[摘要] 介紹勁性微型樁在地下洞室塌陷事故中的應用, 勁性微型樁因其樁內型鋼剛度大、承載力高, 能克服因地基局部軟弱而產生的縮頸及斷樁對其承載力的影響, 在地基加固及基礎托換中應用前景較好。
濟南鋼鐵集團總公司41 號住宅樓總建筑面積為5600m 2, 分5 個單元, 在βν 、βο 軸線處設伸縮縫1 道, 建筑平面如圖1 所示。主體為6 層磚混結構, 鋼筋混凝土條形基礎, 基礎埋深-2125m , 1996 年建成使用。
圖1 建筑平面及防空洞位置
1998 年8 月發現該建筑物外縱墻窗臺下多處出現斜向裂縫, 該樓東側1、2 單元明顯向北傾斜, 建筑物在伸縮縫處明顯錯出, 檐口錯位達70mm , 頂層出現暖氣及自來水管道拉斷現象。
1 建筑物檢測結果
為查明建筑物傾斜原因, 掌握建筑物沉降及傾斜的發展速度, 為建筑物加固提供可靠資料, 對建筑物進行了以下幾個方面的檢測。
111 補充地質勘察
在建筑物外共鉆孔32 個, 發現該建筑物東側1、2 單元下有1 個廢棄防空洞斜向穿過(見圖1)。室外洞頂距地面約715m , 洞高一般為117m , 洞寬約210m。由于防空洞未做任何防護處理, 其頂部已經塌落, 且建筑物外北側已有一處塌落至地面。
本次勘察揭露土層共分5 層, 自上而下為: ① 雜填土, 灰褐色, 可塑, 濕, 厚為114～ 118m; ② 黃土狀粉質粘土, 黃褐色, 可塑, 濕～ 飽和, 層厚419～ 513m; ③ 粉質粘土, 淺褐紅色, 可塑～ 硬塑, 濕, 層厚611～ 718m; ④ 碎石土, 灰黃色, 濕, 中密～ 密實。
112 沉降觀測
經8 月12 日～ 9 月4 日現場觀測, 建筑物東側1、2 單元該段時間產生的沉降值最大為28mm , 最小為15mm , 建筑物沉降速度最大為4mm ?d。由于時值雨季, 大量地表水通過裂隙滲入防空洞, 造成防空洞上部土體坍塌, 建筑物沉降及傾斜發展很快。
113 傾斜觀測
經9 月4 日現場觀測, 該建筑物主體結構最大傾斜值位于北縱墻βο 軸線處(伸縮縫東側), 向北傾斜75mm , 換算最大傾斜為0141% , 已超出《建筑地基基礎設計規范》(GBJ7—89) 第51214 條規定014% 的地基變形允許值。但沒有超過《危險房屋鑒定標準》(CJ13—86) 第2151111 條規定017% 的危房限值。
114 建筑物裂縫
建筑物縱墻裂縫一般出現在一層窗臺角部, 頂層橫墻出現斜向裂縫, 樓板板縫有拉開跡象。由于該建筑物整體剛度較好, 這些裂縫寬度較小, 一般為012～ 013mm , 最大不超過1mm 。
2 處理方案
211 設計思路
由于建筑物的傾斜已接近危房限值, 且建筑物的沉降及傾斜的發展速度很快, 因此首先要防止建筑物因防空洞突然坍塌而產生倒塌破壞, 同時防止建筑物進一步傾斜而成為危房。由于建筑物目前的傾斜不超過前述017% 的危房限值, 且沒有給居民在心理及日常生活上造成較大影響, 考慮到施工對西側3 個單元居民生活的影響, 綜合考慮各方面的因素, 決定不對其進行糾偏。
212 處理方案
1. (1) 封防空洞端口 首先將防空洞在建筑物兩端處用細石混凝土封住。具體方法是先在建筑物外有防空洞部位各鉆孔9 個, 孔徑250mm , 孔距750mm , 梅花形布置, 要求孔底達到防空洞下的原狀土層。然后采用坍落度為120mm 的C15 細石混凝土向孔內灌注, 直到灌滿為止, 將防空洞在建筑物進出口處堵死。
