湿陷性黄土地区地基基础加固设计分析.pdf

121Ac a d e m ic F o r u m/学术论坛湿陷性黄土是在自重压力或附加压力的作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著下沉的现象。它的这种特性会对结构物带来不同程度的危害，使既有建筑、路基、桥涵等结构物大幅度沉降、开裂、倾斜甚至严重影响其安全和使用。既有建筑建设前，对湿陷性黄土地基的湿陷性如果没有有效消除，那么建筑物在正常使用年限中很可能会发生不均匀沉降，如何有效的消除既有建筑地基基础的湿陷性，在最小经济成本的前提下能使原基础继续有效的工作，将成为研究的重点，文章以已出现不均匀沉降的湿陷性黄土地区的住宅楼地基基础的加固为例，说明如何有效消除原基底土层的湿陷性，使原基础继续有效工作。1 工程概况某工程住宅楼建成于 2015 年，主体结构形式为地上六层框架结构，无地下室，层高均为 2.90 m，平面布置呈“一”字形，建筑长 43.70 m，宽 11.00 m，高18.30 m。原基础形式为柱下钢筋混凝土独立基础，埋深 1.60 m，以基础下换填处理土层为持力层，换填处理厚度 2.0 m，其中 3 7 灰土换填层厚 0.60 m，素土回填层厚 1.40 m。该工程抗震设防烈度为 8 度，设计地震基本加速度为 0.30 g，设计地震分组为第二组（特征周期值 0.40 s），抗震设防类别为丙类，框架结构抗震等级为二级，地基基础设计等级为丙级。建筑在正常使用过程中，填充墙多处出现裂缝，局部室内地坪塌陷，根据该建筑安全性鉴定报告结论，该建筑北侧基础出现不均匀下沉，沉降最大允许值已超出相关规范限值。住宅楼整体向北、向西出现倾斜，最大倾斜率 0.8%，超出规范要求，地基基础加固施工前先对建筑整体进行纠偏（具体纠偏方案本文不做叙述）。2 场地岩土工程情况2.1 场地土层分布依据现场补充勘探结果，该场地出露的地层有杂填土、黄土状粉土、粉质粘土。土层自上而下分布如下：层杂填土（Q4ml）：层厚 3.804.40 m，分布于整个场地。土质不均匀，含有少量的建筑垃圾、生活垃圾及大量灰土、石块、少量植物根系等，物理力学性质较差。湿或稍湿，呈稍密中密（或中密、密实）状态，密实度不均匀。局部含有大量石块、砖块，孔隙较大，欠固结，具湿陷性。层黄土状粉土（Q4al+pl）：揭露层厚 2.659.40 m，个别勘探孔未穿透，揭露厚度 10.60 m，分布于整个场地。土质均匀，孔隙发育，层理明显，无光泽反应，摇振反应迅速，干强度低，韧性低。稍湿或湿，稍密或中密。局部含有粉质粘土夹层。具湿陷性。层粉质粘土（Q4al+pl）：勘察深度范围内该建筑南侧勘探孔未见该层，根据其余勘探孔揭露情况，层顶深度6.5013.50 m，未穿透，最大揭露厚度4.50 m。2.2 地层岩性综合评价根 据 室 内 土 工 试 验 结 果，该 场 地 zs=60.00343.50 mm；s=85.00394.00 mm。根据 GB 50025-2018湿陷性黄土地区建筑规范，该场地综合判定为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级级（中等）。最大湿陷深度为 13.50 m。3 加固设计3.1 问题原因分析、总结通过对检测数据的总结分析，引起地基基础不均摘要：地基基础作为建筑的重要部位，其一旦出现质量问题，都会危及建筑结构的安全，针对这一情况，一般要求对地基基础进行加固处理。另外，当建筑需改扩建或增层时，也需通过加固地基基础来保证整个建筑结构的安全。因此，地基基础加固在保证既有建筑安全上具有重要意义。文章通过某住宅楼地基基础加固设计，浅析既有建筑地基基础加固的关键技术。关键词：既有建筑；地基基础；高压注浆；静压桩；灰土挤密桩；湿陷性黄土张 明湿陷性黄土地区地基基础加固设计分析（甘肃宏图建筑设计有限公司，甘肃 兰州 730050）122学 术论坛/A cadem i c Forum匀沉降的原因主要为：（1）该基坑换填施工时，素土回填层局部含有大量建筑及生活垃圾，填料不满足设计及规范要求，导致夯填不密实；灰土回填层含有少量砖块、石块等，填料不满足设计及规范要求。