李 明

（上?？辈煸O(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200093）

0 引 言

軟土地區(qū)地下水埋深淺，且淺部有較厚的軟弱土，高層建筑多采用預(yù)制樁、灌注樁等樁基礎(chǔ)。由于樁基施工質(zhì)量缺陷，施工速度過快，或者基坑變形過大、滑坡等原因，造成樁基偏位、脫節(jié)，甚至斷樁等問題[1-3]。樁基質(zhì)量缺陷往往會(huì)造成高層建筑發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而引發(fā)建筑傾斜、結(jié)構(gòu)開裂等問題，給建筑的正常使用帶來安全隱患。

目前在治理既有建筑不均勻沉降、樁基加固補(bǔ)強(qiáng)、基礎(chǔ)托換等工程中采用錨桿靜壓樁是行之有效的方法[4-9]。但對(duì)于樁基加固過程中存在的施工空間狹小、獨(dú)立承臺(tái)樁基無補(bǔ)樁空間、高地下水位封樁易滲漏等問題，依然是技術(shù)難點(diǎn)。

本文通過對(duì)某高層建筑的不均勻沉降原因進(jìn)行研究分析，針對(duì)樁基加固設(shè)計(jì)施工中遇到的上述技術(shù)難題提出了綜合治理方法，取得了良好的效果。

1 工程概況

1.1 建筑物概況

某高層建筑為地上11 層住宅樓，建筑長(zhǎng)52.80 m，寬15.30 m，高32.55 m。

基礎(chǔ)形式為獨(dú)立承臺(tái)樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)承臺(tái)厚800 mm。樁采用預(yù)制鋼筋混凝土方樁，樁長(zhǎng)包括33.0 m、32.0 m、31.0 m，樁端持力層為⑤2粉砂夾粉土層，單樁抗壓承載力特征值取1 500 kN。獨(dú)立承臺(tái)埋深約5.50 m，無地下室?；A(chǔ)樁位圖見圖1。

圖1 基礎(chǔ)樁位圖Fig.1 Foundation and pile position

根據(jù)檢測(cè)資料，文中建筑在基坑開挖后出現(xiàn)了部分偏位樁，低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果I類樁31 根，Ⅱ類樁8 根（總樁數(shù)89 根，檢測(cè)數(shù)量39 根），檢測(cè)報(bào)告顯示樁身在樁頂以下10.0～13.0 m 左右存在著輕微缺陷。

原設(shè)計(jì)單位根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合樁基偏位情況，調(diào)整了基礎(chǔ)承臺(tái)及連梁的布置，并選取了部分樁進(jìn)行靜載試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

1.2 工程地質(zhì)條件

本工程擬建場(chǎng)地80.5 m深度內(nèi)除表層為素填土外，其余均為第四系全新統(tǒng)-晚更新統(tǒng)濱海-河口相、濱海-淺海相及河口-湖沼相形成的黏性土、粉（砂）性土。根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)土層結(jié)構(gòu)、巖性、成因等差異，可分為9個(gè)層次。

本工程涉及地層包括①1素填土、①素填土、②1淤泥、②2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③1黏土夾粉質(zhì)黏土、③2粉質(zhì)黏土夾粉土、③3粉質(zhì)黏土、④1黏土夾粉質(zhì)黏土、⑤1粉土、⑤2粉砂夾粉土。一般呈水平層理分布。典型地質(zhì)剖面見圖2。

圖2 典型地質(zhì)剖面圖Fig.2 Typical geological profile

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，土層分布及主要物理力學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 土層分布及主要物理力學(xué)性質(zhì)一覽表Table 1 Main physical and mechanical properties of soil

1.3 建筑變形分析

文中建筑在安裝電梯時(shí)，因井道傾斜超過限值導(dǎo)致電梯無法安裝。根據(jù)房屋沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，建筑北側(cè)沉降基本收斂，但南側(cè)沉降仍不穩(wěn)定。

根據(jù)施工記錄，地下一層于2017年7月完成覆土回填，屋面結(jié)構(gòu)于2017年7月7日施工，基礎(chǔ)上部主要荷載施加完成。截至2017年10月18日，建筑累計(jì)沉降21.41～25.06 mm，沉降變形速率為0.05～0.07 mm/d。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，2018年4月19日至2018年6月9日累計(jì)沉降量為1.86～4.27 mm，其中南側(cè)為2.97～4.27 mm，北側(cè)為1.86～2.50 mm，南北向累計(jì)差異沉降為0.77～2.41 mm，且差異沉降仍然處于進(jìn)一步增大趨勢(shì)。建筑南側(cè)測(cè)點(diǎn)的沉降速率超過規(guī)范[10]要求的建筑物穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，沉降變形不收斂。

