坑式托換簡(jiǎn)介

隨著我國(guó)工程項(xiàng)目建設(shè)發(fā)展，建筑物各種復(fù)雜地基情況不斷出現(xiàn)，其中不乏因地基處理不當(dāng)，地基沉降差大，導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件開(kāi)裂等破壞現(xiàn)象，建筑物本身的空間限制了機(jī)械設(shè)備的施工，坑式托換技術(shù)是解決此類(lèi)問(wèn)題的有效途徑之一。

托換技術(shù)是在20世紀(jì)30年代興起的，我國(guó)的相關(guān)地基處理技術(shù)規(guī)范也列入了托換技術(shù)。其中托換技術(shù)的具體方法包括基礎(chǔ)加寬和加深托換、樁式托換、基礎(chǔ)減壓和加壓相應(yīng)托換、樹(shù)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(jié)構(gòu)，獨(dú)立基礎(chǔ)，其中A軸地基標(biāo)高為－2．5m，1～5軸獨(dú)立基礎(chǔ)尺寸為2．4m×2．4m，6軸獨(dú)立基礎(chǔ)尺寸為2．8m×3．4m，基礎(chǔ)持力層為回填地下車(chē)庫(kù)基坑時(shí)的填土，填土厚度約為4．6m，設(shè)計(jì)要求填土為2∶8夯實(shí)灰土，壓實(shí)系數(shù)不小于0．95；B 軸、C 軸基底標(biāo)高－7．1m，基礎(chǔ)持力層④層黃土狀粉質(zhì)粘土，該處地下部分為地下車(chē)庫(kù)。

因?qū)μ钔撂幚聿坏轿唬临|(zhì)松散，均勻性差，含水量較高，壓縮性高，導(dǎo)致該建筑物梁、板及柱出現(xiàn)裂縫，部分填充墻存在開(kāi)裂，須對(duì)地基進(jìn)行加固處理 。

根據(jù)勘探結(jié)果，結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料，本區(qū)地下水位埋深在48．0m以下，對(duì)基樁施工無(wú)影響 。

1　加固方案選擇

之前建設(shè)單位已經(jīng)對(duì)該建筑物進(jìn)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(diǎn)辦公，部分為餐飲店，加固施工不得在室內(nèi)操作，不得影響其正常營(yíng)業(yè)?？紤]到各種因素，擬采用坑式托換技術(shù)進(jìn)行加固處理，并對(duì)樁側(cè)填土進(jìn)行高壓注漿處理。

2　樁頂荷載取值

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位提供參數(shù)，1～6軸與A軸交叉處的獨(dú)立基礎(chǔ)基底荷載情況。

3　坑式托換設(shè)計(jì)計(jì)算

（1）　初步設(shè)計(jì)參數(shù)

基樁設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高為－2．5 m，樁徑為1　100mm（含鋼筋混凝土護(hù)壁厚度），樁長(zhǎng)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(zhì)粘土，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，為防止混凝土干縮導(dǎo)致樁頂與獨(dú)立基礎(chǔ)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(jì)算

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

（3）　變形計(jì)算

變形計(jì)算主要考慮2個(gè)方面：一方面考慮地基加固施工對(duì)基礎(chǔ)持力層面積消弱所引起的附加沉降，另一方面地基基礎(chǔ)形式調(diào)整后建筑物的最終沉降變形。

原設(shè)計(jì)建筑物為獨(dú)立基礎(chǔ)，基底標(biāo)高為－2．5m，基礎(chǔ)持力層為填土，壓縮層深度不超過(guò)－10．0m，經(jīng)地基加固后建筑物基礎(chǔ)形式調(diào)整為樁基礎(chǔ)，基樁樁端標(biāo)高為－13．1m，超出了原壓縮層深度，勢(shì)必產(chǎn)生二次沉降變形。根據(jù)基底壓力準(zhǔn)永久組合值、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)條款及巖土工程勘察報(bào)告，計(jì)算地基加固完成后各個(gè)獨(dú)立基礎(chǔ)沉降變形。

（4）樁側(cè)及樁頂高壓注漿

基樁上部樁周土為填土，結(jié)構(gòu)松散，承載力低，遇水塌陷，為避免其對(duì)基樁穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響及減小其對(duì)基樁的下拉荷載，在基樁混凝土灌注完成2天后對(duì)樁側(cè)采取高壓注漿處理，每一標(biāo)高為4孔，呈發(fā)散性布置，填土范圍內(nèi)共布置3層，標(biāo)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(dú)立基礎(chǔ)間存在微小縫隙的隱患，在樁側(cè)高壓注漿的同時(shí)，對(duì)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(chǔ)持力層面積率大，建筑物無(wú)連梁、圈梁等縱向連接構(gòu)件，整體性差，即使采取間隔施工也可能引起獨(dú)立基礎(chǔ)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(duì)加固效果做出評(píng)估，在地基加固施工及建筑物使用過(guò)程中須對(duì)建筑物進(jìn)行沉降觀測(cè)，1軸～6軸框架柱上均設(shè)置了沉降觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)頻率為1次/天。

加固施工原計(jì)劃分3次完成，因現(xiàn)場(chǎng)條件限制，目前1軸、2軸上2根樁還未施工。實(shí)際的施工進(jìn)度為：3軸、5軸2根樁為第1批，施工時(shí)間為第1～9天；4軸、6軸（其中1根）2根樁為第2批，施工時(shí)間為第10～15天；6軸（另外1根）1根樁為第3批，施工時(shí)間為第16～24天。第25～37天為施工間歇階段，對(duì)應(yīng)上述施工進(jìn)度將沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)分為4個(gè)周期進(jìn)行分析整理。

