既有建筑地基基礎新型加固方法研究

蔣志軍, 柯　技, 李曉岑, 張　宇

(四川省建筑科學研究院， 四川成都 610081)

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既有建筑地基基礎新型加固方法研究

蔣志軍, 柯技, 李曉岑, 張宇

(四川省建筑科學研究院， 四川成都 610081)

【摘要】新建工程引發既有建筑地基基礎的不均勻沉降，已逐漸成為新穎而普遍的工程問題。文章依托某新建隧道引發相鄰既有建筑物傾斜的實際工程，針對既有建筑地基基礎的不均勻沉降，開展了加固處理方法研究，提出了一種鋼管樁+H型鋼的新型快速加固方法，闡明了該方法的加固機理，并通過現場靜荷載試驗、監測數據驗證了該方法的加固效果，揭示了既有建筑在加固前、加固期、加固后三階段的沉降變形規律，全面論證了該加固方法的合理性，為今后治理類似工程問題提供了一種快速、合理、有效的參考方法。

【關鍵詞】既有建筑；新建工程；地基基礎；加固；鋼管樁

近年來，隨著我國城市建設的快速發展，由于新建建筑、地鐵等工程需要在既有城市建筑周邊進行基坑開挖，由此引發既有建筑不均勻沉降而致使其原有結構發生開裂等事故，已逐漸成為新穎而普遍的工程問題。

目前，關于既有建筑物地基基礎開展的加固方法研究[1-7]，已取得了諸多成果。例如：韓金田等人[1]提出了一種新型的復合注漿法，即高壓旋噴和靜壓等兩種注漿法按時序結合所形成的復合注漿方法，并著重研究了復合注漿法的機理、特點以及用于解決工程問題；吳順川等人[2]利用單孔復合錨桿樁技術， 對既有基礎進行了加固，并對單孔復合錨桿樁的加固機理進行了初步研究；徐醒華[3]、張娜等[4]人分別針對不同的實際工程，均開展了關于錨桿靜壓樁法在既有建筑地基基礎加固中的應用，這對不具備打樁條件的實際工程提供了較好的研究思路；聶國東[5]開展了地基基礎施工中建筑物地基的加固方法研究，并詳細探討了灌漿與靜壓力樁等常見的建筑物地基加固施工方法。總體而言，地基基礎常見的加固方法可分為注漿加固法、基礎補強注漿加固法、錨桿靜壓樁法、坑式靜壓樁法、加大基礎底面積法、加深基礎法、樹根樁法以及石灰樁法等。以上方法大多是基于地基基礎因自身地基不均勻沉降或基礎結構不合理等原因而開展的加固研究，而關于新建工程導致既有建筑地基基礎需要加固的工程問題，則研究得較少。

因此，為解決此類新的工程問題，亟需開展新型的地基基礎加固方法研究。本文依托四川遂寧某新建隧道引發相鄰既有建筑物傾斜的實際工程，針對地基基礎不均勻沉降而開展加固處理方法研究，基于工程實際，提出一種利用鋼管樁外加H型鋼連接于原有基礎的新型快速加固方法，并通過現場荷載試驗、監測數據驗證該方法的實際加固效果。該方法為地基基礎搶險加固工程的設計和施工提供了一種快速、合理、有效的研究思路。

1依托工程概況

本文依托四川遂寧某新建隧道引發相鄰既有建筑物傾斜及結構開裂的實際工程，新建隧道邊線與既有建筑相距4 m(圖1)。既有建筑底層為鋼筋混凝土框架結構，上部為6～7層(局部)砌體結構，其基礎形式為鋼筋混凝土獨立基礎、柱下及墻下條形基礎。隧道開挖前，在隧道與既有建筑間采用SMW工法連續墻施工，進行隔水處理。SMW工法連續墻施工過程中，既有房屋的地坪、地梁、墻面、頂板等主體結構部位出現了不同程度的裂縫，產生了較嚴重的安全問題。