1.4 不均勻沉降原因分析

文中建筑南北向存在不均勻沉降和傾斜，南側(cè)沉降不收斂，表明南側(cè)部分樁基實(shí)際承載力未達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。樁基承載力不足主要與地層條件、樁基施工、基坑土方施工等因素有關(guān)，分析如下：

（1）場(chǎng)地淺部填土、淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土土質(zhì)極差，預(yù)制樁沉樁施工，如場(chǎng)地處理不到位，打樁機(jī)在沉樁施工時(shí)易出現(xiàn)陷機(jī)、傾斜等，可能造成樁身受損甚至破壞，進(jìn)而導(dǎo)致樁基承載力不足。

（2）預(yù)制樁沉樁過快產(chǎn)生擠土效應(yīng)，擠土引起的超孔隙水壓力對(duì)預(yù)制樁產(chǎn)生水平推力，可能使樁基偏斜、脫節(jié)甚至斷樁，如接頭質(zhì)量不好更易脫開。

（3）本工程基坑開挖深度約3.5 m 左右，場(chǎng)地淺部土質(zhì)條件差，如基坑圍護(hù)存在變形過大，土方開挖未按要求實(shí)施，也會(huì)造成樁基偏位、傾斜，甚至斷樁。

1.5 項(xiàng)目的特點(diǎn)及技術(shù)難點(diǎn)

（1）原工程樁施工質(zhì)量不確定性：本工程原有部分樁基發(fā)生偏位，原設(shè)計(jì)單位根據(jù)樁基檢測(cè)和樁位復(fù)測(cè)結(jié)果，調(diào)整了承臺(tái)尺寸和連系梁布置。根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，樁基檢測(cè)為合格，建筑在結(jié)構(gòu)封頂后南北向出現(xiàn)不均勻沉降，樁基實(shí)際質(zhì)量情況不明，具有不確定性。

（2）狹小空間基坑圍護(hù)施工：本工程主樓南側(cè)建筑物外墻距臨時(shí)圍墻最近約4.8 m，距電纜井最近約4.0 m；西側(cè)建筑物外墻距臨時(shí)圍墻最近約3.0 m，距電纜井和水管約0.8 m。周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑圍護(hù)施工空間狹小。

（3）狹小空間土方開挖：本工程基礎(chǔ)承臺(tái)上部已回土至地面標(biāo)高，覆土厚約4.7 m，其中一層梁板底面距基礎(chǔ)承臺(tái)頂面凈空高度約4.0 m?；A(chǔ)加固前需要挖除覆土，土方開挖在地下一層結(jié)構(gòu)影響范圍內(nèi)，環(huán)境復(fù)雜且施工空間狹小，施工難度大。

（4）獨(dú)立承臺(tái)上新增疊合板：本工程基礎(chǔ)為獨(dú)立承臺(tái)樁基礎(chǔ)，承臺(tái)之間布置連系梁，無法直接在原有承臺(tái)上開孔補(bǔ)樁，根據(jù)剛度平衡原理，補(bǔ)樁需對(duì)稱布置在原有承臺(tái)兩側(cè)，需要新增疊合板傳力，使補(bǔ)樁與原有承臺(tái)樁基共同承擔(dān)上部荷載，以及提供壓樁反力。

（5）電梯井區(qū)域水位高：本工程所處地區(qū)地下水豐富，潛水水位埋深約0.5 m，電梯井底板埋深約5.5 m，底板底水頭高約5.0 m。補(bǔ)樁施工前需要在電梯井底板進(jìn)行開孔泄壓，將地下水降至底板底以下，保證補(bǔ)樁施工順利進(jìn)行。

2 狹小空間高層建筑樁基加固方案

2.1 樁基加固方法

本工程根據(jù)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演分析，可僅對(duì)南側(cè)沉降大側(cè)進(jìn)行補(bǔ)樁，補(bǔ)樁數(shù)量少。采用錨桿靜壓鋼管樁Φ426×12，樁長(zhǎng)33 m，以⑤2粉砂夾粉土作為樁基持力層，單樁豎向抗壓承載力特征值取1 500 kN，鋼管樁節(jié)之間通過鋼套管焊接連接。