(2) 勁性微型樁托換 由于雨水造成防空洞內塌陷, 土體較軟, 為防止該部位產生縮頸或斷樁, 決定采用勁性微型樁, 微型樁內配I10, 采用壓力灌注水泥砂漿(注漿壓力為014M Pa) 形成樁身。
(3) 壓力灌漿 由于微型樁灌注水泥砂漿顆粒較粗、壓力較小, 防空洞及其上部塌陷土體不能有效加固, 為防止該部分土體對微型樁產生負摩阻力。因此, 當微型樁施工完成后, 再采取壓力注水泥漿的方法將防空洞及其上部松動的土體予以加固。具體做法是在已探明的防空洞部位鉆注漿孔, 間距為110m , 孔深至防空洞洞底, 成孔后放入注漿管, 壓力灌注純水泥漿, 注漿壓力為115～ 2M Pa 。
3 微型樁加固設計及施工
311 微型樁加固設計
考慮到防空洞上部土體已經部分坍塌, 因此在微型樁設計時不考慮防空洞以上部分土體的側摩阻力, 也不考慮防空洞部位樁間土的承載力。設計樁徑為220mm , 微型樁深入防空洞下415～ 5m , 為減小沉降, 要求樁端進入碎石土015m。
微型樁單樁豎向極限承載力按下式計算[ 1 ]:
Q uk = u ∑qsik li+ qpkA p
由于微型樁采用的是壓力注漿, 部分漿液滲入樁周土體, 其側摩阻力及端阻力均有提高。根據作者以往工程的實測結果所積累的經驗, 在本項工程中, 將粉質粘土的側摩阻力提高15% , 碎石土的側摩阻力及樁端阻力提高25% 。計算出微型樁單樁豎向極限承載力為420kN 。
為保證可靠傳力, 樁頂做承臺與原基礎形成整體。微型樁平面布置及剖面如圖2 所示。
圖2 微型樁平面布置及剖面
312 微型樁施工
微型樁施工首先在沉降較大的北縱墻開始。為縮短施工工期, 共有4 臺XJ 2100 地質鉆機同時施工。為防止施工引起建筑物產生附加沉降, 微型樁成孔均采用干成孔, 樁孔施工間隔進行。當微型樁孔遇到防空洞時, 為防止防空洞底部塌落的松散軟土塌入下部樁孔, 在該部位反復提鉆取土, 成孔后應立即安放工字鋼, 將注漿管插至孔底, 采用壓力灌注水泥砂漿, 水泥砂漿配合比為: 水泥∶ 砂∶ 水∶ 減水劑= 1∶016∶0135∶0102, 注漿壓力為014M Pa, 直至灌滿為止。砂漿試塊28d 的平均抗壓強度為48M Pa 。
在微型樁成孔過程中, 發現防空洞在建筑物下有一分支沿北縱墻向西延伸, 同時發現防空洞走向與原來估計的有所不同, 根據具體情況, 及時變更設計增加了微型樁的數量(見圖2)。另外發現, 防空洞在建筑物下的塌落程度比外面要嚴重, 有的部位已塌落至基礎底面, 大部分已塌落至基礎下2～ 3m。
為保證樁承臺與原基礎連接緊密, 將原基礎表面鑿毛, 沖冼干凈后, 刷界面劑。同時在原基礎上, 每隔400mm 打直徑30mm 、深200mm 的錨孔, 梅花形布置, 灌M 20 膨脹水泥砂漿后, 插入長450mm 、? 16 插筋。
4 加固效果
本工程1998 年9 月7 日～ 10 月25 日共打微型樁110 棵, 灌注水泥砂漿近100m 3, 水泥漿42m 3。
在加固過程中, 不間斷地對建筑物進行沉降觀測, 觀測結果表明, 微型樁完成后, 建筑物沉降未見發展, 證明加固效果良好。
