高層住宅樓變形觀測及錨桿靜壓樁加固應用實踐

張之偉 （安徽省建筑科學研究設(shè)計院，安徽 合肥 230031）

1 引言

高層建筑物荷載較大，容易受到多種因素影響造成不均勻沉降，為保證安全，在施工及運營過程中，必須對建筑物的變形進行觀測[1]。本文立足某高層住宅樓工程實例，探究變形觀測對建筑物的施工、加固安全的指導意義。錨桿靜壓樁是通過基礎(chǔ)上埋設(shè)的錨桿固定壓樁架，以建(構(gòu))筑場所能發(fā)揮的自重荷載作為壓樁反力，用千斤頂將樁段從基礎(chǔ)壓樁孔壓入封力層，再將樁與基礎(chǔ)連接在一起，而形成錨桿靜壓樁托換原理。樁-土共同作用分擔上部結(jié)構(gòu)荷載，彌補原有天然地基承載力不足，控制地基沉降，最終達到地基加固的目的[2]。本文結(jié)合工程實例，闡述錨桿靜壓樁托換原理和設(shè)計施工要點，并對錨桿靜壓樁加固效果進行監(jiān)測分析[3]。

2 工程概況

2.1 地基基礎(chǔ)概況

該建筑物設(shè)計采用天然地基，基礎(chǔ)持力層為②層粘土層，地基承載力特征值為235kPa。基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，地下兩層，負二層層高為3.6m，負一層層高為4.8m。基礎(chǔ)筏板混凝土設(shè)計強度等級為C30，筏板厚度為800mm，板底高程為47.000m；筏板下素混凝土墊層厚100mm，強度等級為C15。資料顯示：2017年9月基槽開挖至設(shè)計標高，由于經(jīng)驗槽發(fā)現(xiàn)大部開挖未至勘探持力層土層，需進行局部超深開挖，因此對部分地基土采用級配碎石進行換填。2018年8月15至17日工程所在地遭遇暴雨，該時段建筑物東、北側(cè)地下室尚未施工但地面已硬化，建筑物西、南側(cè)地面尚未硬化。2018年9月起，該樓棟沉降觀測數(shù)據(jù)及主樓傾斜觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，遂采用內(nèi)、外部注漿相結(jié)合的方式分階段對地基進行了搶險處理。

2.2 上部結(jié)構(gòu)概況

建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為6度，結(jié)構(gòu)抗震等級為四級，地下兩層、地上十八層，總建筑高度約為54m。建筑平面布置呈矩形，東西向總長58m，中間設(shè)置一條伸縮縫，南北向總長12.5m，總建筑面積約為11431.52m2。該建筑作為住宅樓使用，每層兩個單元，每個單元一梯兩戶，標準層建筑平面布置示意圖見圖1。

3 建筑物基礎(chǔ)不均勻沉降及上部整體傾斜情況

3.1 建筑物沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2017年10月19日～2019年5月8日期間，對建筑物各沉降監(jiān)測點進行了128次觀測，對觀測時段內(nèi)沉降數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果如下：

2018年9月4日～2018年9月28日期間（觀測次數(shù)22～35），各沉降監(jiān)測點沉降速率均出現(xiàn)明顯加速，該時段內(nèi)沉降數(shù)據(jù)異常增大，各沉降監(jiān)測點出現(xiàn)明顯差異沉降，南北方向上累計沉降量整體表現(xiàn)為南側(cè)沉降監(jiān)測點大于北側(cè)沉降監(jiān)測點，東西方向上累計沉降量無明顯方向性差異；2018年9月29日～2019年1月28日期間（觀測次數(shù)36～88），各沉降監(jiān)測點沉降處于上下波動狀態(tài)，該時段內(nèi)累計沉降量變化不大；2019年1月29日～2019年3月23日期間（觀測次數(shù)89～125），各沉降監(jiān)測點沉降均存在明顯上浮，該時段內(nèi)累計沉降量表現(xiàn)為整體上浮；2019年4月2日～2019年5月8日期間（觀測次數(shù)126～128），各沉降監(jiān)測點沉降速率較均勻，該時段內(nèi)累計沉降量趨于收斂。最大差異沉降為22.51mm，建筑物地基基礎(chǔ)的最大整體傾斜達到2.4‰。近100日的最大沉降速率達到0.11mm/d，尚未達到JGJ8-2016規(guī)定的穩(wěn)定狀態(tài)（100日的最大沉降速率小于0.01mm/d～0.04mm/d）。

