压桩掏土法在基础纠偏与托换加固过程中的应用

唐 坚

(五矿二十三冶建设集团第一工程有限公司，湖南 湘潭 411201)

在长江中下游地区分布着广泛的河相和湖相沉积的软土地层，这种软土含水量大、有机质含量多、压缩性高，强度低、分布不均匀。在这种地基土上建造的多层民用建筑，大多利用其表层的硬壳层作为拟建建筑的天然地基持力层，但由于这种硬壳层粘土虽相对于下伏淤泥质软土稍硬，但其强度也很低，同时其厚度极不均匀，加之下伏淤泥质软土的影响，会产生相当大的沉降甚至变形破坏。

在这种工程地质特性的地基土上，以天然硬壳层作基础持力层的建筑物，其沉降变形是较大且发展缓慢的，有些甚至达几十年之久。如果不均匀沉降持续发展，可导致倾斜甚至破坏(如裂隙、裂缝、倒塌等)。究其原因，主要是:①持力层强度低、厚度薄且不均匀;②软弱下卧层厚且过软。对于此类场地已建成的建筑物，均产生不同程度的变形，对其变形过大的已建建筑，曾尝试过采用多种技术方案(如树根桩、压密注浆等)处理，但效果都不甚理想。而本文介绍的锚杆静压桩托换加固结合掏土纠偏的方法，方案可靠、工程费用较低，取得了较为理想的效果。

1 工程背景

湖南省长沙市某住宅小区，其浅部地层为湘江漫滩泥沙沉积成因，该处的多层住宅多直接建在表层的硬壳层上。

1.1 工程地质概况

该场地归纳起来，可分为三层:

第①层粘土:即所谓的硬壳层，新近沉积，灰褐、灰黄色，软塑状，湿，层厚1.5－2.5m不等，其静力触探试验的比贯入阻力Ps值平均为0.80MPa，含水量 ω =40%、孔隙比 e=1.0，液性指数 IL=0.6，压缩系数 а1 －2=0.50MPa－1，承载力特征值fa=110kPa左右。

第②层淤质土:灰色、灰黑色，软流塑状，饱和，含有机质、少量腐植质，层厚11.0－14.0m左右，其静力触探试验的比贯入阻力Ps值一般为0.30－0.55MPa，含水量 ω=50%，孔隙比e=1.2，液性指数1L=1.2，压缩系数 а1 －2=0.70MPa －1，承载力特征值fa=50－70kPa左右。

第③层砂砾卵石土:褐色、褐灰色，中密至密实状，砾卵石含量一般大于50%，重型动力触探试验N63.5击数大于10击/10cm，其厚度一般大于3m，多作端承桩的桩尖持力层，其承载力特征值fa=300kPa。

1.2 工程概况

该场地上的建筑多为五层砖混结构的住宅楼，为钢筋砼条形基础，建筑物的上部结构刚度较好。以某五层住宅楼为例，其平面尺寸为49.9×9.0m2，三个单元，在东侧第一与第二单元处基础设置有伸缩缝，基础宽度1.0－2.0m不等，基础直接设置在第①层粘土层上(距原自然地面0.5m)。该建筑在加固纠偏前，沉降倾斜状况均已大大超过国家相关规范标准(见附表1)，必须采取纠偏及加固措施。

2 纠偏加固设计方案

为从根本上解决建筑物的沉降与倾斜问题，必须首先对建筑物的基础进行托换加固，满足承载力的要求，而后才能着手纠偏，解决建筑物的倾斜问题。

基于上述情况及特点，特采用压桩掏土法进行加固与纠偏。

为此，首先在建筑物沉降大的一侧压桩，并立即将桩与基础锚固在一起，起到迅速制止建筑沉降的作用，使其处于沉降稳定状态;然后在沉降小的一侧进行掏土，减少基础底面下的地基土的承压面积，增大对基底压力，使地基土达到塑性变形，造成建筑物缓慢而又均匀的回倾;在掏土一侧，则设置少量保护桩，以提高回倾后建筑物的永久稳定性。