此文曾刊登于：1999 年2 月施 工 技 術Feb. 1999 第28 卷 第2 期
原作者：孫劍平 徐向東 李樹明 張 鑫
濟南鋼鐵集團總公司41 號住宅樓總建筑面積為5600m 2, 分5 個單元, 在βν 、βο 軸線處設伸縮縫1 道, 建筑平面如圖1 所示。主體為6 層磚混結構, 鋼筋混凝土條形基礎, 基礎埋深-2125m , 1996 年建成使用。
圖1 建筑平面及防空洞位置
1998 年8 月發現該建筑物外縱墻窗臺下多處出現斜向裂縫, 該樓東側1、2 單元明顯向北傾斜, 建筑物在伸縮縫處明顯錯出, 檐口錯位達70mm , 頂層出現暖氣及自來水管道拉斷現象。
1 建筑物檢測結果
為查明建筑物傾斜原因, 掌握建筑物沉降及傾斜的發展速度, 為建筑物加固提供可靠資料, 對建筑物進行了以下幾個方面的檢測。
111 補充地質勘察
在建筑物外共鉆孔32 個, 發現該建筑物東側1、2 單元下有1 個廢棄防空洞斜向穿過(見圖1)。室外洞頂距地面約715m , 洞高一般為117m , 洞寬約210m。由于防空洞未做任何防護處理, 其頂部已經塌落, 且建筑物外北側已有一處塌落至地面。
本次勘察揭露土層共分5 層, 自上而下為: ① 雜填土, 灰褐色, 可塑, 濕, 厚為114～ 118m; ② 黃土狀粉質粘土, 黃褐色, 可塑, 濕～ 飽和, 層厚419～ 513m; ③ 粉質粘土, 淺褐紅色, 可塑～ 硬塑, 濕, 層厚611～ 718m; ④ 碎石土, 灰黃色, 濕, 中密～ 密實。
112 沉降觀測
經8 月12 日～ 9 月4 日現場觀測, 建筑物東側1、2 單元該段時間產生的沉降值最大為28mm , 最小為15mm , 建筑物沉降速度最大為4mm ?d。由于時值雨季, 大量地表水通過裂隙滲入防空洞, 造成防空洞上部土體坍塌, 建筑物沉降及傾斜發展很快。
113 傾斜觀測
經9 月4 日現場觀測, 該建筑物主體結構最大傾斜值位于北縱墻βο 軸線處(伸縮縫東側), 向北傾斜75mm , 換算最大傾斜為0141% , 已超出《建筑地基基礎設計規范》(GBJ7—89) 第51214 條規定014% 的地基變形允許值。但沒有超過《危險房屋鑒定標準》(CJ13—86) 第2151111 條規定017% 的危房限值。
114 建筑物裂縫
建筑物縱墻裂縫一般出現在一層窗臺角部, 頂層橫墻出現斜向裂縫, 樓板板縫有拉開跡象。由于該建筑物整體剛度較好, 這些裂縫寬度較小, 一般為012～ 013mm , 最大不超過1mm 。
2 處理方案
211 設計思路
由于建筑物的傾斜已接近危房限值, 且建筑物的沉降及傾斜的發展速度很快, 因此首先要防止建筑物因防空洞突然坍塌而產生倒塌破壞, 同時防止建筑物進一步傾斜而成為危房。由于建筑物目前的傾斜不超過前述017% 的危房限值, 且沒有給居民在心理及日常生活上造成較大影響, 考慮到施工對西側3 個單元居民生活的影響, 綜合考慮各方面的因素, 決定不對其進行糾偏。
212 處理方案
1. (1) 封防空洞端口 首先將防空洞在建筑物兩端處用細石混凝土封住。具體方法是先在建筑物外有防空洞部位各鉆孔9 個, 孔徑250mm , 孔距750mm , 梅花形布置, 要求孔底達到防空洞下的原狀土層。然后采用坍落度為120mm 的C15 細石混凝土向孔內灌注, 直到灌滿為止, 將防空洞在建筑物進出口處堵死。