圖1　既有建筑與新建隧道的平面位置關系

基于已有勘察設計資料，該既有建筑區域的巖土地層主要由人工填土(層厚2 m)、粉質黏土(層厚6 m)、稍密卵石(層厚1 m)、中密卵石(層厚5 m)組成，各巖土層物理力學指標見表1。

表1　巖土層物理力學指標統計

經現場監測表明(圖1中J1～J8為監測點)，既有建筑臨近新建工程一側出現下沉，沉降量為22.8～29.7 mm，背離新建工程一側出現上抬，累計上抬量為0.7～5.9 mm，該既有建筑出現了不均勻沉降。經技術鑒定分析可知，新建工程SMW工法連續墻施工造成既有建筑部分結構出現裂縫，并導致其出現明顯整體傾斜，對其主體結構的使用產生了嚴重的安全隱患，亟需針對該既有建筑地基基礎進行加固。

2加固方案研究

筆者結合既有建筑施工設計圖、巖土狀況及周邊環境情況研究分析，既有建筑地基基礎形式為條形基礎，基礎持力層為粉質黏土層，埋深2 m。在SMW工法連續墻施工過程中，既有房屋產生裂縫及傾斜，目前連續墻早已施工完畢。分析認為SMW工法連續墻施工時，在三軸成孔過程中，既有建筑基底粉質黏土在臨近基坑側產生側向變形，引起地基基礎不均勻沉降，而目前連續墻已施工完畢快兩個月，根據地勘報告及周邊環境情況分析，目前粉質黏土含水量應較大，加固施工需考慮振動對其強度影響。

常規加固方法無法滿足該工程快速有效的加固要求，又考慮到成都片區建筑物普遍以砂卵石為持力層的特點，因此，本文在已有的鋼管樁加固方法[8-9]的研究基礎上，基于該實際工程問題，將利用鋼管樁開展新型的加固方法研究。

該既有建筑的基礎形式主要以條形基礎為主，基礎上為地圈梁，梁上為框架柱或墻體。本文采用直徑140 mm、壁厚8 mm的鋼管樁，在條形基礎上開孔，通過打樁的方式使樁端進入中密卵石持力層；樁頂焊接H型鋼，型鋼平行于條形基礎，在型鋼上通過螺栓連接直徑20 mm的三級鋼筋，并將連接鋼筋植入條形基礎，且保證植入錨固深度不低于22倍鋼筋直徑，最后利用C20混凝土將整個樁頂加型鋼封閉(圖2、圖3)。

該方法所采用的鋼管樁通過錘擊方式可快速進入持力層，再通過H型鋼沿條形基礎將所有的鋼管樁樁頂并聯，然后通過螺栓連接和植入錨固的方式使H型鋼與條形基礎連接起來，最后鋼管樁便與條形基礎形成整體受力結構，共同分擔上部結構荷載。該方法操作簡便快捷，盡管打樁對飽和粉質黏土影響較大，但可快速將上部荷載部分轉移至鋼管樁，從而減少建筑物的不均勻沉降以達到加固效果。

圖2　鋼管樁+H型鋼地基基礎加固平面

圖3　鋼管樁+H型鋼地基基礎加固立面

3加固效果驗證分析

基于前文介紹的鋼管樁+H型鋼的新型加固方法，已快速應用于實際搶險工程，為進一步檢測、評價其加固效果，本文通過荷載試驗與現場監測相結合的方式進行驗證分析。

3.1荷載試驗檢測

鋼管樁進入持力層后，根據《建筑樁基技術規范》[10]，本文按1%且不少于抽3根的要求，進行單樁豎向靜載荷試驗檢測。

通過鋼管樁荷載試驗可知，鋼管樁進入中密卵石層后，單樁豎向承載力特征值達到180 kN，滿足設計承載力要求。

3.2現場監測評價

針對該加固方法，在整個地基基礎加固過程中(日期5-30至7-19)，進行了連續的建筑物沉降變形觀測，監測點位置如圖1所示(J1～J8)，監測結果見圖4(沉降為負，隆起為正)。

