坑式托換簡介

隨著我國工程項目建設發(fā)展，建筑物各種復雜地基情況不斷出現(xiàn)，其中不乏因地基處理不當，地基沉降差大，導致建筑物出現(xiàn)結構構件開裂等破壞現(xiàn)象，建筑物本身的空間限制了機械設備的施工，坑式托換技術是解決此類問題的有效途徑之一。

托換技術是在20世紀30年代興起的，我國的相關地基處理技術規(guī)范也列入了托換技術。其中托換技術的具體方法包括基礎加寬和加深托換、樁式托換、基礎減壓和加壓相應托換、樹根樁托換、灌漿托換、糾偏托換等方法 。

工程為2層臨街商業(yè)樓，框架結構，獨立基礎，其中A軸地基標高為－2．5m，1～5軸獨立基礎尺寸為2．4m×2．4m，6軸獨立基礎尺寸為2．8m×3．4m，基礎持力層為回填地下車庫基坑時的填土，填土厚度約為4．6m，設計要求填土為2∶8夯實灰土，壓實系數(shù)不小于0．95；B 軸、C 軸基底標高－7．1m，基礎持力層④層黃土狀粉質粘土，該處地下部分為地下車庫。

因對填土處理不到位，土質松散，均勻性差，含水量較高，壓縮性高，導致該建筑物梁、板及柱出現(xiàn)裂縫，部分填充墻存在開裂，須對地基進行加固處理 。

根據(jù)勘探結果，結合區(qū)域水文地質資料，本區(qū)地下水位埋深在48．0m以下，對基樁施工無影響 。

1　加固方案選擇

之前建設單位已經(jīng)對該建筑物進行了高壓注漿加固，但加固效果不理想；另外，該建筑物主要用于交通銀行網(wǎng)點辦公，部分為餐飲店，加固施工不得在室內操作，不得影響其正常營業(yè)?？紤]到各種因素，擬采用坑式托換技術進行加固處理，并對樁側填土進行高壓注漿處理。

2　樁頂荷載取值

根據(jù)結構設計單位提供參數(shù)，1～6軸與A軸交叉處的獨立基礎基底荷載情況。

3　坑式托換設計計算

（1）　初步設計參數(shù)

基樁設計樁頂標高為－2．5 m，樁徑為1　100mm（含鋼筋混凝土護壁厚度），樁長12．6m，樁中心線與框架柱中心線一致，樁端持力層為⑦層粉質粘土，樁身混凝土強度等級為C30，為防止混凝土干縮導致樁頂與獨立基礎間出現(xiàn)縫隙，要求使用微膨脹性自流平混凝土。

（2）　承載力計算

根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》公式5．3．6及鉆孔地層分布計算單樁極限承載力，計算時考慮填土的不利影響。經(jīng)計算，單樁豎向極限承載力標準值增刊李仕良等：坑式托換技術在既有建筑地基加固中的應用為1　844．4kN，豎向承載力特征值為922．2kN，承載力可滿足設計及要求（其中6軸與A軸交叉處的獨立基礎布設2根基樁）。

（3）　變形計算

變形計算主要考慮2個方面：一方面考慮地基加固施工對基礎持力層面積消弱所引起的附加沉降，另一方面地基基礎形式調整后建筑物的最終沉降變形。

原設計建筑物為獨立基礎，基底標高為－2．5m，基礎持力層為填土，壓縮層深度不超過－10．0m，經(jīng)地基加固后建筑物基礎形式調整為樁基礎，基樁樁端標高為－13．1m，超出了原壓縮層深度，勢必產生二次沉降變形。根據(jù)基底壓力準永久組合值、《建筑樁基技術規(guī)范》、《建筑地基基礎設計規(guī)范》相關條款及巖土工程勘察報告，計算地基加固完成后各個獨立基礎沉降變形。

