摘要：結合工程實例,對廠房地基基礎加固的前后兩種處理方案,即壓力灌漿加固和靜力壓樁加固法進行了分析比較,對如何選擇最合適的處理方案作了有益的探討。
關鍵詞：基礎加固壓力灌漿
改革開放以來,建筑業(yè)迅速發(fā)展,建筑工程質量逐年提高,但工程質量事故還時有發(fā)生,造成了許多不應有的損失。這是由于各地區(qū)的工程地質條件不同,土層分布、土的物理力學性質不同,既使同一建筑場地,往往土質也不均勻,在進行工程勘察、工程設計與施工中,如果對地基條件掌握不全,處理不當,就可能導致事故的發(fā)生,這些都會給國家和人民造成不應有的損失。因此,準確分析事故,合理地處理事故,是當前建筑業(yè)亟待解決的一個大問題。目前對已建建筑物的加固處理的方法有許多種,但常用的有以下兩種:
(1)灌漿加固:用鉆機在基礎上成孔至要加固的土層,然后用高壓灌漿設備將配制好的水泥化學漿液灌入地層,通過劈裂、擠壓作用,使土層與漿液產生物理化學反應而膠結,從而達到改善土體結構和性能的目的,提高土體的強度。(2)靜力壓樁加固:利用建筑物的承重柱重力作為反力,通過一套液(油)壓設備,把預制樁分節(jié)壓入土中,上下節(jié)樁接駁用預埋角鐵焊接。壓樁由液壓控制,當壓力達設計荷載并基本滿足計劃樁長要求時則終樁,終樁時的單樁承載力可直接從壓樁設備的儀表中反映出來。終樁后將壓入樁的樁頭鋼筋與原基礎鋼筋焊接,并澆注砼承臺與基礎連為一體,從而將上部結構的荷載通過樁直接傳遞到堅硬土層。
(2)毫無疑問,已建建筑物出現不均勻沉降,無論是采取灌漿加固還是靜力壓樁加固,都會給工程造成一定的損失,此時應考慮的是如何將損失降到最低限度。
1工程實例
1.1工程概況鶴山市某廠房為一幢高四層,框架結構的建筑物,長55.0ｍ,寬15.0ｍ,占地面積825ｍ2,原設計采用人工挖孔樁基礎,由于場地工程地質情況復雜,廠房中段和東段分別分布有一層厚為3～6ｍ和7～9ｍ的流塑狀淤泥,使建筑區(qū)內部分地段挖孔樁方案無法實施,而改用條形基礎下的砂墊層方案(墊層厚度1.00ｍ),而西段淤泥層較薄(厚1～2ｍ),卻澆注了16條樁柱,于是同一建筑物采用了兩種在受力和變形方面完全不同的基礎型式。廠房于1992年10月建成,使用期間發(fā)現不均勻沉降,導致廠房結構出現嚴重拉裂和剪切破壞,危及安全使用。1.2場地工程地質概況經對廠房場地進行工程地質勘察,其地層結構在揭露深度
2內由上至下依次為:(1)填土:淺黃色,土質松軟,層厚0.79～2.00ｍ。(2)粉質粘土:灰～灰黃色,上部0.40～0.60ｍ為耕土,軟塑,Ｎ=2擊,ｆｋ=80～90ｋＰａ。(3)淤泥(泥炭土):黑褐色,局部夾粉土,流塑,Ｎ=1～2擊,ｆｋ=40～60ｋＰａ,層厚0.00～7.87ｍ,層面埋深1.00～3.75ｍ。(4)花崗巖風化坡積土;土性為砂質粘性土,灰白、淺黃色,含中粗礫,可塑,Ｎ=5～13擊,ｆｋ=100～230ｋＰａ,層厚1.70～7.30ｍ,層面埋深2.10～9.07ｍ。(5)花崗巖風化殘積土;土性為砂質粘性土,淺黃褐色,含中粗砂,可塑～硬塑,Ｎ=13～24擊,ｆｋ=230～320ｋＰａ,層厚2.90～9.00ｍ,層面埋深4.00～12.26ｍ。(6)強風化花崗巖:Ｎ>50擊,層面埋深8.17～22.68ｍ。
1.3沉降原因分析
(1)地質因素:據鉆探揭露,廠房建造在一條山坡沖溝的邊麓地段,地下水豐富,水位埋深約0.30ｍ,淤泥(含腐木)等軟土的分布極不均勻,層厚由西向東遞增,這是造成廠房不均勻沉降的客觀因素。
