设计方案如图4所示。

图4 新旧基础接触剖面图

2 勘察方案

2.1 勘察重点、难点

场地西南侧与闽江相邻，河滩沉积有巨厚的淤泥、淤泥质土等软土层。软土地基受到振动或者扰动后，土体结构容易破坏，强度会大幅降低，易产生侧向滑动、沉降或基础下土破坏挤出等现象。因此，查清场地软土性质对基础设计、基础施工具有重要意义。

因既有建筑物建造年限较长，原基础设计资料不全，需查清原基础形式、埋深、持力层等重要资料，为设计、施工提供依据。

勘察场地的平面空间及施工高度有限，既有建筑物不宜承受较大施工振动，因此，需结合场地施工条件及既有建筑物现状采取相应的勘察手段。

场地邻近闽江入海口，且现有钢结构腐蚀破坏严重，需查清地下水及地下土对基础及钢结构的腐蚀性。

2.2 勘察工作布置

根据建设方及设计单位提供的建筑总平面图及地形图布置勘探点，沿建筑物周边、角点结合场地建筑总体布局进行布置，勘探点按12 m～24 m间距进行布置，安排1/3～1/2勘探点为控制性孔，且原位测试孔大于1/2[1]。

根据本工程勘察的重点、难点，在平面空间及施工高度有限场地，采用物探、静力触探、槽探等方式进行勘察；采用槽探方式查清原有基础资料；利用静力触探试验、剪切试验、固结试验、渗透试验等方式查清场地软土的工程特性；采用水质分析试验及电阻率试验查清场地水及场地土的腐蚀性。

本次勘察主要采取手段有槽探、钻探、物探、原位测试、土工试验、水质分析试验等。原位测试包括静力触探试验、标准贯入试验、动力触探试验、剪切波速试验、电阻率试验；采取岩、土试样(原状样和扰动样)，进行室内岩土的物理力学性质试验及地下水与浅层土的化学检测分析试验。

2.2.1 槽探

通过人工采用风镐、锄头、铲子等挖掘工具，对原有承重柱下基础一侧进行开槽挖至基底处，查清原基础形式、埋深、持力层等资料。

2.2.2 钻探

采用GXY-1A型钻机，采用上提活阀式单套岩芯管钻具取芯，上部填土采用跟管钻进，在钻进施工过程中全孔采用泥浆护壁。

2.2.3 物探

采用微动勘探法，微动勘探法指利用微动台阵观测技术采集天然源微动信号，并通过数据处理方法从中提取面瑞雷波频散曲线，再对其反演获得地下介质S波速度、岩土层结构的一种新型勘探方法。其优点是对原有结构物不造成损坏，属无损探测技术。

2.2.4 取样

采用上提双锥自由活塞式薄壁取土器采取原状样，对软土及一般黏性土采用静压法取样。对硬塑的黏性土，采用三重管单动回转取土器钻进取样，要求原状样达到Ⅰ级试样标准，对砂土状强风化岩扰动样采用留取标准试验贯入器带上的土样，碎块状强风化岩和中等风化岩的岩样采取金刚石钻头配合卡簧卡取的岩芯样，水试样取用经一段时间沉淀后钻孔中的水样。

2.2.5 原位测试

静力触探试验：本次试验采用双桥探头，探头面积为15 cm2，标定系数：Kqc为4.810 kPa，Kfs为0.05691 kPa。

标准贯入试验：试验采用导向杆变径自动脱钩的自动落锤装置，锤重63.5 kg，落距76 cm。测试时，先经预打15 cm，保持探杆垂直、锤击匀速进行，记录每10 cm和累计贯入30 cm的锤击数为一测点。

动力触探试验：试验采用导向杆变径自动脱钩的自动落锤装置，锤重63.5 kg，试验前均对孔底进行严格清渣，以保证贯入击数准确可靠。贯入器为圆锥型探头，试验时记录10 cm的击数作为试验的击数。