3.2 建筑物頂點側(cè)向位移

現(xiàn)場選取該建筑物的代表性部位對其頂點側(cè)向位移進行測量，結(jié)果見表1。根據(jù)2019年5月25日對該建筑物頂點側(cè)向位移檢測結(jié)果，既有建筑物整體向西南方向傾斜，目前最大合頂點合位移實測值為H/311（2#測點），尚未超出《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB50292-2015)不適于承載的側(cè)向位移界限值（H/300），但部分測點頂點側(cè)向位移檢測值已接近規(guī)范不適于承載的界限值。

圖1 標準層建筑平面布置示意圖

建筑物頂點側(cè)向位移檢測結(jié)果 表1

4 既有建筑物結(jié)構(gòu)安全性鑒定結(jié)論

4.1 地基基礎(chǔ)

①本工程原狀地基土經(jīng)局部換填處理，應存在淺層軟弱土層或不均勻土層，換填墊層未進行承載力檢驗，不符合GB 50202-2018及JGJ 79-2012的相關(guān)規(guī)定。

②經(jīng)地基注漿后，筏板墊層下分布有不同厚度的注漿層，且較厚處注漿層形成顯著的水泥凈漿段。

③現(xiàn)階段建筑物地基基礎(chǔ)總體沉降變形趨于收斂，近100日的最大沉降速率為0.11mm/d，尚未達到JGJ8-2016規(guī)定的穩(wěn)定狀態(tài)（100日的最大沉降速率小于 0.01mm/d～0.04mm/d）。

④既有建筑物地基基礎(chǔ)的最大整體傾斜達到2.4‰，上部結(jié)構(gòu)頂點側(cè)向位移最大實測值達到H/311。該兩項指標均尚未超出GB 50007-2011關(guān)于該類建筑（24m＜H≤60m）地基變形允許值（3.0‰）的要求，及 GB50292-2015關(guān)于該類建筑不適于承載的側(cè)向位移界限值（H/300），但已分別接近規(guī)范規(guī)定的允許值及界限值。

⑤綜上所述，建筑物地基基礎(chǔ)總體沉降變形雖趨于收斂，但尚未達到穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)注漿處理后建筑物仍處于接近規(guī)范界限值的傾斜變形狀態(tài)，鑒于主體結(jié)構(gòu)新近完工且尚未投入使用，因此應進行加固補強處理以確保地基基礎(chǔ)安全性及持久性滿足規(guī)范要求。

4.2 上部承重結(jié)構(gòu)

①抽檢的剪力墻、梁混凝土強度達到設(shè)計強度等級要求；抽檢剪力墻、梁、板鋼筋配置及截面尺寸滿足設(shè)計要求。

②目前尚未發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在因地基基礎(chǔ)不均勻沉降造成的開裂或損傷等異常現(xiàn)象；亦未發(fā)現(xiàn)上部承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在因荷載因素引起的結(jié)構(gòu)性受力裂縫，以及因鋼筋銹蝕因素引起的順鋼筋方向裂紋、保護層脫落等現(xiàn)象。

③既有建筑物呈整體向西南方向傾斜狀態(tài)，2019年5月25日實測各頂點側(cè)向位移檢測值尚未超出《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB50292-2015)不適于承載的界限值，但部分測點頂點側(cè)向位移檢測值已接近規(guī)范不適于承載的界限值。

