聯合加固法處理軟土地基建筑物的不均勻沉降

廣西建工集團有限責任公司 南寧 530012

1 工程概況

南寧吳圩機場新航站區運行指揮中心樓，為地上2層的框架結構建筑，底層層高4.2 m，呈規則的長方形布置。場地地層自上而下可分為：①素填土、②耕土、③硬塑狀粉質黏土(局部無該層土質)、④含黏土角礫。本工程采用獨立柱基礎，持力層為硬塑狀粉質黏土或含黏土角礫層，其表面位于室外地坪-3.4～-4.9 m。工程主體于2014年5月完工后進入裝修階段時發現，該樓①～⑥軸構件出現不同程度的裂縫，主要表現為上部混凝土結構構件出現嚴重拉裂和剪切破壞，填充墻出現45°的階梯形裂縫，危及結構安全使用。經分析認為，由于地質有一傾斜的地層斷裂帶，在①～⑥軸基礎開挖過程中出現誤判，故確定為上部結構裂縫主要是由于基礎不均勻沉降所導致[1,2]。

2 地基加固方案選型

針對本工程出現的裂縫和不均勻沉降現象，加固處理的思路為：先處理地基，以控制地基的繼續沉降，后對上部結構出現的裂縫進行封閉處理。具體的加固方案考慮以下因素：

1）場地條件。本工程主體已封頂，層高為4.2 m，能滿足相關鉆孔設備的要求。但在入口大廳4/A軸及6/A軸處，因已懸掛大幅LED告示牌，空間上無法安裝反力壓樁裝置，故此兩處獨立樁基礎無法采用錨桿靜壓樁和鉆孔灌注樁加固。其余大部分房間已布設有電纜和設備，且部分設備為一次性安裝固定，不允許再次移動。如采用壓力灌漿補強，施工對原有地基及房內設備擾動極大，給工程運營帶來安全隱患。

2）工期方面。該工程工期緊張，根據業主的要求，加固施工期間應不影響后續的裝修作業，加固工期為20 d。

3）地質條件。地質勘探報告顯示，所要求加固的地層為硬塑狀粉質黏土層及黏土角礫層。其各參數顯示，如果采用壓力灌漿加固，因高壓水泥漿液沿裂隙流入土體，而對于硬塑狀粉質黏土層及黏土角礫層，其在土體中的混凝土流向不明確，不易確定其加固效果。

4）各工藝對比。因壓力灌漿法優點是設備輕便、移動操作方便，但施工會對原有地基及房內設備產生極大擾動；鉆孔灌注樁優點是對原有地基沒有干擾，但設備較大、移動不便，且外鋼筋籠吊裝也十分困難，空間上限制較多，成樁泥漿也不利于文明施工及環境保護；錨桿靜壓樁施工工藝設備簡單、操作方便、適應狹小空間要求，降低了對原有地基及結構的擾動。

綜合上述各影響因素，對建筑物地基的加固可采用壓力灌漿補強和錨桿靜壓樁2種方案的結合。即僅對4/A軸及6/A軸基礎采用壓力灌漿補強。其余均采用錨桿靜壓樁進行基礎加固。

因南寧市場上無現成的250 mm×250 mm預制混凝土方樁，而現澆制作的混凝土方樁強度須達到設計強度等級C20，在工期上滿足不了要求。結合實際情況，本次的錨桿靜壓樁加固決定采用鍍鋅鋼管靜壓樁并配合地基注漿的加固方式，同時采用開口鋼管樁減少擠土量，降低了對原有地基及結構的擾動。兩者以鋼管靜壓樁為主，地基注漿為輔，地基注漿既能輔助提高地基承載力，減小沉降變形，又能對鋼管樁本體起到保護作用，延長其使用壽命。

3 加固施工

3.1 灌漿加固

3.1.1 灌漿加固機理

以一定的液壓將水泥和化學漿通過雙液管注入土中，并使之迅速凝固，同時對軟土進行割裂、擴散擠壓和充填，并伴隨一定的物理化學作用，一方面促使漿體在軟土中形成脈狀充填；另一方面又使軟土產生壓縮和脫水固結，從而達到加固的目的。

3.1.2 灌漿加固工藝流程

制漿→成孔下管→液壓注漿→割裂→擠壓與充填→固結

3.1.3 施工過程控制

1）灌漿孔的布置：對4/A軸及6/A軸獨立基礎的四周均勻布置4個孔，加固深度4.0～10.5m，深孔底部進入含黏土角礫層。注漿采用低壓、慢灌、多量工藝，以便注入較多的漿體。