為了提高南側(cè)基礎(chǔ)的整體性，提供補(bǔ)樁平臺(tái)，在原有承臺(tái)和連梁上新增疊合板，保證新補(bǔ)樁與原有基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)之間荷載傳遞。新增筏板及鋼管樁布置圖見圖3。樁頂反力計(jì)算結(jié)果見圖4。

圖3 新增筏板（陰影部分）及鋼管樁布置圖Fig.3 Layout of new raft (shaded part) and steel pipe pile

圖4 樁頂反力計(jì)算結(jié)果Fig.4 Calculation results of pile top reaction force

2.2 狹小空間基坑圍護(hù)施工技術(shù)

文中建筑基礎(chǔ)加固施工前，需要將承臺(tái)上的覆土挖除，卸土前要進(jìn)行基坑圍護(hù)。建筑南側(cè)外墻緊鄰擋土墻、臨時(shí)圍墻及電纜井，西側(cè)外墻緊鄰臨時(shí)圍墻、電纜井和市政水管，周邊環(huán)境復(fù)雜，圍護(hù)施工空間狹小。

圍護(hù)方案充分利用住宅樓南側(cè)原有重力壩及擋土墻擋土，將回填土卸土至重力壩壓頂板。西側(cè)采用長(zhǎng)度12 m 的32a 槽鋼圍護(hù)，水平設(shè)H400×400 型鋼支撐。北側(cè)空間相對(duì)寬松，采用兩級(jí)大放坡開挖卸土。東側(cè)場(chǎng)地未回填，淺部為建筑垃圾，挖深約2.7 m，采用一級(jí)放坡，局部區(qū)域借助建筑剪力墻擋土?；訃o(hù)平面布置見圖5，南側(cè)土方開挖剖面見圖6，西側(cè)土方開挖剖面見圖7，南側(cè)土方開挖現(xiàn)場(chǎng)見圖8。

圖5 基坑圍護(hù)平面布置圖Fig.5 Plan of foundation pit enclosure

圖6 南側(cè)土方開挖剖面圖Fig.6 Profile of earth excavation on the south side

圖7 西側(cè)土方開挖剖面圖Fig.7 Profile of earth excavation on the west side

圖8 南側(cè)土方開挖現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.8 Site map of earth excavation on the south side

2.3 獨(dú)立承臺(tái)樁基礎(chǔ)新增疊合板加固技術(shù)

原有建筑基礎(chǔ)形式為兩樁、三樁和四樁承臺(tái)加樁基，獨(dú)立承臺(tái)無法補(bǔ)樁，補(bǔ)樁施工前需要新增筏板將原有承臺(tái)基礎(chǔ)和錨桿靜壓樁連為整體。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本工程南側(cè)沉降不穩(wěn)定，僅需在南側(cè)補(bǔ)樁，補(bǔ)樁區(qū)域增加疊合板，板厚800 mm。

新增疊合板主要承受樁頂反力、上覆土荷載。通?？赏ㄟ^在承臺(tái)頂面、側(cè)面進(jìn)行植筋，頂面植筋提供抗拔力，側(cè)面植筋承擔(dān)剪力，植筋間距和深度根據(jù)所需抗拔力進(jìn)行計(jì)算確定。本工程在承臺(tái)上表面及剪力墻上植筋，植筋采用■20@200，承臺(tái)植入深度500 mm。植筋完成后，承臺(tái)上表面新老混凝土接觸面進(jìn)行鑿毛處理，預(yù)留樁孔新澆筑疊合板。承臺(tái)植筋節(jié)點(diǎn)見圖9。新增承臺(tái)疊合板見圖10。

圖9 承臺(tái)植筋節(jié)點(diǎn)圖Fig.9 Node of bonded rebars of cushion cap

圖10 新建承臺(tái)疊合板Fig.10 New cap composite plate

2.4 低凈空狹小空間土方開挖技術(shù)

本工程基坑挖深4.7 m，建筑物一層梁板底面距基礎(chǔ)承臺(tái)頂面凈空高度約4.0 m。周邊鄰近管溝、擋土墻，施工空間狹小。不同于常規(guī)土方開挖工作，在建筑內(nèi)部進(jìn)行土方開挖必須充分考慮既有結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境對(duì)土方開挖作業(yè)的影響，要保證挖土施工的便利，也要保護(hù)好既有建筑結(jié)構(gòu)。

