[摘要] 介紹勁性微型樁在地下洞室塌陷事故中的應(yīng)用, 勁性微型樁因其樁內(nèi)型鋼剛度大、承載力高, 能克服因地基局部軟弱而產(chǎn)生的縮頸及斷樁對(duì)其承載力的影響, 在地基加固及基礎(chǔ)托換中應(yīng)用前景較好。
濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司41 號(hào)住宅樓總建筑面積為5600m 2, 分5 個(gè)單元, 在βν 、βο 軸線處設(shè)伸縮縫1 道, 建筑平面如圖1 所示。主體為6 層磚混結(jié)構(gòu), 鋼筋混凝土條形基礎(chǔ), 基礎(chǔ)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(fā)現(xiàn)該建筑物外縱墻窗臺(tái)下多處出現(xiàn)斜向裂縫, 該樓東側(cè)1、2 單元明顯向北傾斜, 建筑物在伸縮縫處明顯錯(cuò)出, 檐口錯(cuò)位達(dá)70mm , 頂層出現(xiàn)暖氣及自來(lái)水管道拉斷現(xiàn)象。
1 建筑物檢測(cè)結(jié)果
為查明建筑物傾斜原因, 掌握建筑物沉降及傾斜的發(fā)展速度, 為建筑物加固提供可靠資料, 對(duì)建筑物進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的檢測(cè)。
111 補(bǔ)充地質(zhì)勘察
在建筑物外共鉆孔32 個(gè), 發(fā)現(xiàn)該建筑物東側(cè)1、2 單元下有1 個(gè)廢棄防空洞斜向穿過(guò)(見(jiàn)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(hù)處理, 其頂部已經(jīng)塌落, 且建筑物外北側(cè)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(zhì)粘土, 黃褐色, 可塑, 濕～ 飽和, 層厚419～ 513m; ③ 粉質(zhì)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(shí)。
112 沉降觀測(cè)
經(jīng)8 月12 日～ 9 月4 日現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè), 建筑物東側(cè)1、2 單元該段時(shí)間產(chǎn)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(shí)值雨季, 大量地表水通過(guò)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(fā)展很快。
113 傾斜觀測(cè)
經(jīng)9 月4 日現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè), 該建筑物主體結(jié)構(gòu)最大傾斜值位于北縱墻βο 軸線處(伸縮縫東側(cè)), 向北傾斜75mm , 換算最大傾斜為0141% , 已超出《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7—89) 第51214 條規(guī)定014% 的地基變形允許值。但沒(méi)有超過(guò)《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(CJ13—86) 第2151111 條規(guī)定017% 的危房限值。
114 建筑物裂縫
建筑物縱墻裂縫一般出現(xiàn)在一層窗臺(tái)角部, 頂層橫墻出現(xiàn)斜向裂縫, 樓板板縫有拉開(kāi)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(guò)1mm 。
2 處理方案
211 設(shè)計(jì)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(fā)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(chǎn)生倒塌破壞, 同時(shí)防止建筑物進(jìn)一步傾斜而成為危房。由于建筑物目前的傾斜不超過(guò)前述017% 的危房限值, 且沒(méi)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(duì)西側(cè)3 個(gè)單元居民生活的影響, 綜合考慮各方面的因素, 決定不對(duì)其進(jìn)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(xì)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(gè), 孔徑250mm , 孔距750mm , 梅花形布置, 要求孔底達(dá)到防空洞下的原狀土層。然后采用坍落度為120mm 的C15 細(xì)石混凝土向孔內(nèi)灌注, 直到灌滿為止, 將防空洞在建筑物進(jìn)出口處堵死。
(2) 勁性微型樁托換 由于雨水造成防空洞內(nèi)塌陷, 土體較軟, 為防止該部位產(chǎn)生縮頸或斷樁, 決定采用勁性微型樁, 微型樁內(nèi)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(duì)微型樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力。因此, 當(dāng)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(dòng)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(shè)計(jì)及施工