2.1 静压锚杆桩加固情况简介

首先，对该楼南侧基础进行托换加固:按设计孔位压入锚杆桩，以第③层砂砾卵石土作桩尖持力层，并用钢筋砼将桩顶与基础牢固连接，既补足了南侧的基础的承载力，又制止了南侧的沉降继续发展。预制桩截面为250mm×250mm，桩段长2.5m/节，分6节施工，桩位中心与墙体中心线距离不大于450mm，锚杆桩接头采用硫磺胶泥，第一阶段锚杆静压桩按图1中所示设置，待这阶段桩全部压完并做好一切准备工作后，依次分四批浇注砼固定:第一批为8、9、7、10;第二批(二天后)为 5、6、11、13;第三批(又二天后)为 4、3、15、17;第四批(又二天后)为1、2、19、20.第二阶段锚杆静压桩可先设置预留桩孔，其施工时间视纠偏进程和沉降情况确定。

第二步，对该楼北侧基础进行托换加固准备:在掏土一侧，按设计孔位压入 27、30、31、32、28、29 锚杆桩，但不封顶。

2.2 钻孔掏土纠偏情况简介

由于该楼南北侧的沉降差最大已达120mm左右，而纠偏的目标是迫使E轴、F轴条形基础下沉70mm－80mm，使南北侧的沉降差减少到30mm左右，以满足规范要求。为此，先在北侧基础，按设计孔位在地基中钻斜孔取土，利用软土侧向变形的特点，造成地基侧向应力解除，加快北侧基础的下沉;从而调整建筑物的沉降差异。该楼北侧掏土共进行了三次，掏土时间为44天，共计完成掏土孔49个，其中该楼西面为5个，北侧44个，孔深10.0－12.0m，孔径300mm，钻孔角度为40－60度斜角，采用地质岩芯钻机打孔。

3 工程处理效果

在该楼的南侧条形基础下共压入13根桩，而后，开始掏土，前两周日沉降量即开始趋缓，日沉降量减至V=0.20－0.33mm/d，在桩顶封顶28天后，封顶混凝土强度增至一定值后，沉降基本稳定，南侧条形基础各测点的日沉降量仅有V=0.00－0.17mm/d;同时在基础北侧停止掏土，且设置的保护桩开始起作用后，北侧条形基础各测点的日沉降量仅有V=0.00－0.15mm/d，沉降情况表明，南、北侧条形基础的加固工程已经见效。经过9 个月(1999.2.6 －1999.11.1)的努力，该建筑的加固纠偏取得了圆满的成功。

表1

沉降数据(表1)表明，该楼经纠偏加固后，沉降速率比加固前大大减缓，沉降南北对应测点的沉降差比加固前大大减小，平均沉降速率V=0.026mm/d，已经趋于稳定，说明基础的托换加固达到了目的，同时，根据南北向平均倾斜 KNS=0.20% ＜0.7%［规范(JGJ125－99)标准］，说明该建筑已达到纠偏的验收标准。加固前有一些窗口的顶部和底部出现的斜裂缝未再扩展，这说明业已裂损的结构已经相对稳定在合理范围内。

4 结论

(1)锚杆静压桩压入前，必须严格检查接头是否平整、完好，压入前需对不合要求的接头修补好，并有足够的养护时间，压桩最后深度按标高控制，即末节桩顶应略低于基础底面50－100mm.锚杆的布置、构造及施工联结和桩帽的封顶应符合《锚杆静压桩技术规程》的要求。

(2)必须做好沉降观测工作并及时分析，用以指导纠偏和信息化施工，自始至终严格控制沉降的速度，任何测点的沉降速率都不得超过v=2mm/d，一旦发现沉降的速度过快或反常，必须立即查明原因，采取果断措施控制沉降的速度，调整各点的沉降速率;

(3)建筑物的合理回倾速率应小于4mm/d，并在纠偏掏土过程中切实贯彻均匀、缓慢、平移的原则;纠偏工作一定要遵循由浅到深，由小到大、由稀到密的原则，须经沉降－稳定－再沉降－再稳定的反复调整过程，才能达到纠偏目的。

(4)钻孔掏土，校正倾斜，是纠偏的关键，须非常认真、谨慎。钻孔的掏土部位应位于条形基础下方，掏土钻孔必须遵循对称取土、天天监测、及时高速的原则。在钻孔取土的同时，可辅以高压冲刷措施，利用旋转高压水柱在一定深度范围内切割土体形成泥浆，然后再用泥浆泵抽出，造成土体侧向变形的有利条件，使建筑物按预定方向复位。

［1］YBJ227－91，锚杆静压桩技术规程［S］.

［2］江正荣.地基与基础施工手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997.

［3］叶书麟，韩杰，叶观宝.地基处理与托换技术(第二版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，1994.

［4］GB50007－2002，建筑地基基础设计规范［S］.