[科普中國]-坑式托換

簡介

隨著我國工程項目建設發(fā)展，建筑物各種復雜地基情況不斷出現(xiàn)，其中不乏因地基處理不當，地基沉降差大，導致建筑物出現(xiàn)結構構件開裂等破壞現(xiàn)象，建筑物本身的空間限制了機械設備的施工，坑式托換技術是解決此類問題的有效途徑之一。

托換技術是在20世紀30年代興起的，我國的相關地基處理技術規(guī)范也列入了托換技術。其中托換技術的具體方法包括基礎加寬和加深托換、樁式托換、基礎減壓和加壓相應托換、樹根樁托換、灌漿托換、糾偏托換等方法1。

工程概況工程為2層臨街商業(yè)樓，框架結構，獨立基礎，其中A軸地基標高為－2．5m，1～5軸獨立基礎尺寸為2．4m×2．4m，6軸獨立基礎尺寸為2．8m×3．4m，基礎持力層為回填地下車庫基坑時的填土，填土厚度約為4．6m，設計要求填土為2∶8夯實灰土，壓實系數(shù)不小于0．95；B 軸、C 軸基底標高－7．1m，基礎持力層④層黃土狀粉質(zhì)粘土，該處地下部分為地下車庫。

因?qū)μ钔撂幚聿坏轿?，土質(zhì)松散，均勻性差，含水量較高，壓縮性高，導致該建筑物梁、板及柱出現(xiàn)裂縫，部分填充墻存在開裂，須對地基進行加固處理2。

地質(zhì)條件根據(jù)勘探結果，結合區(qū)域水文地質(zhì)資料，本區(qū)地下水位埋深在48．0m以下，對基樁施工無影響2。

加固方案1 加固方案選擇

之前建設單位已經(jīng)對該建筑物進行了高壓注漿加固，但加固效果不理想；另外，該建筑物主要用于交通銀行網(wǎng)點辦公，部分為餐飲店，加固施工不得在室內(nèi)操作，不得影響其正常營業(yè)?？紤]到各種因素，擬采用坑式托換技術進行加固處理，并對樁側(cè)填土進行高壓注漿處理。

2 樁頂荷載取值

根據(jù)結構設計單位提供參數(shù)，1～6軸與A軸交叉處的獨立基礎基底荷載情況。

3 坑式托換設計計算

（1） 初步設計參數(shù)

基樁設計樁頂標高為－2．5 m，樁徑為1 100mm（含鋼筋混凝土護壁厚度），樁長12．6m，樁中心線與框架柱中心線一致，樁端持力層為⑦層粉質(zhì)粘土，樁身混凝土強度等級為C30，為防止混凝土干縮導致樁頂與獨立基礎間出現(xiàn)縫隙，要求使用微膨脹性自流平混凝土。

（2） 承載力計算

根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》公式5．3．6及鉆孔地層分布計算單樁極限承載力，計算時考慮填土的不利影響。經(jīng)計算，單樁豎向極限承載力標準值增刊李仕良等：坑式托換技術在既有建筑地基加固中的應用為1 844．4kN，豎向承載力特征值為922．2kN，承載力可滿足設計及要求（其中6軸與A軸交叉處的獨立基礎布設2根基樁）。

（3） 變形計算

變形計算主要考慮2個方面：一方面考慮地基加固施工對基礎持力層面積消弱所引起的附加沉降，另一方面地基基礎形式調(diào)整后建筑物的最終沉降變形。

原設計建筑物為獨立基礎，基底標高為－2．5m，基礎持力層為填土，壓縮層深度不超過－10．0m，經(jīng)地基加固后建筑物基礎形式調(diào)整為樁基礎，基樁樁端標高為－13．1m，超出了原壓縮層深度，勢必產(chǎn)生二次沉降變形。根據(jù)基底壓力準永久組合值、《建筑樁基技術規(guī)范》、《建筑地基基礎設計規(guī)范》相關條款及巖土工程勘察報告，計算地基加固完成后各個獨立基礎沉降變形。

（4）樁側(cè)及樁頂高壓注漿

基樁上部樁周土為填土，結構松散，承載力低，遇水塌陷，為避免其對基樁穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響及減小其對基樁的下拉荷載，在基樁混凝土灌注完成2天后對樁側(cè)采取高壓注漿處理，每一標高為4孔，呈發(fā)散性布置，填土范圍內(nèi)共布置3層，標高分別為－3．5m、－5．0m、－6．5m。另外因施工工藝局限性，基樁樁頂與獨立基礎間存在微小縫隙的隱患，在樁側(cè)高壓注漿的同時，對樁頂采取高壓注漿措施2。

施工期間沉降觀測本工程坑式托換施工期間去除基礎持力層面積率大，建筑物無連梁、圈梁等縱向連接構件，整體性差，即使采取間隔施工也可能引起獨立基礎出現(xiàn)較大的附加沉降，甚至出現(xiàn)整體破壞。為確保建筑物及施工安全、對加固效果做出評估，在地基加固施工及建筑物使用過程中須對建筑物進行沉降觀測，1軸～6軸框架柱上均設置了沉降觀測點，監(jiān)測頻率為1次/天。

加固施工原計劃分3次完成，因現(xiàn)場條件限制，目前1軸、2軸上2根樁還未施工。實際的施工進度為：3軸、5軸2根樁為第1批，施工時間為第1～9天；4軸、6軸（其中1根）2根樁為第2批，施工時間為第10～15天；6軸（另外1根）1根樁為第3批，施工時間為第16～24天。第25～37天為施工間歇階段，對應上述施工進度將沉降觀測數(shù)據(jù)分為4個周期進行分析整理。

1）在3軸與5軸坑式托換施工期間，其對應沉降觀測點相對于其他觀測點未出現(xiàn)明顯的沉降變形過大；同樣在4軸與6軸（其中1根）坑式托換施工期間，其對應沉降觀測點相對于其他觀測點未出現(xiàn)明顯的沉降變形過大。也就是說坑式托換施工所引起的附加沉降不明顯。

2）在坑式托換施工完成后，隨著樁身混凝土土凝固沉降變形速率快速減小，幾近穩(wěn)定。

3）3軸～6軸坑式托換施工完成后，1軸、2軸部分沉降還在繼續(xù)增大但速率明顯減小2。

總結坑式托換技術是一種既有建筑物地基基礎加固行之有效的加固方式，其受力明確、加固效果顯著，可快速解決建筑物不均勻沉降及承載力不足等問題。

坑式托換施工減小了建筑物基礎持力層面積，地基應力會有所增加，但施工周期短，地基附加應力時效短，引起的附加沉降不明顯3。