改革开放以来,建筑业迅速发展,建筑工程质量逐年提高,但工程质量事故还时有发生,造成了许多不应有的损失。这是由于各地区的工程地质条件不同,土层分布、土的物理力学性质不同,既使同一建筑场地,往往土质也不均匀,在进行工程勘察、工程设计与施工中,如果对地基条件掌握不全,处理不当,就可能导致事故的发生,这些都会给国家和人民造成不应有的损失。因此,准确分析事故,合理地处理事故,是当前建筑业亟待解决的一个大问题。目前对已建建筑物的加固处理的方法有许多种,但常用的有以下两种:
(1) 灌浆加固:用钻机在基础上成孔至要加固的土层,然后用高压灌浆设备将配制好的水泥化学浆液灌入地层,通过劈裂、挤压作用,使土层与浆液产生物理化学反应而胶结,从而达到改善土体结构和性能的目的,提高土体的强度。(2)静力压桩加固:利用建筑物的承重柱重力作为反力,通过一套液(油)压设备,把预制桩分节压入土中,上下节桩接驳用预埋角铁焊接。压桩由液压控制,当压力达设计荷载并基本满足计划桩长要求时则终桩,终桩时的单桩承载力可直接从压桩设备的仪表中反映出来。终桩后将压入桩的桩头钢筋与原基础钢筋焊接,并浇注砼承台与基础连为一体,从而将上部结构的荷载通过桩直接传递到坚硬土层。
(2) 毫无疑问,已建建筑物出现不均匀沉降,无论是采取灌浆加固还是静力压桩加固,都会给工程造成一定的损失,此时应考虑的是如何将损失降到最低限度。
1 工程实例
1.1 工程概况鹤山市某厂房为一幢高四层,框架结构的建筑物,长55.0ｍ,宽15.0ｍ,占地面积825ｍ2,原设计采用人工挖孔桩基础,由于场地工程地质情况复杂,厂房中段和东段分别分布有一层厚为3～6ｍ和7～9ｍ的流塑状淤泥,使建筑区内部分地段挖孔桩方案无法实施,而改用条形基础下的砂垫层方案(垫层厚度1.00ｍ),而西段淤泥层较薄(厚1～2ｍ),却浇注了16条桩柱,于是同一建筑物采用了两种在受力和变形方面完全不同的基础型式。厂房于1992年10月建成,使用期间发现不均匀沉降,导致厂房结构出现严重拉裂和剪切破坏,危及安全使用。
1.2 场地工程地质概况经对厂房场地进行工程地质勘察,其地层结构在揭露深度
1.3 沉降原因分析
(1) 地质因素:据钻探揭露,厂房建造在一条山坡冲沟的边麓地段,地下水丰富,水位埋深约0.30ｍ,淤泥(含腐木)等软土的分布极不均匀,层厚由西向东递增,这是造成厂房不均匀沉降的客观因素。
(2) 结构因素:同一栋厂房,采用了两种不同的基础型式,地质条件较好的西段,采用人工挖孔桩基础,桩端支承在坚硬状的残积土层里,而地质条件极差的东段,则采用了条形基础下的砂垫层,垫层厚仅1.0ｍ,未作压密处理。根据推算,采用桩基础的最终下沉量仅为1.4ｍｍ(设桩长10ｍ,进入坚硬状土层),而采用条形基础下砂垫层处理的加固改造基础经推算仍有200ｍｍ的沉降量,条形基础的刚度起不到变形(沉降)调节作用,因此导致厂房的不均匀沉降,影响到厂房的安全使用,所以必须尽快处理。
2 加固改造方案为确保该厂房的安全使用,对该建筑物的处理宜把上部结构的加固工程和地基的处理结合起来进行。先处理地基,以控制地基的继续沉降,后加固工程上部结构。根据钻探和变形测量资料显示,对厂房地基的加固改造可采用压力灌浆补强和静力压桩等方法,但根据业主的要求以不影响生产为原则,同时受场地工程地质条件的影响,决定采用压力灌浆加固法。