適用于低凈空狹小空間的土方開挖，需要采用小型機(jī)械將開挖土方轉(zhuǎn)運(yùn)至出土位置，挖土過程中注意避讓剪力墻、梁柱等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，有條件可采用水平履帶式出土或立體式出土。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，本工程最終采用多臺(tái)小型挖土機(jī)械，從西到東，依次退挖施工。外側(cè)采用中型挖土設(shè)備及土方車進(jìn)行出土駁運(yùn)。挖土路線見圖11。挖土施工過程中采用明排水及時(shí)排除積水。

圖11 挖土路線圖Fig.11 Excavation roadmap

2.5 地下水控制及高水位封樁技術(shù)

本工程場(chǎng)地潛水地下水位埋深0.5 m 左右，電梯井板底埋深為5.50 m，水位差為5.0 m，地下水位高。補(bǔ)樁施工前，需要將地下水位泄壓至底板底。

本工程在每個(gè)電梯井內(nèi)各開設(shè)1 個(gè)泄壓孔，采用井內(nèi)明排水泄壓，并在緊鄰電梯井外側(cè)新增1 個(gè)臨時(shí)集水深坑，同步排水泄壓，達(dá)到了預(yù)期的效果。

為防止補(bǔ)樁封樁后地下室出現(xiàn)滲漏，本工程采用二次封樁技術(shù)，設(shè)兩道止水條，封樁節(jié)點(diǎn)見圖12。第一次封樁至底板一半厚度，振搗密實(shí)，混凝土初凝后，查驗(yàn)樁孔是否有滲漏點(diǎn)，并及時(shí)對(duì)滲漏點(diǎn)進(jìn)行堵漏。待無滲漏點(diǎn)后，采用高強(qiáng)灌漿料封樁至底板面平，確保底板后續(xù)無滲漏問題。

圖12 封樁節(jié)點(diǎn)Fig.12 Pile sealing joint

3 加固效果分析

本工程通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為加固設(shè)計(jì)及施工提供依據(jù)，分析了建筑在補(bǔ)樁加固前后的變形情況。建筑四周共布置了8 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)（1～8）布置見圖13。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降速率曲線見圖14，南側(cè)和北側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均沉降速率曲線見圖15，圖中數(shù)據(jù)為負(fù)表示下沉，數(shù)據(jù)為正表示上抬。

圖13 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)（1～8）Fig.13 Settlement monitoring points (1-8)

圖14 累計(jì)沉降速率曲線Fig.14 Cumulative settlement rate curves

圖15 平均沉降速率曲線Fig.15 Average settlement rate curves

補(bǔ)樁施工前（2018-07-01—2018-08-10），南側(cè)承臺(tái)施工區(qū)域進(jìn)行卸土開挖，基礎(chǔ)承臺(tái)上部荷載減小，局部區(qū)域出現(xiàn)上抬變形。

補(bǔ)樁施工期間（2018-09-01—2018-10-22），南側(cè)累計(jì)沉降變形-4.23～-1.28 mm，最大沉降變形為-4.23 mm（監(jiān)測(cè)點(diǎn)5），平均沉降變形為-2.46 mm，2018 年10 月平均沉降變形速率為-0.10 mm/d。

補(bǔ)樁施工后（2018-10-23—2018-12-25），南側(cè)累計(jì)沉降變形-7.12～-7.05 mm，最大沉降變形為-7.12 mm（監(jiān)測(cè)點(diǎn)7），平均沉降變形為-7.10 mm，2018 年12 月平均沉降變形速率為-0.03 mm/d。

補(bǔ)樁完成后，受覆土回填擾動(dòng)以及上部二次結(jié)構(gòu)和裝修施工影響，基礎(chǔ)上部荷載有所增加，11 月份沉降有所增大，12 月份后趨于穩(wěn)定。其中，9 月份南側(cè)卸土施工，部分點(diǎn)位不具備觀測(cè)條件無法觀測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)8 受回填土施工影響，數(shù)據(jù)有所偏差。住宅樓自補(bǔ)樁后至今沉降穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期加固效果。

4 結(jié) 論

既有建筑周邊環(huán)境日益復(fù)雜，樁基事故原因多樣，涉及狹小空間、精細(xì)化施工等技術(shù)的應(yīng)用需求將會(huì)日益增多。本文通過對(duì)某高層建筑基礎(chǔ)加固案例的分析，針對(duì)軟土地區(qū)高層建筑樁基加固中遇到的獨(dú)立承臺(tái)樁基補(bǔ)樁、狹小空間基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)施工、高水位封樁等技術(shù)難題提出了解決方案，取得了良好的效果，以期為類似工程提供參考。