(2) 勁性微型樁托換 由于雨水造成防空洞內塌陷, 土體較軟, 為防止該部位產生縮頸或斷樁, 決定采用勁性微型樁, 微型樁內配I10, 采用壓力灌注水泥砂漿(注漿壓力為014M Pa) 形成樁身。
(3) 壓力灌漿 由于微型樁灌注水泥砂漿顆粒較粗、壓力較小, 防空洞及其上部塌陷土體不能有效加固, 為防止該部分土體對微型樁產生負摩阻力。因此, 當微型樁施工完成后, 再采取壓力注水泥漿的方法將防空洞及其上部松動的土體予以加固。具體做法是在已探明的防空洞部位鉆注漿孔, 間距為110m , 孔深至防空洞洞底, 成孔后放入注漿管, 壓力灌注純水泥漿, 注漿壓力為115～ 2M Pa 。
3 微型樁加固設計及施工
311 微型樁加固設計
考慮到防空洞上部土體已經部分坍塌, 因此在微型樁設計時不考慮防空洞以上部分土體的側摩阻力, 也不考慮防空洞部位樁間土的承載力。設計樁徑為220mm , 微型樁深入防空洞下415～ 5m , 為減小沉降, 要求樁端進入碎石土015m。
微型樁單樁豎向極限承載力按下式計算[ 1 ]:
Q uk = u ∑qsik li+ qpkA p
由于微型樁采用的是壓力注漿, 部分漿液滲入樁周土體, 其側摩阻力及端阻力均有提高。根據作者以往工程的實測結果所積累的經驗, 在本項工程中, 將粉質粘土的側摩阻力提高15% , 碎石土的側摩阻力及樁端阻力提高25% 。計算出微型樁單樁豎向極限承載力為420kN 。
為保證可靠傳力, 樁頂做承臺與原基礎形成整體。微型樁平面布置及剖面如圖2 所示。
圖2 微型樁平面布置及剖面
312 微型樁施工
微型樁施工首先在沉降較大的北縱墻開始。為縮短施工工期, 共有4 臺XJ 2100 地質鉆機同時施工。為防止施工引起建筑物產生附加沉降, 微型樁成孔均采用干成孔, 樁孔施工間隔進行。當微型樁孔遇到防空洞時, 為防止防空洞底部塌落的松散軟土塌入下部樁孔, 在該部位反復提鉆取土, 成孔后應立即安放工字鋼, 將注漿管插至孔底, 采用壓力灌注水泥砂漿, 水泥砂漿配合比為: 水泥∶ 砂∶ 水∶ 減水劑= 1∶016∶0135∶0102, 注漿壓力為014M Pa, 直至灌滿為止。砂漿試塊28d 的平均抗壓強度為48M Pa 。
在微型樁成孔過程中, 發現防空洞在建筑物下有一分支沿北縱墻向西延伸, 同時發現防空洞走向與原來估計的有所不同, 根據具體情況, 及時變更設計增加了微型樁的數量(見圖2)。另外發現, 防空洞在建筑物下的塌落程度比外面要嚴重, 有的部位已塌落至基礎底面, 大部分已塌落至基礎下2～ 3m。
為保證樁承臺與原基礎連接緊密, 將原基礎表面鑿毛, 沖冼干凈后, 刷界面劑。同時在原基礎上, 每隔400mm 打直徑30mm 、深200mm 的錨孔, 梅花形布置, 灌M 20 膨脹水泥砂漿后, 插入長450mm 、? 16 插筋。
4 加固效果
本工程1998 年9 月7 日～ 10 月25 日共打微型樁110 棵, 灌注水泥砂漿近100m 3, 水泥漿42m 3。
在加固過程中, 不間斷地對建筑物進行沉降觀測, 觀測結果表明, 微型樁完成后, 建筑物沉降未見發展, 證明加固效果良好。
此文曾刊登于：1999 年2 月施 工 技 術Feb. 1999 第28 卷 第2 期
原作者：孫劍平 徐向東 李樹明 張 鑫
