陜北某地危房加固工程中的靜壓樁設計與支護

吳小強 王 磊

（延安大學建筑工程學院 陜西 延安 716000）

陜北某地危房加固工程中的靜壓樁設計與支護

吳小強 王 磊

（延安大學建筑工程學院 陜西 延安 716000）

使基礎沉降趨于穩(wěn)定，滿足正常使用和承載能力使用要求。同時介紹了靜壓樁的加固原理、施工方法及注意事項、施工質量控制及其加固效果，為同類地區(qū)靜壓樁加固提供參考。

條形基礎；加固；靜壓樁；設計；支護

1 引言

靜壓樁承載力高，成樁質量有很好的保證，而且施工的時候噪音和振動都比較小，沒有泥漿污染環(huán)境，施工期短，沉樁速度快。由于具備了上述諸多的優(yōu)點，在新建、擴建工程中，靜壓樁得到了廣泛的應用。在危房基礎加固過程中，在基礎加固過程中靜壓樁技術也得到了很好的應用。

2 靜壓樁的貫入擠土作用于及沉樁機理

2.1 靜壓樁的貫入擠土作用機理

壓樁過程中，沉樁速率一般保持在一定數(shù)值以內，故可將樁體貫入視為勻速直線運動。靜壓樁在貫入過程中造成了樁周土體的復雜運動，樁尖以下土體產生壓縮變形。隨著樁貫入壓力的增大，當樁尖處土體所受壓力超過其抗剪強度時，土體發(fā)生急劇變形而破壞，樁側土體發(fā)生塑性流動（粘性土）或擠密側移和拖帶下沉（砂性土），樁尖下土體被向下和側向壓縮擠開。地表處，粘性土體主要向樁周擠開，使貼近樁周土體結構完全破壞，周圍土體亦受較大的擾動影響，而樁身受到土體強大的反向抗力所引起的樁周摩擦力和樁尖阻力的抵抗。同時，對于飽和粘性土，由于瞬時排水固結效應不明顯，樁體的貫入產生孔隙水壓力，隨后孔壓消散、再固結和觸變恢復，在樁周形成硬殼層。因此，從理論上講，采用準靜態(tài)條件下的靜力平衡對其模擬是合適的[1]。

2.2 靜壓樁沉樁機理

圓孔擴張理論是國際上對于靜壓樁的主要研究方法。圓孔擴張理論首先假設土體是理想彈塑性體，材料服從Treasa或Mohr-Coulomb屈服準則，根據(jù)彈塑性體理論給出無限土體內、具有初始半徑的柱形孔或球形孔，被均勻分布的內壓力p所擴張的一般解。由于樁體貫入時，一定深度處的土體逐漸出現(xiàn)半徑為樁徑的孔洞，周圍一定范圍土體進入塑性狀態(tài)。因此，一般采用柱形孔擴張來模擬除去靠近樁端和樁尖土體的變形情況。Butterfield 和Baneriggee首相提出將平面應變條件下的柱形孔擴張用來解決樁體貫入問題。他們假定：①土是均勻的、各向同性的理想彈塑性體材料；②土體飽和、不可壓縮；③土體屈服滿足Mohr-Coulomb強度準則；④小孔擴張前，土體具有各向等同的有效應力。隨著內壓p的增大，圍繞柱形孔的柱形區(qū)域將由彈性狀態(tài)進入塑性狀態(tài)。塑性區(qū)隨p的增大而不斷擴大，以外土體仍保持彈性狀態(tài)。對于柱形孔擴張的平面應變軸對稱問題，在極坐標下，平衡微分方程為：塑性邊界上滿足Mohr-Coulomb屈服準則：