(2)結構因素:同一棟廠房,采用了兩種不同的基礎型式,地質條件較好的西段,采用人工挖孔樁基礎,樁端支承在堅硬狀的殘積土層里,而地質條件極差的東段,則采用了條形基礎下的砂墊層,墊層厚僅1.0ｍ,未作壓密處理。根據推算,采用樁基礎的最終下沉量僅為1.4ｍｍ(設樁長10ｍ,進入堅硬狀土層),而采用條形基礎下砂墊層處理的基礎經推算仍有200ｍｍ的沉降量,條形基礎的剛度起不到變形(沉降)調節(jié)作用,因此導致廠房的不均勻沉降,影響到廠房的安全使用,所以必須盡快處理。
2加固方案為確保該廠房的安全使用,對該建筑物的處理宜把上部結構的加固和地基的處理結合起來進行。先處理地基,以控制地基的繼續(xù)沉降,后加固上部結構。根據鉆探和變形測量資料顯示,對廠房地基的加固可采用壓力灌漿補強和靜力壓樁等方法,但根據業(yè)主的要求以不影響生產為原則,同時受場地工程地質條件的影響,決定采用壓力灌漿加固法。
壓力灌漿加固本次加固目的旨在通過漿體的滲壓改善軟土地基的承載力和壓縮(變形)模量,逐漸減少地基的沉降量,以滿足廠房的使用要求。
2.1.1機理以一定的液壓,將水泥和化學漿通過雙液管注入土中,并使之迅速凝固,同時對軟土進行割裂、擴散擠壓和充填,并伴隨一定的物理化學作用,一方面促使?jié){體,在軟土中形成脈狀充填;另一方面又使軟土產生壓縮和脫水固結,從而達到加固的目的。
2.1.2工藝流程制漿→成孔下管→液壓注漿→割裂→擠壓與充填→固結。
2.1.3技術措施灌漿孔的布置:按每根柱位的四周布置4個孔,孔距1.5～1.9ｍ不等,加固深度4.0～10.5ｍ,深孔底部進入殘積土層。注漿采用低壓、慢灌、多量工藝,以便注入較多的漿體。重復注漿:在軟土較厚的孔段,為增強注漿效果,往往在第一次注漿中,使之在一定漿壓作用的范圍內形成一道不規(guī)則的帷幕,再沖洗灌漿孔進行二次注漿,使?jié){液充分而有效的充填。先下后上或先上后下分層注漿:先下后上是成孔后漿液漿管下落至孔底,并由孔底開始注漿,而后一邊注漿一邊上拔灌漿管,使?jié){液從孔底開始擴散,以利于加固軟土;先上后下是從基礎底板深度開始注漿,而后逐漸向孔底延伸,先使砂墊層獲得有效的加固。
2.1.4施工效果分析灌漿前期的沉降情況:據了解,廠房于1992年10月建成,施工期間,施工單位自測最大沉降為80.00ｍｍ,交付使用后觀測只是間斷進行:1993年2月21日～6月1日,測得最大沉降為15.00ｍｍ,據此分析,該廠房在灌漿前期最大沉降量累計已達100.00ｍｍ。另據觀測,伸縮縫的頂部(天面)間距已明顯拉開,部分柱位的梁、板、墻均已出現裂縫。灌漿施工期的沉降:據觀測(共44ｄ),24號柱基沉降40.08ｍｍ,25號柱基34.77ｍｍ,26號柱基30.53ｍｍ。此間,由于灌漿施工導致地基應力釋放,沉降有所加大。灌漿后期的沉降:據觀測(歷時14個月),其中24號柱基沉降28.93ｍｍ(日平均2.07ｍｍ),25號柱基39.22ｍｍ(月平均2.80ｍｍ),26號柱基45.64ｍｍ(月平均3.26ｍｍ),上述數據說明:經化學灌漿處理后,柱基的沉降得到了緩解,但基礎的后期下沉仍未得到最終穩(wěn)定,為確保廠房的安全使用,必須進一步采取切實有效的措施進行加固處理。
2.2靜力壓樁加固法基于以上原因分析,這次采取的加固方案必須行之有效、一步到位、不得返工,最終選擇“靜力樁托換”進行加固。
