既有建筑地基基础新型加固方法研究

蒋志军, 柯　技, 李晓岑, 张　宇

(四川省建筑科学研究院， 四川成都 610081)



既有建筑地基基础新型加固方法研究

蒋志军, 柯技, 李晓岑, 张宇

(四川省建筑科学研究院， 四川成都 610081)

【摘要】新建工程引发既有建筑地基基础的不均匀沉降，已逐渐成为新颖而普遍的工程问题。文章依托某新建隧道引发相邻既有建筑物倾斜的实际工程，针对既有建筑地基基础的不均匀沉降，开展了加固处理方法研究，提出了一种钢管桩+H型钢的新型快速加固方法，阐明了该方法的加固机理，并通过现场静荷载试验、监测数据验证了该方法的加固效果，揭示了既有建筑在加固前、加固期、加固后三阶段的沉降变形规律，全面论证了该加固方法的合理性，为今后治理类似工程问题提供了一种快速、合理、有效的参考方法。

【关键词】既有建筑；新建工程；地基基础；加固；钢管桩

近年来，随着我国城市建设的快速发展，由于新建建筑、地铁等工程需要在既有城市建筑周边进行基坑开挖，由此引发既有建筑不均匀沉降而致使其原有结构发生开裂等事故，已逐渐成为新颖而普遍的工程问题。

目前，关于既有建筑物地基基础开展的加固方法研究[1-7]，已取得了诸多成果。例如：韩金田等人[1]提出了一种新型的复合注浆法，即高压旋喷和静压等两种注浆法按时序结合所形成的复合注浆方法，并着重研究了复合注浆法的机理、特点以及用于解决工程问题；吴顺川等人[2]利用单孔复合锚杆桩技术， 对既有基础进行了加固，并对单孔复合锚杆桩的加固机理进行了初步研究；徐醒华[3]、张娜等[4]人分别针对不同的实际工程，均开展了关于锚杆静压桩法在既有建筑地基基础加固中的应用，这对不具备打桩条件的实际工程提供了较好的研究思路；聂国东[5]开展了地基基础施工中建筑物地基的加固方法研究，并详细探讨了灌浆与静压力桩等常见的建筑物地基加固施工方法。总体而言，地基基础常见的加固方法可分为注浆加固法、基础补强注浆加固法、锚杆静压桩法、坑式静压桩法、加大基础底面积法、加深基础法、树根桩法以及石灰桩法等。以上方法大多是基于地基基础因自身地基不均匀沉降或基础结构不合理等原因而开展的加固研究，而关于新建工程导致既有建筑地基基础需要加固的工程问题，则研究得较少。

因此，为解决此类新的工程问题，亟需开展新型的地基基础加固方法研究。本文依托四川遂宁某新建隧道引发相邻既有建筑物倾斜的实际工程，针对地基基础不均匀沉降而开展加固处理方法研究，基于工程实际，提出一种利用钢管桩外加H型钢连接于原有基础的新型快速加固方法，并通过现场荷载试验、监测数据验证该方法的实际加固效果。该方法为地基基础抢险加固工程的设计和施工提供了一种快速、合理、有效的研究思路。

1依托工程概况

本文依托四川遂宁某新建隧道引发相邻既有建筑物倾斜及结构开裂的实际工程，新建隧道边线与既有建筑相距4 m(图1)。既有建筑底层为钢筋混凝土框架结构，上部为6～7层(局部)砌体结构，其基础形式为钢筋混凝土独立基础、柱下及墙下条形基础。隧道开挖前，在隧道与既有建筑间采用SMW工法连续墙施工，进行隔水处理。SMW工法连续墙施工过程中，既有房屋的地坪、地梁、墙面、顶板等主体结构部位出现了不同程度的裂缝，产生了较严重的安全问题。

图1　既有建筑与新建隧道的平面位置关系

基于已有勘察设计资料，该既有建筑区域的岩土地层主要由人工填土(层厚2 m)、粉质黏土(层厚6 m)、稍密卵石(层厚1 m)、中密卵石(层厚5 m)组成，各岩土层物理力学指标见表1。

表1　岩土层物理力学指标统计

经现场监测表明(图1中J1～J8为监测点)，既有建筑临近新建工程一侧出现下沉，沉降量为22.8～29.7 mm，背离新建工程一侧出现上抬，累计上抬量为0.7～5.9 mm，该既有建筑出现了不均匀沉降。经技术鉴定分析可知，新建工程SMW工法连续墙施工造成既有建筑部分结构出现裂缝，并导致其出现明显整体倾斜，对其主体结构的使用产生了严重的安全隐患，亟需针对该既有建筑地基基础进行加固。

2加固方案研究

笔者结合既有建筑施工设计图、岩土状况及周边环境情况研究分析，既有建筑地基基础形式为条形基础，基础持力层为粉质黏土层，埋深2 m。在SMW工法连续墙施工过程中，既有房屋产生裂缝及倾斜，目前连续墙早已施工完毕。分析认为SMW工法连续墙施工时，在三轴成孔过程中，既有建筑基底粉质黏土在临近基坑侧产生侧向变形，引起地基基础不均匀沉降，而目前连续墙已施工完毕快两个月，根据地勘报告及周边环境情况分析，目前粉质黏土含水量应较大，加固施工需考虑振动对其强度影响。

常规加固方法无法满足该工程快速有效的加固要求，又考虑到成都片区建筑物普遍以砂卵石为持力层的特点，因此，本文在已有的钢管桩加固方法[8-9]的研究基础上，基于该实际工程问题，将利用钢管桩开展新型的加固方法研究。