（2）地基处理土层密实度大部分不满足设计及规范要求，密实度不均匀。（3）根据鉴定结果，地基处理土层以下原状土为粉土和粉质粘土，且具有湿陷性。综上所述，由于换填处理土层填料、压实系数均达不到设计要求，引起地基基础发生不均匀沉降，严重影响建筑物正常安全使用。3.2 地基基础加固设计该建筑物地基处理换土垫层土质不均匀，含有少量的建筑垃圾、生活垃圾及大量灰土、石块、少量植物根系等，填料不满足规范要求，导致夯填不密实。且地基处理土层以下原状土具有自重湿陷性，湿陷等级为级（中等），最大湿陷深度为-13.50 m。本次地基基础加固以消除原状土层湿陷性、提高处理土层承载能力、增大基底作用面积为主要思路，根据该建筑物结构形式及工程地质特征采用：基础间补增灰土桩-扩大基础底面积-基底高压注浆的复合地基加固方案。3.2.1 基坑开挖及沉降观测本项目地基基础加固基坑开挖采用整体开挖，开挖边线自楼位向外 3.50 m，基坑开挖至原独立基础底面，基坑放坡 1 0.7。基坑开挖过程中拆除全部室内地面、地沟及给排水管道，根据现场施工作业需要拆除一层部分填充墙体。基坑顶四周布置截水带，防止施工用水及雨水大面积灌入基坑，基坑底沿四周布置 150 mm150 mm 排水沟，基坑四周布置 500 mm500 mm，深 300 mm 集水坑，施工中随时排出基坑内积水。为保证基础加固施工过程中能及时有效的监控基础变动，基坑开挖后在该住宅楼每一个独立基础上方对应的地梁上布置沉降观测点，在住宅楼周围布置倾斜观测点，地基基础加固施工期间沉降观测每天不少于 2 次，随时对比沉降数据。3.2.2 北侧独立基础下增设静压桩基坑开挖完成后，先对沉降相对较大的北侧独立基础布置坑式静压桩，以阻止基底注浆过程中北侧独立基础产生附加下沉。具体设计参数：静压桩采用 200 mm200 mm 钢筋混凝土方桩，桩体分段长度 1.21.5 m（桩尖长 1.5 m），主筋 4C14，箍筋8150200，桩体混凝土强度为 C30，混凝土保护层厚度50 mm；静压桩均匀布置在北侧独立基础下四周，桩体采用静力分段压入，接桩采用焊接；桩体托换钢管采用 159 无缝钢管，壁厚 6 mm，钢管须做防锈处理；静压桩压入粉质粘土层，压桩深度采用压桩力控制，估算压桩深度平均约基底以下约 20.0 m；压桩力为 500550 kN，托换力为 550 kN。终止压力应满足 P 1.5 Ra 要求。桩位平面偏差不得大于 20 mm；桩节垂直度偏差应小于 1%的桩节长；为减小导坑开挖对独立基础产生不利影响，相邻静压桩导坑不得同时开挖施工，同一独立基础下静压桩施工应间隔跳跃式进行，导坑回填夯实完成后方可进行相邻导坑开挖；压桩导坑采用粉土分层夯实回填，回填至基础底面下 700 mm，堆砌块石，高压注水泥砂浆，水灰比 1 1。工作导坑采用粉土分层夯实回填至独立基础底面，静压桩及导坑布置图见图 1，静压桩立面示意图见图 2。图 1 静压桩及导坑布置图图 2 加固剖面图示3.2.3 新增筏板基础地基土灰土挤密桩加固设计对新增筏板基础地基土采用小型灰土挤密桩进行加固处理，消除或减少地基土的湿陷性和压缩变形，依据GB 50025-2004 湿陷性黄土地区建筑规范 6.1.4要求，在自重湿陷性黄土场地，处理土层厚度不应小于湿陷性土层深度的 2/3，且下部未处理湿陷性黄土层的剩余湿陷量不应大于 150 mm。根据湿陷量计算结果，最大湿陷深度为 13.50 m，地基处理土层厚度不小于自然地面下 8.00 m，基底埋深-2.50 m，所以，本次设计土层处理深度为基底以下 8.0 m。基坑开挖至原独基底标高-2.60 m 进行成孔灰土桩施工，灰土桩施工完成后截取桩头 300 mm 厚，重123Ac a d e m ic F o r u m/学术论坛新夯填 3 7 灰土整平至筏板基础要求底标高。