2.2.1機理通過一套油壓設備,將預制樁分節(jié)(每節(jié)2.0～3.0ｍ)壓入土中,節(jié)與節(jié)用預埋角鐵焊接,預制樁為250ｍｍ×250ｍｍ的方樁,預估樁長15ｍ,壓樁由液壓控制,壓樁荷載控制在45～55ＭＰａ之間,當樁壓至預定深度并達到設計貫入度之壓力時,其沉降控制標準為壓樁荷載保持50ＭＰａ,每隔5ｍｉｎ沖擊一次,共沖擊三次,下沉量≤3ｍｍ,并需穩(wěn)定1ｈ,做好記錄,最終允許下沉量≤1ｍｍ。樁壓完后將樁與原基礎承臺連接起來,將上部結構的荷載通過樁基傳遞到堅硬狀殘積土中。
2.2.2設計技術參數最大壓力1000ｋＮ,單樁承載力550～900ｋＮ,預制方樁尺寸250ｍｍ×250ｍｍ,混凝土強度Ｃ30,壓樁速度2ｃｍ/ｓ,壓樁樁位和受力軸線允許偏位100ｍｍ,接樁處樁軸線傾斜度<1%。
2.2.3施工工序在設計樁位處開挖壓樁基坑,利用安裝在柱上的反力鋼夾提供反力用壓樁機壓樁,待每個承臺的靜壓樁都壓完后,將預制樁與原承臺連結成一體,由預制樁承擔結構荷載。施工過程中用水準儀進行跟蹤施工觀測,控制柱的升降量為±1ｍｍ。在施工過程中發(fā)現場地的地下水較豐富,要用抽水泵進行抽水才能進行地下作業(yè),但在抽水過程中,經水準儀監(jiān)測,發(fā)現柱的沉降速率加快(0.50ｍｍ/ｈ),立即停止抽水。后經研究,要求抽水前須對該柱進行卸荷處理,以免樁基礎產生附加沉降,確保廠房安全。即將該柱的上部卸荷,通過卸荷裝置傳遞到柱周(半徑約3.0ｍ)的土體上,共同分擔上部荷載,待該柱處理完畢3ｄ后,即混凝土基本凝固后拆除卸荷裝置,經卸荷處理的柱,6～8ｄ內,未發(fā)現明顯沉降變化,說明卸荷處理效果顯著。
2.2.4施工效果監(jiān)控加固效果的好壞,直接關系到廠房的安全動作,為檢驗加固效果,主要采取的措施是沉降觀測,其成果也是本工程竣工驗收的主要技術依據。本次加固處理對沉降值的質量指標定為:被加固的柱位其施工期間的沉降值在正常情況下累計≤10ｍｍ(指開工至施工結束),竣工后的沉降量應滿足≤2ｍｍ/月,凡滿足此質量指標者,均可判定為達到了加固效果。據施工后的觀測資料顯示,竣工后第一次(33ｄ)的沉降觀測,測得最大沉降量為-1.7ｍｍ,滿足加固后沉降值<2ｍｍ/月的質量指標,達到了加固的預期效果,質量良好。
3結論：
目前較普遍的觀點認為,壓力灌漿加固法是一種投資相對較少,快速而又有效的方法;而靜壓樁加固法則被認為是投資大且工期長,但卻很可靠的一種地基基礎加固方法。但對于本工程的條形基礎,由于其寬度有限,條基上承受上部荷載的作用,對土層產生附加應力,而條基外的土層仍為天然土層,不受外加荷載的作用,為小應力區(qū)。灌漿時,在高壓的驅動下,漿液將沿應力薄弱區(qū)(帶)進行劈裂擴散,因此,在本工程的條基下進行注漿,漿液將對條基下的土體改善作用受到限制,漿液將會跑漏到條基外的軟弱土層中。加固后的地基,雖然獲得部分改善,但其受力壓縮層仍然是條基下的砂墊層和軟土層,地基的沉降不能完全得到控制,變形仍會繼續(xù)發(fā)展,效果不會很明顯。而靜力壓樁加固法是將樁壓至地基中的硬塑狀態(tài)的砂質粘性土層中,上部結構的荷載通過樁直接轉移到深部,由堅硬狀態(tài)的土層承受,這樣條基下的砂墊層和軟土層地基處于釋荷狀態(tài),而樁的受力和傳力直接,壓樁時單樁承載力值可直接從壓樁機的儀表中反映,地基變形最終可以得到控制,故處理效果明顯。因此,遇到實際問題時應該具體問題具體分析,在采取加固措施前應從技術可行、質量可靠、安全穩(wěn)妥、經濟合理四個方面作綜合分析,選出最優(yōu)方案,否則將會使問題越來越復雜,造成的損失也會越大。