④結(jié)合設(shè)計圖紙及現(xiàn)場結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢測結(jié)果進行驗算，上部承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力符合標準要求[4]。

⑤綜上所述，本工程上部承重結(jié)構(gòu)滿足整體承載要求。

5 錨桿靜壓鋼管樁加固設(shè)計

原設(shè)計補樁106根，托換率約40%。樁長不得小于16m，每節(jié)長度易大于1.6m，樁節(jié)連接采用等強外套管接頭，焊縫等級不應低于三級。樁身采用Φ273×10錨桿靜壓鋼管樁，材質(zhì)為Q345B，樁孔內(nèi)采用C35微膨脹混凝土回填。

設(shè)計單樁承載力特征值為1000kN，壓樁時以樁長和承載力雙控制，即樁長不小于16m，壓樁力C軸以南宜為2400kN且不得小于2000kN，C軸以北為2000kN。相鄰樁樁底高差不得大于樁凈距的0.5倍。壓樁在墻體加固施工完畢后，先A1軸樁（沉降大的一側(cè)）后A1軸北側(cè)樁原則實施（均要求跳花壓樁）。A1軸樁保持900kN的壓力進行封樁，A1軸以北自然封樁。

根據(jù)《北側(cè)電梯位置巖土工程補勘說明》，北側(cè)電梯位置②層持力層承載力特征值可取215kPa。加固設(shè)計單位驗算復核該位置筏板下地基土承載力能夠滿足設(shè)計要求，故取消電梯井內(nèi)6根地基補強樁，結(jié)合現(xiàn)場施工情況考慮筏板受力均勻應采取以下措施。

①J軸邊上4根樁單樁承載力提高至1150kN，壓樁力按2300kN控制，封樁形式不變。

②H軸邊上2根樁改為輔助樁，樁頂采用3：7灰土填充密實暫不封樁，建筑投入使用沉降穩(wěn)定取消封樁。

錨桿靜壓樁樁號及樁位布置圖見圖2。

圖2 錨桿靜壓樁樁號及樁位布置圖

為滿足整體加固要求并提高底層結(jié)構(gòu)剛度，加固設(shè)計采用加大截面等加固方式在負二層新增部分剪力墻及連梁構(gòu)件，加固混凝土構(gòu)件采用強度等級為C35微膨脹混凝土。新增構(gòu)件結(jié)構(gòu)布置圖見圖3。

6 錨桿靜壓鋼管樁施工質(zhì)量檢測結(jié)論

①經(jīng)對本工程原設(shè)計圖紙、加固工程設(shè)計圖紙及變更文件、錨桿靜壓鋼管樁施工方案及專家論證意見、加固工程主要原材料出廠合格證、材料性能試驗報告、進場復驗報告、施工記錄和監(jiān)督抽測報告、隱蔽工程及分項工程驗收記錄、工程質(zhì)量保證資料等進行調(diào)閱，主要結(jié)論匯總?cè)缦拢?/p>

