探悉地基基础工程的处理分析措施

陈千祥

近些年来,随着我国对地基基础加固技术的深入研究以及各类施工机具的研制,地基基础加固技术在全国各地得到了大量应用,国家有关部门也相应制定了JGJ 123-2000既有建筑地基基础加固技术规范等技术规范、标准,有力地促进了该项技术的规范化实施。但是在实际工程操作中加固设计往往偏于保守,没有充分对基础的极限承载能力进行分析,常常造成人力、物力的浪费。本文以仿湖公共交通枢纽中心地基基础工程加固为例,通过分析其具体情况,提出加固处理方案。

1 地基基础工程加固原则与程序分析

1.1 地基基础工程加固原则

基础与地基的加固工程属于现有结构的地下加固工程,其难度、造价、施工持续时间等往往比新建筑物更多更大,此外还可能涉及停产或居民动迁等问题。因此在加固时宜尽可能考虑周详,根据结构特点、土质情况选择合理的加固方案,在确定是否加固及采用何种加固方案时应考虑下列原则:1)挖掘地基潜力。当现有建筑地基基础状态良好、地质条件较好时,应尽量发挥地基与基础的潜力。如考虑建筑物对地基的长期压密使原地基的承载力提高;考虑地基承载力的深宽修正。2)确定计算地基荷载。现有建筑在进行加固时,原设计资料、计算书等未必齐全,地基的承载力也不一定用足,上部结构的加固或改建与扩建均使地基上的荷载变更,通常均会增加。如果增加后超出地基容许承载力的5%～10%左右,则一般不考虑地基基础的加固,而考虑调整或加强上部结构的刚度来解决。3)尽量采用改善结构整体刚度的措施。如加强墙体刚度,加强纵横墙的连接等,可使结构的空间工作能力加强,从而有助于减轻不均匀沉降或减少绝对沉降,因在地基与基础的计算理论中未考虑上部结构空间工作的影响。4)尽量采取简易的结构构造措施。如在基础抗滑能力不足时增设基础下的防滑趾;在基础旁边设置坚固的刚性地坪;在与相邻基础间设置地基梁将水平剪力分担到相邻基础上等。

总之,在考虑地基基础问题时,不应孤立地仅考虑地基与基础本身,还应着眼于结构与地基的共同作用,可用加强上部的办法来弥补地基方面的不足;可用较简单的地下浅层操作来代替深层或水下操作。

1.2 地基基础工程加固原程序

建筑物基础加固时按以下程序进行:1)查明建筑物破坏的原因;2)经选择、优化后确定建筑物基础加固方案;3)确定建筑物基础加固施工的技术措施与应变方案;4)进行地基加固或基础托换;5)进行基础与承台加固及二者的连接;6)纠偏;7)结构加固补强。

4)～7)也可根据实际方案进行调整,可减少或合并某些步骤。

2 地基基础工程加固方法分析

2.1 注浆加固基础法

基础补强注浆适用于基础有裂缝时的加固。浆液一般可用水泥浆,水灰比可采用0.5～0.6,也可采用环氧树脂等浆材。设计施工方法:先在基础裂缝处钻孔,对单独基础每边不少于2孔,对条形基础可沿基础纵向每1.5 m～2.0 m布置钻孔,并不少于2排。注浆管直径约25 mm,与水平面的倾角不小于30°,以利流动。钻孔直径约28 mm并较注浆管大2 mm～3 mm。孔距0.5 m～1.0 m,注浆压力可取0.1 MPa～0.3 MPa,影响半径约0.3 m～0.6 m。一般压力越大,注浆的有效半径越大。

2.2 扩大基础底面积法

当地基或基础底面积不足时,可用混凝土套或扩大基底面积。当基底荷载偏心时则采用不对称套,中心荷载则用对称套。灌注混凝土前应在原基础涂上混凝土界面剂或凿毛洗净后铺一层相同强度等级的水泥浆,以增强新老混凝土的粘结。对加宽部分的地基应铺设垫层,材料和厚度与已有部分的垫层相同。