该既有建筑的基础形式主要以条形基础为主，基础上为地圈梁，梁上为框架柱或墙体。本文采用直径140 mm、壁厚8 mm的钢管桩，在条形基础上开孔，通过打桩的方式使桩端进入中密卵石持力层；桩顶焊接H型钢，型钢平行于条形基础，在型钢上通过螺栓连接直径20 mm的三级钢筋，并将连接钢筋植入条形基础，且保证植入锚固深度不低于22倍钢筋直径，最后利用C20混凝土将整个桩顶加型钢封闭(图2、图3)。

该方法所采用的钢管桩通过锤击方式可快速进入持力层，再通过H型钢沿条形基础将所有的钢管桩桩顶并联，然后通过螺栓连接和植入锚固的方式使H型钢与条形基础连接起来，最后钢管桩便与条形基础形成整体受力结构，共同分担上部结构荷载。该方法操作简便快捷，尽管打桩对饱和粉质黏土影响较大，但可快速将上部荷载部分转移至钢管桩，从而减少建筑物的不均匀沉降以达到加固效果。

图2　钢管桩+H型钢地基基础加固平面

图3　钢管桩+H型钢地基基础加固立面

3加固效果验证分析

基于前文介绍的钢管桩+H型钢的新型加固方法，已快速应用于实际抢险工程，为进一步检测、评价其加固效果，本文通过荷载试验与现场监测相结合的方式进行验证分析。

3.1荷载试验检测

钢管桩进入持力层后，根据《建筑桩基技术规范》[10]，本文按1%且不少于抽3根的要求，进行单桩竖向静载荷试验检测。

通过钢管桩荷载试验可知，钢管桩进入中密卵石层后，单桩竖向承载力特征值达到180 kN，满足设计承载力要求。

3.2现场监测评价

针对该加固方法，在整个地基基础加固过程中(日期5-30至7-19)，进行了连续的建筑物沉降变形观测，监测点位置如图1所示(J1～J8)，监测结果见图4(沉降为负，隆起为正)。

图4　既有建筑沉降观测

据图4可知，自SMW工法连续墙施工以后(日期3-26)，J1、J4、J5、J7等临近隧道基坑边线的监测点出现沉降现象，其中以房屋平面右上角J7点的沉降速率最快、沉降量最大，截止加固开始(日期5-30)，最大沉降量达到16.3 mm；J2、J3、J6、J8等背离隧道基坑边线的监测点出现隆起现象，其中以房屋平面左下角J2点的隆起速率最快、隆起量最大，加固前的最大隆起量为2.4 mm。可见该既有房屋在SMW工法连续墙施工后出现了明显的不均匀沉降，且向隧道基坑倾斜。

图4中，日期5-30至6-21为既有房屋的加固初期，只施工钢管桩，未施工H型钢与钢管桩桩顶并联部分，该阶段上述沉降点的沉降速率、沉降量均明显增大。这主要是由于钢管桩在锤击进入持力层的过程中，对既有建筑地基产生了一定的扰动，从而带来了附加的不均匀沉降。而当采用本文钢管桩+H型钢加固方法后(日期6-21至7-19)，既有建筑的沉降现象迅速减弱并停止，隆起现象亦迅速减弱，随后原隆起部位均产生一定沉降。最终保持稳定；整个加固期仅为30d，共施工134根桩。

可见，本文所提出的新型加固方法，可快速、有效地治理新建工程引发既有建筑不均匀沉降的工程病害问题，这为解决今后工程中类似难题提供了一种较好的参考方法。

4结束语

本文依托某新建隧道引发相邻既有建筑物倾斜的实际工程，针对地基基础不均匀沉降开展了加固处理方法研究，提出了一种钢管桩+H型钢的新型快速加固方法，全面阐释了该方法的加固机理，并通过现场静荷载试验、监测数据验证了该方法具有快速、有效的加固效果，揭示了既有建筑在运用该方法加固前、加固期、加固后三阶段的沉降变形规律，全面论证了该加固方法的合理性。本文提出的钢管桩+H型钢的新型加固方法，可为今后治理类似的新建工程引发既有建筑地基基础不均匀沉降，提供了一种快速、合理、有效的参考方法。

参考文献

[1]韩金田, 刘洪波. 复合注浆法在地基基础加固中的应用研究[J]. 岩土工程界, 2001, 4(9):42-45.

[2]吴顺川, 姜春林, 张友葩, 等. 复合锚杆桩在基础加固中的应用[J]. 北京科技大学学报, 2003, 25(5):398-401.

[3]徐醒华, 付兆明, 伍锦湛. 锚杆静压桩在建筑物基础加固中的应用[J]. 建筑结构, 2004, 34(12):22-23.

[4]张娜. 锚杆静压桩法在既有建筑地基基础加固中的应用[J]. 中国西部科技, 2011(7):23-24.

[5]聂国东. 关于地基基础施工技术与加固技术的研究[J]. 科技与企业, 2013(17):177-179.

[6]陈爱新, 刘长青. 既有建筑物加固修缮勘察与地基基础加固方案选择[J]. 工程勘察, 2010(4):27-30.

[7]JGJ 123—2012 既有建筑地基基础加固技术规范[S].

[8]唐传政, 舒武堂. 微型钢管群桩在基坑工程事故处理中的应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24 (S2): 5459-5463.

[9]杨敏. 微型钢管桩施加预应力加固沉降基础的试验研究[J]. 建筑技术, 2008, 39 (6): 465-466.

[10]JGJ 94—2008 建筑桩基技术规范[S].

[作者简介]蒋志军(1974～)，男，硕士，高级工程师，主要从事地基基础学科的研究运用、质量检测。

【中图分类号】TU478

【文献标志码】B

[定稿日期]2015-11-30