圖4　既有建筑沉降觀測

據圖4可知，自SMW工法連續墻施工以后(日期3-26)，J1、J4、J5、J7等臨近隧道基坑邊線的監測點出現沉降現象，其中以房屋平面右上角J7點的沉降速率最快、沉降量最大，截止加固開始(日期5-30)，最大沉降量達到16.3 mm；J2、J3、J6、J8等背離隧道基坑邊線的監測點出現隆起現象，其中以房屋平面左下角J2點的隆起速率最快、隆起量最大，加固前的最大隆起量為2.4 mm。可見該既有房屋在SMW工法連續墻施工后出現了明顯的不均勻沉降，且向隧道基坑傾斜。

圖4中，日期5-30至6-21為既有房屋的加固初期，只施工鋼管樁，未施工H型鋼與鋼管樁樁頂并聯部分，該階段上述沉降點的沉降速率、沉降量均明顯增大。這主要是由于鋼管樁在錘擊進入持力層的過程中，對既有建筑地基產生了一定的擾動，從而帶來了附加的不均勻沉降。而當采用本文鋼管樁+H型鋼加固方法后(日期6-21至7-19)，既有建筑的沉降現象迅速減弱并停止，隆起現象亦迅速減弱，隨后原隆起部位均產生一定沉降。最終保持穩定；整個加固期僅為30d，共施工134根樁。

可見，本文所提出的新型加固方法，可快速、有效地治理新建工程引發既有建筑不均勻沉降的工程病害問題，這為解決今后工程中類似難題提供了一種較好的參考方法。

4結束語

本文依托某新建隧道引發相鄰既有建筑物傾斜的實際工程，針對地基基礎不均勻沉降開展了加固處理方法研究，提出了一種鋼管樁+H型鋼的新型快速加固方法，全面闡釋了該方法的加固機理，并通過現場靜荷載試驗、監測數據驗證了該方法具有快速、有效的加固效果，揭示了既有建筑在運用該方法加固前、加固期、加固后三階段的沉降變形規律，全面論證了該加固方法的合理性。本文提出的鋼管樁+H型鋼的新型加固方法，可為今后治理類似的新建工程引發既有建筑地基基礎不均勻沉降，提供了一種快速、合理、有效的參考方法。

參考文獻

[1]韓金田, 劉洪波. 復合注漿法在地基基礎加固中的應用研究[J]. 巖土工程界, 2001, 4(9):42-45.

[2]吳順川, 姜春林, 張友葩, 等. 復合錨桿樁在基礎加固中的應用[J]. 北京科技大學學報, 2003, 25(5):398-401.

[3]徐醒華, 付兆明, 伍錦湛. 錨桿靜壓樁在建筑物基礎加固中的應用[J]. 建筑結構, 2004, 34(12):22-23.

[4]張娜. 錨桿靜壓樁法在既有建筑地基基礎加固中的應用[J]. 中國西部科技, 2011(7):23-24.

[5]聶國東. 關于地基基礎施工技術與加固技術的研究[J]. 科技與企業, 2013(17):177-179.

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[8]唐傳政, 舒武堂. 微型鋼管群樁在基坑工程事故處理中的應用[J]. 巖石力學與工程學報, 2005, 24 (S2): 5459-5463.

[9]楊敏. 微型鋼管樁施加預應力加固沉降基礎的試驗研究[J]. 建筑技術, 2008, 39 (6): 465-466.

[10]JGJ 94—2008 建筑樁基技術規范[S].

[作者簡介]蔣志軍(1974～)，男，碩士，高級工程師，主要從事地基基礎學科的研究運用、質量檢測。

【中圖分類號】TU478

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2015-11-30