按照土體體積不變的原理，求出該微分方程的解答，推出σr、σθ及徑向位移ur的表達式，對于壓樁引起的瞬時超孔隙水壓力，則采用亨克爾的孔壓方程導出：

Sagaseta應用半無限空間球形孔擴張理論得出地表面水平位移量和豎向隆起量的計算公式：

式中：a表示樁的半徑；L表示樁的入土深度；R表示計算點離樁軸線的距離；SH、SV分別表示水平位移和隆起量[2～4]。

3 設計加固方案

3.1 工程概況

本工程由村委會和施工單位自行設計，建設程序不規(guī)范，無正規(guī)圖紙。兩層磚混結構，每戶三開間（3×3.6×10），建筑面積216m2，廚、衛(wèi)、廳具全，一層中廳設室內樓梯，磚砌條形基礎，寬度500mm，下鋪300厚3：7灰土墊層，寬度1.0m，水、電、暖專業(yè)配套不齊全，門前道路及排水、綠化由村委會統(tǒng)一規(guī)劃實施。工程于2009年7月動工，2011年7月主體完工，沒有政府質監(jiān)，由村委會代表跟蹤檢查施工過程，2011年12月發(fā)現(xiàn)西邊幾排房屋地基不均勻沉降，部分外縱墻斜裂縫，距離房屋較遠處西邊新建排洪溝也產生多條裂縫，依現(xiàn)場地形判斷，目前裂縫繼續(xù)發(fā)展。

3.2 地基沉降、墻體裂縫情況

建筑場地地貌單元屬黃土高原溝壑緩坡帶，地形開闊，原狀為農田，場地內有兩條小支沖溝，部分基巖露頭，巖面坡度與山勢走向一致，覆土最大厚度7.0m，西側有較深“V”形大沖溝，雨水長期侵蝕切割，溝壁陡峭，底部呈自然狀排洪溝，為擴大建設用地，人工挖填整治時沒有進行統(tǒng)一碾壓，土層酥松，靠自然固結，隨填土厚度不同沉陷變形差異大，工程性能差，潛在危害大，易造成房屋地基不均勻變形。2011年底發(fā)現(xiàn)西邊幾排距離沖溝邊緣較近處房屋地基發(fā)生不均勻沉降，南北縱墻產生幾條斜裂縫，門窗洞口處應力集中現(xiàn)象明顯，裂縫較寬，大部分裂縫寬度5～12mm，地基沉降變形、墻體裂縫走向與原始地貌挖填特征完全吻合。

3.3 地基加固方案

依據(jù)地質報告描述的地質剖面，鋼管混凝土靜壓樁加固地基，樁端置于微風化基巖0.50m，100%對地基持力層托換，預計樁身約8.0m。施工方法，在現(xiàn)有條基下挖大小導坑，形成作業(yè)空間，用千斤頂將168-6×1000鋼管樁依次壓入地基土中，直至進入基巖。單樁承載力特征值Quk=250kN，壓樁時對地基土有一定的擠密作用形成復合地基，托換完畢后，房屋原地基持力層退出工作，全部荷載由靜壓樁承擔，其變形逐漸趨于穩(wěn)定。

3.4 靜壓樁施工說明

（1）試樁：靜壓樁施工前，距離建筑物約6000范圍先壓入三根樁，千斤頂壓力讀數(shù)不超過45MPa，保證樁尖進入巖石層約1000mm，兩天后開始加載試樁，并通知設計、勘察單位參加。暫考慮單樁豎向極限承載力標準值Quk=500kN，單樁豎向承載力特征值Ra=250kN。試樁最大荷載≤620kN，工程樁也可代替試樁。樁長10m，待試樁報告出來最后確定。

（2）材料：鋼管混凝土JYZ-168-6，1.2，樁帽封閉為C30豆石混凝土，樁帽與地梁底縫隙用干硬性C40豆石混凝土（膨脹水泥）塞實。鋼筋、鋼板、角鋼均為A3鋼。