2）重復注漿：在軟土較厚的孔段，為增強注漿效果，往往在第1次注漿中，使之在一定漿壓作用的范圍內形成1道不規則的帷幕，再沖洗灌漿孔進行二次注漿，使漿液充分而有效地充填。

3）采用先下后上分層注漿：即成孔后注漿管下落至孔底，并由孔底開始注漿，而后邊注漿邊上拔灌漿管，使漿液從孔底開始擴散，以利于加固軟土。

4）注漿材料為P.O 42.5水泥、水、早強劑等。水泥漿的水灰比取1.5、1.0、0.5三個等級，并按水泥用量的0.3%～0.5%加入早強劑，依據灌漿總量和流量控制，先少加，后多加。漿液的攪拌時間不低于5 min。不同地層的凝結時間可調節，同時具備高強、止水效果。

5）注漿壓力控制在0.2～0.5 MPa，注漿流量控制在7～10 L/min。按水灰比由稀到濃分級灌注，當某一級水灰比的漿液注入量達到或超過200 L，其注漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，加濃一級漿液稠度，當注入率大于20 L/min時，則越級加濃，以此類推，直至灌漿結束。當某段注漿量超過相近部位1～1.5倍時，應停止注漿，間歇數小時后再注，以防止漿液擴到加固部位以外。

6）注漿壓力不小于1 MPa時，注漿率少于1 L/min，持續20～30 min；單孔注漿量已達到平均注漿量的1.5～2倍，且進漿量明顯減少；地表冒漿且封堵無效。

7）拔出注漿管，封堵注漿孔，防止漿液流失。

3.2 錨桿靜壓樁

3.2.1 錨桿靜壓樁加固機理

利用建筑物的承重柱重力作為反力，通過液（油）壓設備，把預制鋼管樁分節壓入土中，上下節樁接駁用預埋角鐵焊接。壓樁由液壓控制，當壓力達設計荷載并基本滿足計劃樁長要求時終樁，終樁時的單樁承載力可直接從壓樁設備的儀表中反映出來。終樁后將壓入樁的樁頭與原基礎上后植鋼筋焊接，并澆筑混凝土承臺與基礎連為一體，從而將上部結構的荷載通過樁直接傳遞到堅硬土層。

3.2.2 主要參數

采用鍍鋅鋼管靜壓樁并配合地基注漿的加固方式，在鋼管樁側壁預先鉆孔，樁體靜壓到位后，進行壓力注漿，最后封樁。鍍鋅鋼管內徑為100 mm，外徑為114 mm，材質Q235，每段樁長為2 m。接樁采用對接焊方式，并對焊接部位進行局部加強處理。在鋼管樁側壁鉆孔，直徑取3～6 mm，間距400～500 mm，梅花形布置，為防止壓樁時孔眼堵塞，采用電工膠布包裹[3-5]。

地基注漿采用P.O 42.5水泥拌制。基礎上錨桿靜壓樁的布置如圖1所示。

圖1 基礎上錨桿靜壓樁的布置示意

3.2.3 主要工藝流程

我們通過設置分配梁與其承臺連結，并將壓樁架固定在分配梁上來解決壓樁反力的問題。

壓樁工藝流程為：測放樁位→開鑿或預留壓樁孔→鉆錨桿孔→熬制硫磺膠泥、錨桿加工制作、埋設錨桿→安裝反力架→起吊樁段就位校正→壓樁→深度及壓力值記錄→下節樁就位、校正→熬制硫磺膠泥、接樁→壓樁→壓樁至設計要求→最終深度及壓樁力驗收→拆除反力架→移至下一樁位。

封樁工藝為：切割樁頭至設計標高→清理樁孔→（有樁帽梁時焊交叉鋼筋→立模板）→拌制微膨脹早強混凝土 →澆筑混凝土→封樁結束。

3.2.4 施工過程控制

1）錨桿施工：

（1）制作：錨桿后成孔埋設，采用粗螺栓植筋。根據單樁豎向承載力的大小確定錨桿的數量和型號，其具體構造要求如圖2所示。

（2）埋設：錨桿的錨固深度一般為10～12倍螺栓直徑且不小于300 mm。

（3）錨固：采用風動鑿巖機在原有基礎上預先成孔，確保錨桿孔內清潔干燥后下錨，并在錨桿孔內植筋。

圖2 錨桿孔口結構布置示意

2）安裝反力架：錨桿四周的混凝土進行找平，以利于反力架安裝。反力架的安裝必須垂直、穩固，應均衡擰緊錨固螺栓的螺帽，在壓樁過程中要隨時擰緊松動的螺帽。

3）樁段就位：樁段就位前要先將樁孔內的雜物清除干凈，樁段就位必須保持垂直，尤其是第1節樁的垂直度，須使千斤頂、樁段及壓樁孔軸線重合，防止發生偏心加壓，樁身垂直度可用線錘進行檢查和校正。