a.加固工程設(shè)計文件及圖審文件齊全，設(shè)計依據(jù)可靠，方案合理；

b.錨桿靜壓鋼管樁施工方案內(nèi)容完整，技術(shù)可行；

c.加固工程用無縫鋼管、加固型高強無收縮灌漿料、鋼筋、錨栓等原材料出廠合格證、產(chǎn)品質(zhì)量證明書及檢驗證書齊全，進場復試報告顯示送檢樣品合格；

d.工程質(zhì)量保證資料顯示本工程樁基子分部工程有關(guān)分項工程、檢驗批質(zhì)量達到設(shè)計及驗收規(guī)范要求。

②本工程樁位布置符合加固設(shè)計要求，抽檢鋼管樁規(guī)格尺寸（外徑、壁厚）、樁長及壓樁力均滿足設(shè)計要求；抽檢鋼管防腐涂層厚度滿足設(shè)計要求；抽檢接樁處焊縫表面基本平整，無明顯氣孔、夾渣、裂紋等外觀缺陷，焊縫焊腳高度滿足設(shè)計要求；抽檢樁位偏差及樁節(jié)垂直度偏差符合設(shè)計要求；抽檢負二層新增剪力墻、連梁構(gòu)件施工質(zhì)量（鋼筋間距、截面尺寸）符合設(shè)計及驗收規(guī)范要求；現(xiàn)場檢驗后錨固鋼筋錨固抗拔承載力均合格。

③樁基靜載試驗結(jié)果表明試驗樁及抽檢工程樁單樁豎向抗壓極限承載力檢測值均達到設(shè)計要求。

7 錨桿靜壓鋼管樁施工過程中變形（裂縫、沉降、傾斜）監(jiān)測

7.1 裂縫監(jiān)測

基礎(chǔ)加固工程施工過程中，對上部主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂情況進行日常巡查。跟蹤監(jiān)測期間，未發(fā)現(xiàn)新增裂縫等損傷現(xiàn)象。

7.2 沉降監(jiān)測

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本次沉降監(jiān)測在建筑物四周重新布設(shè)9個沉降觀測點，沉降觀測點布置示意圖見圖4，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)（2019年11月2日～2019年12月21日，共9次）繪制累計沉降量與時間關(guān)系曲線圖見圖5。

圖3 新增構(gòu)件結(jié)構(gòu)布置圖

建筑物頂點側(cè)向位移檢測結(jié)果 表2

根據(jù)2019年11月2日～2019年12月21日期間沉降觀測數(shù)據(jù)分析：監(jiān)測期間各期沉降速率在（－0.11～0.11）mm/d之間，最大差異沉降傾斜率為0.09‰，沉降數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異常變化，2019年12月17日～2019年12月21日期間沉降速率在（0.01～0.02）mm/d之間，呈收斂趨勢；各沉降監(jiān)測點最終累計沉降量在（－0.29～－2.14）mm 之間，表現(xiàn)為整體上浮，且南側(cè)觀測點上浮量普遍大于北側(cè)觀測點，建筑物地基基礎(chǔ)的整體傾斜變形得到一定糾正。

7.3 傾斜監(jiān)測

現(xiàn)場選取該建筑物的代表性部位對其頂點側(cè)向位移進行監(jiān)測，2019年11月2日和2019年12月20日的測量結(jié)果見表2。

基礎(chǔ)加固工程施工前（2019年11月2日）實測建筑物上部結(jié)構(gòu)頂點側(cè)向位移最大實測值為H/319（7#測點），基礎(chǔ)加固工程施工完成后（2019年12月20日）實測建筑物上部結(jié)構(gòu)頂點側(cè)向位移最大實測值為H/346（7#測點），較加固施工前略有減小且低于《民用建筑可靠性鑒定標準》(GB 50292-2015)關(guān)于該類建筑不適于承載的側(cè)向位移界限值（H/300）。

圖4 建筑物沉降觀測點布置示意圖

圖5 累計沉降量與時間關(guān)系曲線圖

8 結(jié)語

①經(jīng)復核驗算，經(jīng)錨桿靜壓鋼管樁加固后地基基礎(chǔ)承載能力滿足規(guī)范要求，本工程地基基礎(chǔ)經(jīng)加固處理后安全性可滿足整體承載要求[5]。

②工程實踐證明，錨桿靜壓樁成功運用于既有建筑物地基加固處理中，錨桿靜壓樁施工工藝具有廣闊的應用前景。

③高層建筑物越來越廣泛地應用于城市建設(shè)，加強高層建筑物變形觀測是十分必要的，發(fā)現(xiàn)異常應尋找原因，并及時采取應對措施，能夠保證安全、最大化地減少經(jīng)濟損失。