压力灌浆加固本次加固目的旨在通过浆体的渗压改善软土地基的承载力和压缩(变形)模量,逐渐减少地基的沉降量,以满足厂房的使用要求。
2.2 静力压桩加固改造法基于以上原因分析,这次采取的加固方案必须行之有效、一步到位、不得返工,最终选择“静力桩托换”进行加固。 2.2.1 机理通过一套油压设备,将预制桩分节(每节2.0～3.0ｍ)压入土中,节与节用预埋角铁焊接,预制桩为250ｍｍ×250ｍｍ的方桩,预估桩长15ｍ,压桩由液压控制,压桩荷载控制在45～55ＭＰａ之间,当桩压至预定深度并达到设计贯入度之压力时,其沉降控制标准为压桩荷载保持50ＭＰａ,加固工程每隔5ｍｉｎ冲击一次,共冲击三次,下沉量≤3ｍｍ,并需稳定1ｈ,做好记录,最终允许下沉量≤1ｍｍ。桩压完后将桩与原基础承台连接起来,将上部结构的荷载通过桩基传递到坚硬状残积土中。
2.2.2 设计技术参数最大压力1000ｋＮ,单桩承载力550～900ｋＮ,加固改造预制方桩尺寸250ｍｍ×250ｍｍ,混凝土强度Ｃ30,压桩速度2ｃｍ/ｓ,压桩桩位和受力轴线允许偏位100ｍｍ,接桩处桩轴线倾斜度<1%。
2.2.3 施工工序在设计桩位处开挖压桩基坑,利用安装在柱上的反力钢夹提供反力用压桩机压桩,待每个承台的静压桩都压完后,将预制桩与原承台连结成一体,加固工程由预制桩承担结构荷载。后经研究,要求抽水前须对该柱进行卸荷处理,以免桩基础产生附加沉降,确保厂房安全。即将该柱的上部卸荷,通过加固工程卸荷装置传递到柱周(半径约3.0ｍ)的土体上,共同分担上部荷载,待该柱处理完毕3ｄ后,即混凝土基本凝固后拆除卸荷装置,经卸荷处理的柱,6～8ｄ内,未发现明显沉降变化,说明卸荷处理效果显著。
2.2.4 施工效果监控加固效果的好坏,直接关系到厂房的安全动作,为检验加固改造效果,主要采取的措施是沉降观测,其成果也是本工程竣工验收的主要技术依据。本次加固改造处理对沉降值的质量指标定为:被加固改造的柱位其施工期间的沉降值在正常情况下累计≤10ｍｍ(指开工至施工结束),竣工后的沉降量应满足≤2ｍｍ/月,凡满足此质量指标者,均可判定为达到了加固效果。据施工后的观测资料显示,竣工后第一次(33ｄ)的沉降观测,测得最大沉降量为-1.7ｍｍ,满足加固后沉降值<2ｍｍ/月的质量指标,达到了加固的预期效果,质量良好。
3 结论：目前较普遍的观点认为,压力灌浆加固法是一种投资相对较少,快速而又有效的方法;而静压桩加固改造法则被认为是投资大且工期长,但却很可靠的一种地基基础加固改造方法。但对于本工程的条形基础,由于其宽度有限,条基上承受上部荷载的作用,对土层产生附加应力,而条基外的土层仍为天然土层,不受外加荷载的作用,为小应力区。灌浆时,在高压的驱动下,浆液将沿应力薄弱区(带)进行劈裂扩散,因此,在本工程的条基下进行注浆,浆液将对条基下的土体改善作用受到限制,浆液将会跑漏到条基外的软弱土层中。加固改造后的地基,虽然获得部分改善,但其受力压缩层仍然是条基下的砂垫层和软土层,地基的沉降不能完全得到控制,变形仍会继续发展,效果不会很明显。