1）在3軸與5軸坑式托換施工期間，其對(duì)應(yīng)沉降觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于其他觀測(cè)點(diǎn)未出現(xiàn)明顯的沉降變形過(guò)大；同樣在4軸與6軸（其中1根）坑式托換施工期間，其對(duì)應(yīng)沉降觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于其他觀測(cè)點(diǎn)未出現(xiàn)明顯的沉降變形過(guò)大。也就是說(shuō)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(shù)是一種既有建筑物地基基礎(chǔ)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(wèn)題。

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

壓入樁托換亦稱(chēng)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(duì)樁的支撐將建筑物托住。千斤頂上的反力梁可以利用原來(lái)基礎(chǔ)下的基礎(chǔ)梁或基礎(chǔ)板。如果原基礎(chǔ)沒(méi)有基礎(chǔ)梁或基礎(chǔ)板，可以先加固建筑物的底層墻體，然后再進(jìn)行壓入樁托換。

該方法適用于條形基礎(chǔ)的托換加固。托換樁的平面布置按墻體中心軸線或基礎(chǔ)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(gè)托換坑的位置應(yīng)避開(kāi)門(mén)窗等墻體薄弱部位。

當(dāng)?shù)鼗泻休^多的大塊石、堅(jiān)硬黏性土或密實(shí)的砂土夾層時(shí)，由于樁壓入時(shí)難度較大，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，其適用與否。

對(duì)于上硬下軟的地層，會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩阻力的欠固結(jié)土，不能提供千斤頂反力的或嚴(yán)重開(kāi)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(kāi)挖豎向?qū)Э雍蜋M向?qū)Э印?

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)的壓入樁所承受的荷載，使用直徑300~450mm的開(kāi)口鋼管（或0.2m×0.2m的預(yù)制鋼筋混凝土方樁），用設(shè)置在基礎(chǔ)底面下的液壓千斤頂將其壓入土層中。鋼管可截成1.0m長(zhǎng)的若干段，用特制的套筒接頭將鋼管段連接起來(lái)，當(dāng)樁很長(zhǎng)或者土中有障礙物時(shí)，應(yīng)焊接上面的接頭。

（3）當(dāng)鋼管頂入土層中時(shí)，每隔一定時(shí)間，根據(jù)土的性質(zhì)，用合適的取土工具將土取出，但應(yīng)避免坑周?chē)恋能浕?

（4）樁段經(jīng)過(guò)交替頂進(jìn)、清孔和接高后，直至樁尖到達(dá)設(shè)計(jì)深度。

（5）當(dāng)樁已達(dá)到要求的設(shè)計(jì)深度并且清孔完畢后，可以在鋼管中直接灌注混凝土（當(dāng)鋼管中無(wú)水時(shí)），或者先在管底用“砂漿塞”封閉，待其硬結(jié)后再抽干管中的水，然后灌注混凝土并振搗密實(shí)。

（6）將壓入樁與原有基礎(chǔ)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(tái)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(shè)備所需凈空條件的既有建筑物的托換加固。當(dāng)樁必須穿過(guò)存在障礙物的地層；或被托換建筑物較輕，或上部結(jié)構(gòu)條件較差，不能提供合適的千斤頂反力；或樁必須設(shè)置很深、費(fèi)用很高等情況時(shí)應(yīng)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(zhì)粘性土地基和地下水位較低的地質(zhì)條件；

（2）潛水鉆孔灌注樁適用于粘性土、淤泥、淤泥質(zhì)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(zhì)透水性小的地質(zhì)條件。當(dāng)孔壁不能直立時(shí)，應(yīng)加設(shè)磚砌護(hù)壁或混凝土護(hù)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(shí)際需要變動(dòng)樁徑和樁長(zhǎng)，能在密集建筑群而又不停工、不搬遷的條件下施工。

樹(shù)根樁托換是在既有基礎(chǔ)的兩側(cè)穿透基礎(chǔ)設(shè)置多束樹(shù)根樁來(lái)承托、加強(qiáng)既有基礎(chǔ)的托換方法。鉆孔穿過(guò)既有建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)入地基土中至設(shè)計(jì)標(biāo)高，清孔后放入鋼筋，再用壓力泵灌注水泥漿、水泥砂漿或細(xì)石混凝土，邊灌、邊振、邊拔管，最后形成樹(shù)根樁，對(duì)既有基礎(chǔ)構(gòu)成托換。

樹(shù)根樁托換所需場(chǎng)地較小，施工時(shí)噪音和振動(dòng)小，不需要對(duì)被托換的地基、基礎(chǔ)或墻柱等作切割或開(kāi)挖，對(duì)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(chǔ)聯(lián)合成一體，壓力灌漿能使樁體與地基緊密結(jié)合，除能支承垂直荷載、抗拔、抗側(cè)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(jìn)行，比較方便；樁孔很小，對(duì)墻身和地基土幾乎不產(chǎn)生任何應(yīng)力。由于是在地基的原位置上進(jìn)行加固，且不需要繁重的輔助結(jié)構(gòu)，完工后的加固體不會(huì)損傷原有外觀，因此古建筑的修復(fù)應(yīng)優(yōu)先考慮采用。

樹(shù)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(lèi)地基的處理與基礎(chǔ)加固，以及增強(qiáng)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(zhì)。施工時(shí)可根據(jù)工程要求和地層情況，采用不同鉆頭和鉆進(jìn)時(shí)的護(hù)孔方法。在鋼筋混凝土基礎(chǔ)或磚石結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上鉆進(jìn)開(kāi)孔時(shí)可采用牙輪鉆頭、合金鋼鉆頭或鋼粒鉆頭；在軟粘土中鉆進(jìn)時(shí)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(qiáng)風(fēng)化巖層上鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)采用外嵌合金鉆頭。 2100433B