素混凝土套的台阶高宽比应符合地基基础规范的要求。沿高度方向应设置锚固筋以加强老部分连接和抗剪。钢筋混凝土套亦须在新旧混凝土间设锚筋、锚栓或灌环氧。

条形基础加宽时可沿纵向分段进行,分段长度为1.5 m～2 m。

扩大的宽度部分底面应不低于原有基底。

2.3 锚杆静压桩托换法

锚杆静压桩托换不需要在基础下挖坑,只在基础上打孔设上锚杆,作为千斤顶的反力架,另在基础上打桩孔,通过桩孔向地基中压桩,其优点是占地面积小,只要1 m×1 m的工作范围,无噪声,无需高的净空。

适用条件:泥、淤泥质土、黏性土、粉土与人工填土等触探比贯入阻力小于8 MPa,且地下水位低于预期坑底的场合。

施工工艺:1)现在原基础顶面标出压桩孔与锚杆孔位置,人工或电钻成孔。压桩孔易下大上小,以利基础承受桩的冲切;2)向锚杆孔中插入锚杆,与基础锚固,安装锚杆静压反力架;3)向压桩孔中插入第一节桩,放上千斤顶,用千斤顶将桩压入孔中。再压第二节桩,如此连续作业;4)桩身可用钢管或200 m×200 mm,300 mm×300 mm的C30钢筋混凝土桩,每节桩长由现场容许的施工净空高度确定,接头方法要求焊接;5)当达到设计要求的深度与压桩力(设计荷载的1.5倍),拆去千斤顶与反力架;6)将桩头截短,凿毛。对压桩孔也凿毛并清除孔内杂物,浇筑C30微膨胀早强混凝土将其封死;7)必要时可在原基础上增设基础梁;8)当需要防止桩在卸载后回弹,可参照坑式静压桩加预应力的方式,令桩在不卸载条件下封桩并与基础融为一体。

3 某地基基础工程加固案例分析

某教学楼为纯框架结构6层,局部7层,平面呈L形。最大柱网为6 000 mm×7 000 mm,采用内走廊,占地面积约2 500 m2,建筑面积13 246 m2,抗震烈度6度。设计有一条伸缩缝,共计106根柱。工程所处地质条件较为复杂,该建筑整个场地经过人工回填,回填前为岗丘冲沟,局部为水库,水库回填前未抽水。

根据以上地质条件,设计人员把基础设计为单桩形式的人工挖孔桩,持力层选为⑤层全风化砂岩,⑥层强风化砂岩。除伸缩缝处为两柱一桩外,其余为每柱一桩,92根人工挖孔桩,桩直径为900 mm～1 500 mm,最大设计承载力6 800 kN。

3.1 处理方案

根据《建筑桩基技术规程》和工程的实际情况,业主、设计单位、监理单位、检测单位、勘测单位和施工单位均认可对二类桩需进一步处理,对三类桩(共计19根)采取静压锚杆桩进行处理。

3.2 布桩设计

1)单桩设计承载力:加桩设计为每根锚杆静压桩的设计承载力为400 kN,终压力为600 kN。

2)桩数:在每根柱基承台下基桩数量为对称的4根,但考虑到部分土层中存在孤石,因此在每根柱下承台施工时在8个方位预留8个压桩孔,同时预理HRB335F25的螺纹钢筋作为锚杆。

3)桩身设计。采用200 mm×200 mm的断面,每节桩长为2 m,采用C25混凝土,主筋配有HRB335,4F14。采用硫磺胶泥接桩。

3.3 压桩设备

压桩设备现场组装设计。格构式的钢支柱加工字钢横梁。

[1] JGJ 123-2000,建筑地基基础加固技术规范[S].

[2] GBJ 7-89,建筑地基基础设计规范[S].

[3] 李邵同.山区建筑地基基础常见的主要问题与防治[J].中国西部科技,2006(1):12-13.

[4] 张立人.建筑结构检测、鉴定与加固[M].武汉:武汉理工大学出版社,2003.

[5] 黄生根,曹 辉.软土地基中应用后压浆技术的机理研究[J].岩土工程技术,2002(1):25.