目前, 对住宅楼因不均匀沉降而引起的地面开裂等事故处理中一般采用的地基处理方法是单一的静压注浆或树根桩等加固和托换技术。这种单一的地基处理方法或多或少地存在着几个方面的不足：仅仅进行静压注浆形成的加固土体的承载力和沉降变形难以达到设计要求;单独的树根桩设计只考虑了桩基的托换, 而忽略了对桩间土承载力的利用。如果能合理运用树根桩复合地基和静压注浆地基处理技术, 在确保工程质量的同时可降低工程造价, 缩短工期, 同时方便施工。正是基于这种考虑, 本文在工程实例的基础上, 探讨了在地基加固区进行分段加固处理方法:在沉降量不大的部位只采用静压注浆加固, 在沉降明显的地段采用树根桩复合地基及静压注浆相结合进行加固;并重点探讨了树根桩复合地基的计算和设计方法。该方法在长沙市某教师村住宅楼的加固处理中取得成功应用, 实践证明, 适当运用复合地基进行地基处理能取得良好的加固效果, 且经济合理。
复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强, 或被置换, 或在天然地基中设置加筋材料, 加固区是由基体 (土体) 和增强体两部分组成的人工地基。复合地基相对于天然地基与桩基础而言, 其实质是考虑了桩、土共同分担荷载作用, 因而, 比仅仅认为荷载由桩体承担要经济和合理。组成复合地基的桩型很多, 如碎石桩、砂桩、水泥土搅拌桩、旋喷桩、石灰桩、树根桩和CFG桩等。
某工程建筑面积3610m2, 架空层高2.20m, 住房6层, 层高2.80m, 砖混结构, 砖砌条形基础, 隔层设圈梁。住户入住后, 即发现东单元与中间单元相邻房间有裂缝, 其中上层裂缝数量较多, 主要存在于内隔墙与承重墙相交处, 在外纵墙窗台下呈八字形裂缝, 以斜裂缝为主, 部分裂缝存在发展趋势。后经检测发现, 底层杂屋地面存在不同程度的沉降, 最大沉降达200mm;房屋外墙部分倾斜度超出规范允许范围内。为了确保人民群众的生命财产安全, 该房屋必须经加固处理后才能继续使用。
根据工程地质报告, 各土层性质如表1所示。各钻孔在钻探时均遇到地下水, 初见水位距地表面2～3m, 稳定水位距地表面112～115m。场地地下水对混凝土均无腐蚀性。
通过查阅相关资料, 经分析计算查明该住宅设计基本合理。地基基础及上部结构设计均满足相关规范, 经专家组人员现场踏勘及调研, 发现该住宅基础埋深1～10轴为215m深, 11～17轴为216m深, 但该场地内杂填土厚度为116～416m, 据此可知该住宅部分基础的持力层为杂填土, 其地基承载力和沉降量均不能满足设计要求, 从而导致地基不均匀沉降, 引起上部墙体开裂。另外, 由于排水沟明沟开裂而未及时修补, 导致生活污水流入地基土内, 加剧了房屋基础的不均匀沉降, 特别是近年房屋旁边修路, 由于震动和水的渗入, 这样也是加剧房屋基础不均匀沉降的原因之一。
对既有建筑物地基基础进行加固处理的常用方法由高压旋喷注浆法、静压注浆法、锚杆静压桩法、树根桩法、钢管桩法等。经分析比较, 我们认为该工程适合采用静压注浆与树根桩复合地基相结合的加固技术, 即先通过静压注浆使土层强行固结, 形成承载力较高且均匀的加固体, 同时, 可降低地基的不均匀沉降。再对该房屋倾斜度超出规范允许范围的部分, 采用树根桩加混凝土梁分担部分上部荷载, 以提高地基承载力、控制沉降及墙体继续倾斜。其中, 1～15轴地基基础由于开裂不太严重, 主要采用注浆控制即可, 15～17轴地基基础由于沉降变形较大, 采用静压注浆与树根桩加固技术, 这种地基加固方法具有以下优点:
(1)施工简单、方便, 不会对原建筑物产生扰动和破坏, 且振动和噪音小, 对住户的生活、工作影响较小, 并可以克服地下水位较高、不易施工的难点。
(2)通过静压注浆和树根桩不仅可以提高承载力和减少沉降, 同时, 对该房屋倾斜超出规范允许范围的部分, 可以通过地基注浆膨胀抬升、基础底部抬升法等进行纠偏处理。
(3)树根桩复合地基充分利用了原有地基的承载力, 同时由于在计算过程中较少考虑注浆后土体强度的提高, 给加固工程预留了足够的安全储备。
对墙体基础下地基土采用静压注浆进行加固, 其主要的加固土层为杂填土和淤泥质土, 分别在外墙和内墙布置, 其中外墙注浆孔间距为1.5～1.8m, 注浆孔平均深度为5.5m, 内墙注浆孔间距2.0m左右, 注浆孔平均深度为3.5m, 内外墙注浆孔共计245个。根据该地的实际情况, 为保证可以安全使用, 所设计注浆处理方案为:注浆压力为0.05～0.3MPa, 注浆深度为3.0～7.0m, 孔距为1.5～2.5m, 钻孔为10°斜孔, 注浆材料为水灰比0.5～1.0的水泥浆液, 对开裂严重程度不同的墙体下地基采用不同间距, 不同的浆液配比, 不同的注浆压力进行注浆强化固结处理。注浆加固效果可采用钻探取芯进行检验。
(1)桩径d:取150mm。