灰土桩设计桩径 200 mm，桩距 600 mm，梅花型布置，加固处理深度为基坑以下 8.0 m，如图 3。具体设计参：成孔方式为小型机械挤密成孔；桩孔内采用 3 7灰土分层夯实回填，回填 300 mm，夯 30 锤，夯锤落距 1.52.0 m。压实系数 C 0.93；施工前进行击实试验，确定最优含水量及最大干密度；施工程序：基坑开挖桩孔放样人工成孔填料（300 mm）夯实填料（300 mm）夯实桩头截除整平后续筏板施工。灰土桩施工完成后，取土样进行土工试验，确保处理土层湿陷性被消除后方可进行后续施工。图 3 灰土挤密桩处理断面图3.2.4 独立基础联合成筏板基础加固设计灰土桩施工完成后，清理整平基坑，浇筑 C15 素混凝土垫层 100 mm，筏板厚度 400 mm，筏板底标高同原独立基础底标高，具体设计参数如下：筏板底标高同原独立基础顶标高，-2.50 m；筏板梁钢筋配置：筏板分布钢筋采用 C14150 双层双向布置，筏板混凝土强度 C35，保护层厚度不小于 40 mm；浇筑筏板混凝土前对与原独立基础接触面凿毛处理，凿毛深度 4 mm，清理除去加固表面的浮渣，保证加固混凝土与原混凝土有效的结合，涂混凝土界面剂，以增加新老混凝土的粘结力；筏板上下钢筋网片间设置马镫钢筋进行支持固定，马镫筋 C141200，梅花型布置；凿出原独立基础底面分布钢筋 C14150，与筏板底部新布置钢筋 C14150 搭接焊接，搭接长度 10 d，筏板上部分布钢筋植筋锚固入独立基础内，植筋锚固深度不小于15 d，如图 4。图 4 筏板钢筋断面图3.2.5 原独立基础下地基土采用高压注水泥浆水玻璃复合地基加固设计灰土桩施工完成后，在原独立基础上打孔，进行高压注水泥浆水玻璃注浆加固处理。以提高原独立基础下地基土的承载力，消除或减少地基土的湿陷性和压缩变形。具体设计参数如下：注浆孔布置在独立基础二阶四周；注浆加固采用下行五级注浆（每级1.5 m），加固处理深度为基底下 7.5 m。其中一级、二级采用高压注水泥浆，三级 五级采用渗透法注水玻璃；注浆孔成孔采用穿心锤人工成孔，封孔采取水玻璃水泥封孔；水泥注浆压力：25 MPa，分级注浆量为 600 L，流量 710 L/min。水灰比 1 0.7；浆液搅拌为砂浆搅拌机进行搅拌。浆液比重：采用42.5R 普硅水泥，比重控制在 1.41.5；水玻璃注浆浓度为 230Be，分级注浆量为 400 L，流量 510 L/min，注浆压力 0.10.2 MPa；水玻璃模数为 3.03.3，且不溶于水的杂质含量 2%；为减小注浆附加下沉，注浆采用隔孔跳跃式注浆。4 结语本工程由于地基土层具有湿陷性且地基基础处理不满足设计及规范要求，致使建筑在使用过程中地基基础出现不均匀沉降，引起上部结构变形裂缝，严重影响住宅楼的安全使用，根据该建筑的使用现状及地基基础存在的主要问题，采取了复合地基加固方法。（1）对该建筑北侧沉降较大独立基础采用静压桩支撑，其目的为阻止注浆施工过程中地基基础产生附加下沉。（2）通过对新增筏板基础间地基土采用灰土挤密桩处理，能有效地消除地基土的湿陷性，控制剩余湿陷量在规范要求以内。（3）将各独立基础联合筏板基础加固，增大基底的作用面积，加强基础的整体稳定性，能有效防治基础后续使用中的不均匀沉降。（4）通过对原独立基础下地基土采用高压注水泥浆水玻璃复合地基加固，能有效消除原基底土层的湿陷性，使原基础继续有效工作。作者简介：张明（1988-），男，籍贯：甘肃白银，学历：本科，职称：工程师，研究方向：工程设计、检测。参考文献：1 蒋志军,柯技,李晓岑,等.既有建筑地基基础新型加固方法研究 J.四川建筑,2016,36(02):123-124,128.2 戴龙榜.既有建筑地基基础加固施工探析 J.城市建筑,2014(02):73.3 史军,黄林伟,杨桦.既有建筑高位基础加固及顶升纠倾施工 J.施工技术,2014(22):78-80,83.