（4）樁側及樁頂高壓注漿

基樁上部樁周土為填土，結構松散，承載力低，遇水塌陷，為避免其對基樁穩(wěn)定性產生不利影響及減小其對基樁的下拉荷載，在基樁混凝土灌注完成2天后對樁側采取高壓注漿處理，每一標高為4孔，呈發(fā)散性布置，填土范圍內共布置3層，標高分別為－3．5m、－5．0m、－6．5m。另外因施工工藝局限性，基樁樁頂與獨立基礎間存在微小縫隙的隱患，在樁側高壓注漿的同時，對樁頂采取高壓注漿措施 。

本工程坑式托換施工期間去除基礎持力層面積率大，建筑物無連梁、圈梁等縱向連接構件，整體性差，即使采取間隔施工也可能引起獨立基礎出現(xiàn)較大的附加沉降，甚至出現(xiàn)整體破壞。為確保建筑物及施工安全、對加固效果做出評估，在地基加固施工及建筑物使用過程中須對建筑物進行沉降觀測，1軸～6軸框架柱上均設置了沉降觀測點，監(jiān)測頻率為1次/天。

加固施工原計劃分3次完成，因現(xiàn)場條件限制，目前1軸、2軸上2根樁還未施工。實際的施工進度為：3軸、5軸2根樁為第1批，施工時間為第1～9天；4軸、6軸（其中1根）2根樁為第2批，施工時間為第10～15天；6軸（另外1根）1根樁為第3批，施工時間為第16～24天。第25～37天為施工間歇階段，對應上述施工進度將沉降觀測數(shù)據(jù)分為4個周期進行分析整理。

1）在3軸與5軸坑式托換施工期間，其對應沉降觀測點相對于其他觀測點未出現(xiàn)明顯的沉降變形過大；同樣在4軸與6軸（其中1根）坑式托換施工期間，其對應沉降觀測點相對于其他觀測點未出現(xiàn)明顯的沉降變形過大。也就是說坑式托換施工所引起的附加沉降不明顯。

2）在坑式托換施工完成后，隨著樁身混凝土土凝固沉降變形速率快速減小，幾近穩(wěn)定。

3）3軸～6軸坑式托換施工完成后，1軸、2軸部分沉降還在繼續(xù)增大但速率明顯減小 。

坑式托換技術是一種既有建筑物地基基礎加固行之有效的加固方式，其受力明確、加固效果顯著，可快速解決建筑物不均勻沉降及承載力不足等問題。

坑式托換施工減小了建筑物基礎持力層面積，地基應力會有所增加，但施工周期短，地基附加應力時效短，引起的附加沉降不明顯 。2100433B

壓入樁托換亦稱頂承靜壓樁托換，該方法是將建筑物本身的自重作為反力，用千斤頂將樁壓入地基土中，憑借地基土對樁的支撐將建筑物托住。千斤頂上的反力梁可以利用原來基礎下的基礎梁或基礎板。如果原基礎沒有基礎梁或基礎板，可以先加固建筑物的底層墻體，然后再進行壓入樁托換。

該方法適用于條形基礎的托換加固。托換樁的平面布置按墻體中心軸線或基礎布置，根據(jù)被托換加固的建筑物的墻體形式及其荷載大小確定，而且每個托換坑的位置應避開門窗等墻體薄弱部位。

當?shù)鼗泻休^多的大塊石、堅硬黏性土或密實的砂土夾層時，由于樁壓入時難度較大，應根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，其適用與否。

對于上硬下軟的地層，會產生負摩阻力的欠固結土，不能提供千斤頂反力的或嚴重開裂的建筑物，不易壓入的砂土地基以及自重濕陷性黃土地基，均不宜采用壓入樁托換。

壓入樁的施工步驟如下：

（1）在墻基或柱基下開挖豎向導坑和橫向導坑。

（2）根據(jù)設計的壓入樁所承受的荷載，使用直徑300~450mm的開口鋼管（或0.2m×0.2m的預制鋼筋混凝土方樁），用設置在基礎底面下的液壓千斤頂將其壓入土層中。鋼管可截成1.0m長的若干段，用特制的套筒接頭將鋼管段連接起來，當樁很長或者土中有障礙物時，應焊接上面的接頭。