（3）注意事項：①施工人員應具備一定的建筑力學、地基基礎理論知識和實踐經驗，嚴格按照設計要求的施工工藝流程作業(yè)。熟悉《建筑樁基技術規(guī)范JGJ》有關規(guī)定。不得擅自改變施工流程順序。②壓樁時專人觀察墻體裂縫變化，千斤頂升高時盡量緩慢，速度大約10/60S，防止將地梁頂裂。③門窗洞口處壓樁時，必須在地梁兩側貼應變片，詳細記錄變形。如發(fā)現(xiàn)墻體顫動，在門窗洞處配重，保證千斤頂有足夠的反力。④壓樁時應連續(xù)專業(yè)，不允許間斷（防止樁身摩擦力恢復）。必須保證樁尖進入微風化基巖。⑤壓樁結束后，應及時對大小導坑用3：7灰土回填，用木夯夯實。（壓實系數(shù)為0.98）至地梁下皮500處。在靜壓樁兩側對稱升頂后，填充柱帽與地梁縫隙處混凝土。⑥壓樁時，詳細記錄千斤頂讀數(shù)，每200高度記表一次，以便掌握地基浸水和各種土層分布厚度。⑦壓樁前、先將樁排序編號，正、側面彈線，方便控制接樁、壓入垂直度。⑧全部導架、柱帽預埋鐵件均用E43焊條，焊縫高度均大于6mm。

3.5 施工時其它要求

（1）材料：①靜壓樁導坑混凝土C30，縫隙塞實C40（干硬性）加膨脹劑。②靜壓樁預埋鐵件，A3鋼，焊條E43。③壓樁時優(yōu)先采用鋼板柱帽，便于人工操作。

（2）墻體裂縫修復、地溝恢復：①順裂縫走勢用M10混合砂漿粉刷。寬100mm、沿高度約500mm留孔，清水濕潤24h后，高壓；②所有損壞地溝按原設計圖紙恢復。溝底向外2%找坡。

（3）試樁：按總樁數(shù)3%抽取，且不少于3根。可以用工程樁代替試樁，但必須選擇在實墻面以下，保證Nmax時，地梁及墻體穩(wěn)定安全。地基梁或混凝土條基側面貼應變片，觀察地梁是否裂縫或墻體顫動及時調整試樁荷載。

（4）信息化監(jiān)控：①加固前應對全樓所有房間體檢，重點檢查門窗洞口裂縫走向，寬度、速率，逐一登記備案。由施工、業(yè)主、監(jiān)理共同完成。②地基加固施工期間每天必須觀測一次，時間早晨9.0時，專人專地點專儀器。③凡裂縫處均打石膏條，每三天查看一次，直到施工結束后一個月。④全樓共設觀測點8處，觀測時由施工、監(jiān)理共同完成，保證觀測數(shù)據(jù)真實可信，對靜壓樁加固效果作出客觀、公正、科學的評估。⑤施工觀測期間，沉降變形超出規(guī)容許值時，通知設計、業(yè)主及時采取應對措施。⑥沉降觀測報告送業(yè)主、政府主管部門和設計單位。

4 結論

①本工程根據(jù)建筑物的結構特點、環(huán)境條件和地質條件，采用靜壓樁加固地基，取得了良好的經濟效益和社會效益，既節(jié)約了投資，又滿足了使用功能的要求，使正常生活得到了保障；②在磚混結構住宅中，通過使用靜壓樁，可以有效地解決基礎的不均勻沉降，加固效果良好；③經過精心設計與計算，在砌體結構危房加固工程中，當軟弱濕陷性黃土地基的墻下條形基礎沉降過大時，可采用靜壓樁技術加固墻下基礎。

[1]徐慧民.靜壓預制樁對周邊建筑物的影響及對策[J].建筑技術開發(fā)，2000，27（6）：8～9.

[2]羅國強.砌體結構[M].長沙：湖南科技出版社，1993.

[3]《滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范》（DZ/T0219-2006）[S].

[4]《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB50330-2002）[S].

TU746.3

A

1673-0038（2015）37-0114-02

2015-8-10

吳小強（1977-），男，陜西延安人，講師，碩士，研究方向主要為結構可靠度及建筑結構加固與防治。

王磊（1985-），男，陜西西安人，碩士，研究方向主要為結構可靠度及建筑結構加固與防治。