(2)桩距s:一般取 (3～6) d, 该工程取900mm。
(3)单桩承载力计算:
式中：fsp, Rk, fs———分别为复合地基, 单桩和桩间土承载力特征值;
m———桩土面积置换率;
Ap———单桩桩身横截面积;
k1———复合地基中桩承载力提高系数, 一般大于110;
k2———桩间土强度提高系数, 其值与土质情况、成桩方法有关, 一般大于或小于110;
λ1、λ2———分别为复合地基破坏时, 桩体和桩间土发挥强度的比例, 一般为0.8～1.0。计算得单桩承载力特征值为:
故单桩承载力设计值:
f=1.2Rk=1.2×80=96 (kN) , 取f=100kN。
(4)桩长L。
单桩承载力设计值又可按下式计算:
式中：qp———桩端土承载力特征值;
qsi——桩周第i层土摩阻力特征值;
u——桩身截面周长。
设持力层为圆砾层, 经试算, 桩长为915m, 满足要求。
(5)桩数。
理论布桩数:np=mA/Ap (3)
式中：np———理论布桩数;
A———基础面积。
np=0.011×44.1/0.0177=27.4 (根)
考虑基础尺寸及桩距等其他因素, 最后实际布桩数为29根。
(6)布桩。
树根桩布置在基础外墙一侧, 倾角为5。
(7)沉降计算 (用复合模量法计算) [4]:
式中：S———总沉降量;
S1, S2———分别为加固区和下卧层的沉降量;
———荷载在第i层土产生平均附加应力;
Hi, hi———分别为加固区与下卧层的厚度;
Epsi, Epi, Esi———分别为第i层复合地基、桩体和桩间土的压缩模量;
n1———持力层所在的地层层数;
n2———下部下卧层所在的最后地层层数。
复合地基的沉降主要由两部分组成, 其中S1是加固区的沉降量, S2是下卧层的沉降量, 由于该住宅沉降时间较长, 下部下卧层沉降基本完成, 不均匀沉降主要由上部填土及淤泥质土所导致, 故下卧层的沉降在计算中可以忽略。同时, 由于静压注浆加固后土体性质较均匀, 可把整个加固体作为均匀土层来考虑, 公式相应可简化为:
式中：H———加固区平均厚度, 取5m;
Ep———树根桩弹性模量, 一般为2×104～2.5×104MPa, 该计算取2×104MPa;
Es———加固区土层弹性模量, 不考虑地基注浆对土层的影响, 该计算取3MPa。
将以上数据代入上式计算得最大沉降量S=2.5mm, 满足设计要求。
由于地层条件较差, 为保证施工质量, 施工时采用全孔跟管钻进。施工结束后, 对施工效果进行了相应检测, 由于受场地的限制, 无法进行原位静载试验, 我们采用了以下几种方法进行了检测。
在注浆孔之间进行钻孔抽样取芯, 通过对加固前后土样物理力学指标的比较 (见表2) , 检测注浆效果。
经抽芯检测发现, 水泥土均匀, 土体性质均匀且强度得到了较大的提高, 能满足设计要。
树根桩施工结束后, 随机抽取3根桩进行了开挖检查, 证实成桩质量好, 桩身强度高, 满足设计要求。
在房屋两侧布置了四个水准基准点, 在房屋四周外墙上, 布置了10个沉降观测点, 施工结束后一个月内, 每一个星期进行一次观测, 后三个月每半个月观测一次, 共观测了10次, 观测结果显示, 房屋的最大累积沉降才116mm, 估计最终沉降量为2mm左右, 满足设计要求。
检测结果表明, 地基加固处理已有了显著的效果, 尤其是沉降控制达到了比较满意的效果, 说明树根桩复合地基设计是比较成功的。
该工程采用静压注浆与树根桩复合地基分段加固处理, 工期为37d, 施工前, 在住宅楼四周布置了一定数量的监测点, 施工结束后发现地面均有不同程度的抬升, 房屋外墙倾斜部分也得到了纠偏, 经测量后发现满足规范的允许范围。加固结束后4个月进行了沉降观测, 结果表明其沉降量很小, 房屋沉降稳定, 未出现倾斜量增大等异常现象, 能够正常使用, 表明该加固方法取得了良好的效果。在树根桩复合地基理论计算中, 较少地考虑了静压注浆后对土体承载力的提高作用, 显然, 这种计算偏于保守, 但若同时考虑静压注浆和复合地基两种因素, 计算参数不易确定, 计算复杂。适当选取参数, 推导合理实用的计算公式, 同时进行静压注浆和树根桩复合地基计算有待进一步探索, 也是以后的工程实践中应该努力的方向。
摘要：实践证明, 适当运用复合地基进行地基处理能取得良好的加固效果, 且经济合理。本文在工程实例的基础上, 探讨了在地基加固区分段加固处理方法:沉降量不大的部位只采用静压注浆加固, 沉降明显的地段采用树根桩复合地基及静压注浆相结合进行加固;并重点介绍了树根桩复合地基的计算和设计方法。
关键词：地基加固,复合地基,静压注浆,树根桩
[1] 叶书麟, 韩杰, 叶观宝1地基处理与托换技术 (第二版) [M]1北京:中国建筑工业出版社, 19941515-5171.
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