（3）當鋼管頂入土層中時，每隔一定時間，根據(jù)土的性質，用合適的取土工具將土取出，但應避免坑周圍土的軟化。

（4）樁段經(jīng)過交替頂進、清孔和接高后，直至樁尖到達設計深度。

（5）當樁已達到要求的設計深度并且清孔完畢后，可以在鋼管中直接灌注混凝土（當鋼管中無水時），或者先在管底用“砂漿塞”封閉，待其硬結后再抽干管中的水，然后灌注混凝土并振搗密實。

（6）將壓入樁與原有基礎梁澆灌在一起，形成整體連接以承受荷載。

灌注樁托換是利用擱置在灌注樁上的托梁或承臺支承既有建筑物的柱和墻的托換方法，根據(jù)成孔方式的不同，可分為螺旋鉆孔灌注樁、潛水鉆孔灌注樁和人工挖孔灌注樁等。灌注樁托換適用于具有沉樁設備所需凈空條件的既有建筑物的托換加固。當樁必須穿過存在障礙物的地層；或被托換建筑物較輕，或上部結構條件較差，不能提供合適的千斤頂反力；或樁必須設置很深、費用很高等情況時應考慮采用灌注樁托換。

各種托換灌注樁的適用條件宜符合下列規(guī)定：

（1）螺旋鉆孔灌注樁適用于均質粘性土地基和地下水位較低的地質條件；

（2）潛水鉆孔灌注樁適用于粘性土、淤泥、淤泥質土和沙土地基；

（3）人工挖孔灌注樁適用于地下水位以上或土質透水性小的地質條件。當孔壁不能直立時，應加設磚砌護壁或混凝土護壁以防塌孔。灌注樁托換所需施工空間小，操作靈活，可根據(jù)實際需要變動樁徑和樁長，能在密集建筑群而又不停工、不搬遷的條件下施工。

樹根樁托換是在既有基礎的兩側穿透基礎設置多束樹根樁來承托、加強既有基礎的托換方法。鉆孔穿過既有建筑物的基礎進入地基土中至設計標高，清孔后放入鋼筋，再用壓力泵灌注水泥漿、水泥砂漿或細石混凝土，邊灌、邊振、邊拔管，最后形成樹根樁，對既有基礎構成托換。

樹根樁托換所需場地較小，施工時噪音和振動小，不需要對被托換的地基、基礎或墻柱等作切割或開挖，對被托換建筑物比較安全，也可不干擾建筑物的正常使用；樁截面小，能使樁身、墻身和基礎聯(lián)合成一體，壓力灌漿能使樁體與地基緊密結合，除能支承垂直荷載、抗拔、抗側向荷載和抗傾覆力矩外，還能加固地基；施工操作都可在地面上進行，比較方便；樁孔很小，對墻身和地基土幾乎不產生任何應力。由于是在地基的原位置上進行加固，且不需要繁重的輔助結構，完工后的加固體不會損傷原有外觀，因此古建筑的修復應優(yōu)先考慮采用。

樹根樁托換法適用于既有建筑物的修理和加層、古建筑整修、地下鐵道穿越、橋梁工程等各類地基的處理與基礎加固，以及增強邊坡的穩(wěn)定性等。適合于碎石土、砂土、粉土和粘性土等各種不同的地基土質。施工時可根據(jù)工程要求和地層情況，采用不同鉆頭和鉆進時的護孔方法。在鋼筋混凝土基礎或磚石結構基礎上鉆進開孔時可采用牙輪鉆頭、合金鋼鉆頭或鋼粒鉆頭；在軟粘土中鉆進時可選用合金肋骨式鉆頭，使巖心管與孔壁間增大一環(huán)狀間隙，防止軟粘土縮徑造成卡鉆事故；在強風化巖層上鉆進時，應采用外嵌合金鉆頭。 2100433B