电阻率试验：本次测试采用对称四极电阻率测深，其原理如图5所示。

图5 电阻率试验原理图

A、B为供电电极，M、N为测量电极，A、B电极向地下供电，使用仪器设备测出M、N电极之间的电位差ΔUMN以及电流I。

2.2.6 土工试验

对原状土样进行一般物理性、固结试验、直接剪切试验、渗透试验，对地下水进行水质化学检测分析试验，对扰动样进行筛分试验，对岩样进行点荷载试验或抗压试验。

3 勘察数据成果

通过上述勘察手段，对勘察数据成果进行统计分析，并绘制工程地质剖面图(图6)，结合地区工程经验为设计提供地基基础设计计算参数如表1所示。

表1 地基基础设计计算参数表

图6 典型工程地质剖面图(水平比例:1∶450；垂直比例:1∶350)

对场地软土应通过调查区域资料结合勘察数据成果，确定其形成条件、应力历史、强度指标及排水条件，分析其地基均匀性、工程地质性能及稳定性[3]。

场地位于闽江入海口，地下水将受海水的影响，通过水质检测结果，场地地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性，在长期浸水环境下场地地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性，在干湿交替环境下场地地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具有中腐蚀性，对钢结构具有中腐蚀性。

通过电阻率试验，场地地下土视电阻率在21.62～227.41之间，场地地下土对钢结构具有中腐蚀性。

对该工程中相关结构物建议按国标《工业建筑防腐蚀设计标准》(GB/T50046-2018)中的相关规定，采取相应的防护措施。

4 基础加固改造方案分析

通过对场地地质条件及岩土工程性能分析，结合上部结构荷载大小、分布特征及基础施工的可行性等，该工程可实行浅基础结合工程桩进行基础加固改造。

4.1 浅基础

条形基础或片筏基础基槽开挖后，应对①杂填土进行充分夯实处理，使压实系数不小于0.94，并对其下的软弱下卧层进行强度验算，地基承载力宜通过平板载荷试验检验[2]，当下卧软弱土层强度或变形验算不足时，可采用锚杆静压桩或树根桩等措施进行地基处理[4]。

4.2 锚杆静压桩

工程部分区域加固改造工期要求紧迫，对噪音、振动、环境污染的要求较高，同时对施工场地的平面空间及施工高度的限制，可考虑采用锚杆静压桩进行加固，以③粉质黏土或⑤砂土状强风化岩作为持力层，桩基形式可采用PHC管桩或钢筋混凝土方桩。

每根桩均应连续施工，不宜停顿，接桩时间应尽量缩短，桩长以最终压桩力和桩底标高相结合进行控制。桩基施工应考虑“挤土效应”，控制沉桩速率，减少挤土作用，建议采取设置防挤沟、消挤孔等有效措施。对于多节桩，应保证桩基连接强度，严格控制桩的垂直度。桩基施工过程中，应对邻近建筑物、地下管线、道路、桩身偏移和上浮等进行监测。

4.3 树根桩

该工程部分区域既有建筑物已出现裂缝、不均匀沉降等问题，采用树根桩进行加固不会使原有的地基土应力状态恶化，对既有建筑物影响极小。树根桩桩径可选300 mm左右，采用工程钻机进行套管跟进成孔，以③粉质黏土或⑤砂土状强风化岩作为持力层。

该桩成孔时将产生较多泥浆，应采取措施保护原有地基基础不受浸泡，可采取地面硬化、集水池等措施。

4.4 桩基静载试验

基础施工前，在现场不同区域对锚杆静压桩、树根桩分别施工试验桩3根，以粉质黏土作为持力层，在最大试验荷载500 kN压力下，锚杆静压桩产生的最大沉降量分别为10.12 mm、12.62 mm、13.28 mm，树根桩产生的最大沉降量分别为11.10 mm、11.76 mm、12.94 mm，试验桩承载力满足设计要求。