311 微型樁加固設(shè)計(jì)
考慮到防空洞上部土體已經(jīng)部分坍塌, 因此在微型樁設(shè)計(jì)時(shí)不考慮防空洞以上部分土體的側(cè)摩阻力, 也不考慮防空洞部位樁間土的承載力。設(shè)計(jì)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(jìn)入碎石土015m。
微型樁單樁豎向極限承載力按下式計(jì)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(cè)摩阻力及端阻力均有提高。根據(jù)作者以往工程的實(shí)測(cè)結(jié)果所積累的經(jīng)驗(yàn), 在本項(xiàng)工程中, 將粉質(zhì)粘土的側(cè)摩阻力提高15% , 碎石土的側(cè)摩阻力及樁端阻力提高25% 。計(jì)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(tái)與原基礎(chǔ)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(kāi)始。為縮短施工工期, 共有4 臺(tái)XJ 2100 地質(zhì)鉆機(jī)同時(shí)施工。為防止施工引起建筑物產(chǎn)生附加沉降, 微型樁成孔均采用干成孔, 樁孔施工間隔進(jìn)行。當(dāng)微型樁孔遇到防空洞時(shí), 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(fù)提鉆取土, 成孔后應(yīng)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(qiáng)度為48M Pa 。
在微型樁成孔過(guò)程中, 發(fā)現(xiàn)防空洞在建筑物下有一分支沿北縱墻向西延伸, 同時(shí)發(fā)現(xiàn)防空洞走向與原來(lái)估計(jì)的有所不同, 根據(jù)具體情況, 及時(shí)變更設(shè)計(jì)增加了微型樁的數(shù)量(見(jiàn)圖2)。另外發(fā)現(xiàn), 防空洞在建筑物下的塌落程度比外面要嚴(yán)重, 有的部位已塌落至基礎(chǔ)底面, 大部分已塌落至基礎(chǔ)下2～ 3m。
為保證樁承臺(tái)與原基礎(chǔ)連接緊密, 將原基礎(chǔ)表面鑿毛, 沖冼干凈后, 刷界面劑。同時(shí)在原基礎(chǔ)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(zhǎng)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(guò)程中, 不間斷地對(duì)建筑物進(jìn)行沉降觀測(cè), 觀測(cè)結(jié)果表明, 微型樁完成后, 建筑物沉降未見(jiàn)發(fā)展, 證明加固效果良好。
此文曾刊登于：1999 年2 月施 工 技 術(shù)Feb. 1999 第28 卷 第2 期
原作者：孫劍平 徐向東 李樹明 張 鑫
濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司41 號(hào)住宅樓總建筑面積為5600m 2, 分5 個(gè)單元, 在βν 、βο 軸線處設(shè)伸縮縫1 道, 建筑平面如圖1 所示。主體為6 層磚混結(jié)構(gòu), 鋼筋混凝土條形基礎(chǔ), 基礎(chǔ)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(fā)現(xiàn)該建筑物外縱墻窗臺(tái)下多處出現(xiàn)斜向裂縫, 該樓東側(cè)1、2 單元明顯向北傾斜, 建筑物在伸縮縫處明顯錯(cuò)出, 檐口錯(cuò)位達(dá)70mm , 頂層出現(xiàn)暖氣及自來(lái)水管道拉斷現(xiàn)象。
1 建筑物檢測(cè)結(jié)果
為查明建筑物傾斜原因, 掌握建筑物沉降及傾斜的發(fā)展速度, 為建筑物加固提供可靠資料, 對(duì)建筑物進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的檢測(cè)。
111 補(bǔ)充地質(zhì)勘察
在建筑物外共鉆孔32 個(gè), 發(fā)現(xiàn)該建筑物東側(cè)1、2 單元下有1 個(gè)廢棄防空洞斜向穿過(guò)(見(jiàn)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(hù)處理, 其頂部已經(jīng)塌落, 且建筑物外北側(cè)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(zhì)粘土, 黃褐色, 可塑, 濕～ 飽和, 層厚419～ 513m; ③ 粉質(zhì)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(shí)。
112 沉降觀測(cè)
經(jīng)8 月12 日～ 9 月4 日現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè), 建筑物東側(cè)1、2 單元該段時(shí)間產(chǎn)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(shí)值雨季, 大量地表水通過(guò)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(fā)展很快。
113 傾斜觀測(cè)