4）壓樁：

（1）壓樁時，樁頂可墊厚3～4 cm的木板或多層麻袋，套上鋼樁帽后再進行壓樁。

（2）壓樁施工時不宜數臺壓樁機同時在一個獨立柱基上施工。施工期間的壓樁力總和不得超過該基礎及上部結構所能發揮的自重，防止基礎承臺結構破壞。

（3）整根樁應一次連續壓到設計標高，不得中途停頓，以免土體固結超靜水壓力消散，引起摩阻力劇增，如必須中途停頓時，樁尖應停留在軟土層中，且停歇時間不宜超過24 h。如遇壓力急劇增加，可能遇到地下障礙物或壓入較硬土層，這時液壓系統可采用稍壓入、持荷、再壓入、再持荷的方式，直至達到設計深度或承載力。

（4）本次加固的預估樁長為15 m，壓樁由液壓控制，壓樁荷載控制在45～55 MPa之間，當樁壓至預定深度并達到設計貫入度之壓力時，其沉降控制標準為：壓樁荷載保持50 MPa，每隔5 min沖擊1次，共沖擊3次，下沉量≤3 mm，并需穩定1 h，做好記錄，最終允許下沉量≤1 mm。

（5）根據實際情隨時調整樁段的長度搭配，盡量避免截樁。壓樁施工的控制標準，應以設計最終壓樁力為主，樁入土深度為輔。

5）接樁：本工程為鋼管樁，采用電焊接樁，焊接時調整樁的垂直度，保證樁上下節垂直度滿足規范要求，對焊接部位還要進行加強處理。

6）封樁：封樁施工是壓樁過程中的一個重要環節，是封樁后錨桿樁能否發揮作用的關鍵。

（1）切割樁頭。封樁前，樁頂標高應符合設計要求，樁頭應伸入樁基承臺50～100 mm。

（2）清理樁孔。封樁前，對壓樁孔進行認真檢查，必須清除干凈壓樁孔內的雜物和積水。

（3）焊接交叉鋼筋。為加強樁和承臺的連接，尤其當原有基礎底板厚度小于350 mm時，應用2φ16 mm鋼筋交叉焊接于錨桿上，在澆筑壓樁孔混凝土時，在樁孔頂面以上澆筑樁帽，厚度不得小于150 mm。

（4）澆筑混凝土封樁。封樁一般采用C35微膨脹早強混凝土澆筑密實，以使樁與樁基承臺形成一個整體。

7）注漿：注漿過程及控制重點與壓力灌漿法相似。

4 質量控制

1）注漿一定要按程序施工，每段進漿要準確，注漿壓力要嚴格控制，須由專人操作。當壓力突然上升或從孔壁溢漿時，應立即停止注漿，每段注漿量應嚴格按設計進行，跑漿時，應采取措施確保注漿量滿足設計要求。

2）控制好樁位及樁的垂直度，要求樁位平面偏差不得超過±20 mm，樁段垂直度偏差不得大于樁段長的1%。

3）施工時應根據設計要求或已壓樁的壓樁力情況，隨時調整樁段的長度搭配，盡量避免截樁。壓樁施工的控制標準，應以設計最終壓樁力為主，樁入土深度為輔，如遇異常情況，應向設計人員反映，及時采取對策。

4）在整個施工過程中，嚴格按照現行國家規范加強建筑物的監測工作，防止工程事故和環境事故發生。

5 結語

因本工程實際情況特殊，采用了壓力灌漿加固法和錨桿靜壓樁2種加固方法的結合，快速而又有效地實現了地基基礎加固。完成加固施工后，對該建筑進行了1年共5次的沉降觀測工作，觀測結果表明，加固后的該建筑地基的沉降完全得到控制，且構件均未出現新的裂縫。表明本建筑的地基加固效果良好，為房屋的使用提供了安全保障，對類似條件的工程具有一定的借鑒意義[6]。