經(jīng)9 月4 日現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè), 該建筑物主體結(jié)構(gòu)最大傾斜值位于北縱墻βο 軸線處(伸縮縫東側(cè)), 向北傾斜75mm , 換算最大傾斜為0141% , 已超出《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7—89) 第51214 條規(guī)定014% 的地基變形允許值。但沒(méi)有超過(guò)《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(CJ13—86) 第2151111 條規(guī)定017% 的危房限值。
114 建筑物裂縫
建筑物縱墻裂縫一般出現(xiàn)在一層窗臺(tái)角部, 頂層橫墻出現(xiàn)斜向裂縫, 樓板板縫有拉開(kāi)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(guò)1mm 。
2 處理方案
211 設(shè)計(jì)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(fā)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(chǎn)生倒塌破壞, 同時(shí)防止建筑物進(jìn)一步傾斜而成為危房。由于建筑物目前的傾斜不超過(guò)前述017% 的危房限值, 且沒(méi)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(duì)西側(cè)3 個(gè)單元居民生活的影響, 綜合考慮各方面的因素, 決定不對(duì)其進(jìn)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(xì)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(gè), 孔徑250mm , 孔距750mm , 梅花形布置, 要求孔底達(dá)到防空洞下的原狀土層。然后采用坍落度為120mm 的C15 細(xì)石混凝土向孔內(nèi)灌注, 直到灌滿為止, 將防空洞在建筑物進(jìn)出口處堵死。
(2) 勁性微型樁托換 由于雨水造成防空洞內(nèi)塌陷, 土體較軟, 為防止該部位產(chǎn)生縮頸或斷樁, 決定采用勁性微型樁, 微型樁內(nèi)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(duì)微型樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力。因此, 當(dāng)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(dòng)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(shè)計(jì)及施工
311 微型樁加固設(shè)計(jì)
考慮到防空洞上部土體已經(jīng)部分坍塌, 因此在微型樁設(shè)計(jì)時(shí)不考慮防空洞以上部分土體的側(cè)摩阻力, 也不考慮防空洞部位樁間土的承載力。設(shè)計(jì)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(jìn)入碎石土015m。
微型樁單樁豎向極限承載力按下式計(jì)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(cè)摩阻力及端阻力均有提高。根據(jù)作者以往工程的實(shí)測(cè)結(jié)果所積累的經(jīng)驗(yàn), 在本項(xiàng)工程中, 將粉質(zhì)粘土的側(cè)摩阻力提高15% , 碎石土的側(cè)摩阻力及樁端阻力提高25% 。計(jì)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(tái)與原基礎(chǔ)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(kāi)始。為縮短施工工期, 共有4 臺(tái)XJ 2100 地質(zhì)鉆機(jī)同時(shí)施工。為防止施工引起建筑物產(chǎn)生附加沉降, 微型樁成孔均采用干成孔, 樁孔施工間隔進(jìn)行。當(dāng)微型樁孔遇到防空洞時(shí), 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(fù)提鉆取土, 成孔后應(yīng)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(qiáng)度為48M Pa 。
在微型樁成孔過(guò)程中, 發(fā)現(xiàn)防空洞在建筑物下有一分支沿北縱墻向西延伸, 同時(shí)發(fā)現(xiàn)防空洞走向與原來(lái)估計(jì)的有所不同, 根據(jù)具體情況, 及時(shí)變更設(shè)計(jì)增加了微型樁的數(shù)量(見(jiàn)圖2)。另外發(fā)現(xiàn), 防空洞在建筑物下的塌落程度比外面要嚴(yán)重, 有的部位已塌落至基礎(chǔ)底面, 大部分已塌落至基礎(chǔ)下2～ 3m。
為保證樁承臺(tái)與原基礎(chǔ)連接緊密, 將原基礎(chǔ)表面鑿毛, 沖冼干凈后, 刷界面劑。同時(shí)在原基礎(chǔ)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(zhǎng)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(guò)程中, 不間斷地對(duì)建筑物進(jìn)行沉降觀測(cè), 觀測(cè)結(jié)果表明, 微型樁完成后, 建筑物沉降未見(jiàn)發(fā)展, 證明加固效果良好。
此文曾刊登于：1999 年2 月施 工 技 術(shù)Feb. 1999 第28 卷 第2 期
原作者：孫劍平 徐向東 李樹明 張 鑫
