南京某商城正常使用下主樓病害工程樁的加固 (2)

1、PAGE PAGE 10南京某商城正常使用下主樓病害工程樁的加固 位于南京市熱河南路東側(cè)的某商城，其設(shè)計(jì)總建筑面積85000m2，地上30層，地下2層，1997年建成7層以下部分并投入使用，上部因諸多問(wèn)題而停工。計(jì)劃1999年進(jìn)行7層以上的建設(shè)。 該工程樁基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注端承樁，樁基礎(chǔ)施工完畢后，部分工程樁存在重大質(zhì)量隱患，因此，根據(jù)設(shè)計(jì)院和質(zhì)監(jiān)站的要求，在主體施工前必須進(jìn)行徹底處理。 該工程底層為商場(chǎng)現(xiàn)已投入使用，地下室的層高3.4m，給樁基處理的設(shè)計(jì)和施工提出了許多特殊要求，施工過(guò)程中也解決了大量棘手的實(shí)際問(wèn)題。整個(gè)加固處理歷時(shí)一年多，現(xiàn)就此做一論述，供業(yè)內(nèi)同行在處理類似病害工程

2、中借鑒。 1事故的成因 1996年，該工程開(kāi)始施工，地下室基坑支護(hù)采用深層水泥攪拌樁擋土，在地下負(fù)二層土方開(kāi)挖后，由于坑中坑沒(méi)有支護(hù)設(shè)施，主樓和裙樓交界處的土體局部失穩(wěn)、坍塌，土體發(fā)生大面積的滑動(dòng)，擠土效應(yīng)導(dǎo)致主樓的部分工程樁出現(xiàn)偏位傾斜。 根據(jù)當(dāng)時(shí)施工監(jiān)理的樁位現(xiàn)場(chǎng)記錄，受到影響的有29根工程樁，最大的樁位偏移達(dá)2.3mm，隨后經(jīng)過(guò)低應(yīng)變檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有多根樁樁身出現(xiàn)斷裂，斷裂的位置為距離樁頂約10m處。施工單位及建設(shè)單位未向質(zhì)監(jiān)站和設(shè)計(jì)院通報(bào)，擅自進(jìn)行了草率、倉(cāng)促的處理，并繼續(xù)進(jìn)行了7層以下的施工。 2病害工程樁的判定 為確保處理工作的科學(xué)、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)，必須對(duì)有問(wèn)題的工程樁進(jìn)行質(zhì)量判定。 19

3、99年，通過(guò)原始資料分析，經(jīng)南京市多位專家論證，認(rèn)為可能影響工程質(zhì)量的工程樁涉及到現(xiàn)有的6個(gè)承臺(tái)，其中最為嚴(yán)重的主裙樓相接處主樓3根框架柱下共9根樁，直徑1.2m，決定判定工作從該樁入手。 判定工作的范圍為：樁身的完整性、垂直度和樁身混凝土的抗壓強(qiáng)度。 樁身的完整性、垂直度的測(cè)試是采用鉆孔取芯、超聲波檢測(cè)和CT掃描的方法同時(shí)進(jìn)行的，其方法如下： 在原樁位的中心垂直鉆孔（ZK1），以此為圓心，在半徑0.8m的圓周上設(shè)置東西南北向的4個(gè)垂直鉆孔（AK2-5），全部5個(gè)孔垂直鉆進(jìn)深度為16m，孔位全部取芯，作混凝土完整性的初頻判斷和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。以ZK1為軸，分ZK1/ZK2-5四個(gè)面，用非金屬

4、超聲波探測(cè)儀檢測(cè)樁身在045范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，步長(zhǎng)0.2m，同時(shí)用CT掃描儀進(jìn)行樁身立體成像，根據(jù)掃描成果計(jì)算樁體的傾斜方向和角度，同時(shí)判定樁身的缺陷，如樁的斷裂、夾泥等情況。 結(jié)論：樁頂以下6m8m左右的樁身混凝土存在嚴(yán)重?cái)嗔押蛫A泥，其他區(qū)域有中度松散和空洞的現(xiàn)象，7m14m段的樁身向東南方向傾斜，東傾4%，南傾2.5%，與檢測(cè)前專家的預(yù)測(cè)和計(jì)算結(jié)果基本吻合，其他部分混凝土抗壓強(qiáng)度合格。 根據(jù)有關(guān)規(guī)定，判定該工程樁不合格，簡(jiǎn)稱為“病害樁”。根據(jù)專家小組的意見(jiàn)，對(duì)其他5個(gè)承臺(tái)下的有關(guān)工程樁也進(jìn)行鉆芯取樣，結(jié)果混凝土的物理指標(biāo)基本同上。結(jié)合前期的低應(yīng)邊測(cè)試，經(jīng)過(guò)多次嚴(yán)密地計(jì)算，一直認(rèn)為這部分樁均屬

5、于嚴(yán)重不合格樁，承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到原設(shè)計(jì)的要求，都必須進(jìn)行加固處理。 3樁加固方案的確定和實(shí)施 對(duì)所有因采用鉆芯取樣產(chǎn)生的檢測(cè)孔的工程樁以及部分樁身存在的輕微缺陷，統(tǒng)一采用壓力注漿補(bǔ)強(qiáng)，每根樁補(bǔ)4只孔，高壓清漿后加插直徑80mm、厚10mm的鋼管分3至4次注漿。 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的地下室地板梁結(jié)構(gòu)剛度的分析計(jì)算，認(rèn)為回固處理工作的重點(diǎn)還是應(yīng)放在對(duì)病害工程樁和承臺(tái)的處理上，這是本次加固工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。處理前比較了兩種加固方案： 方案一是錨桿靜壓鋼管樁部分托換方案。 利用建筑物的結(jié)構(gòu)自重和樁基礎(chǔ)的負(fù)磨擦作為反力，通過(guò)后補(bǔ)在基礎(chǔ)上的錨桿螺栓的連接，穿過(guò)底板開(kāi)鑿的孔洞將鋼管樁壓入地基土體中，直到鋼管樁達(dá)

6、到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度或設(shè)計(jì)承載力值時(shí)為止，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)壓力值是通過(guò)在建筑物外的試樁后折算而來(lái)。壓樁完成后，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行封樁處理。 鋼管樁直徑為508mm、壁厚為18mm，內(nèi)灌微膨脹混凝土。 目前，7層以下部分建成已經(jīng)4年，沉降已經(jīng)穩(wěn)定，建筑物基本處于正常狀態(tài)，故認(rèn)為病害樁尚具有一定的承載力（在此期間未發(fā)生地震），通過(guò)進(jìn)一步的壓力注漿進(jìn)行樁身修復(fù)，可以承擔(dān)7層以上的結(jié)構(gòu)荷載，仍可以繼續(xù)讓其發(fā)揮作用。另外，通過(guò)在原樁位附近重新補(bǔ)的鋼管樁可以承擔(dān)7層以上的荷載和7層以下的部分荷載。 方案二是鋼筋混凝土鉆孔灌注樁全托換方案。 考慮到目前檢測(cè)手段和計(jì)算理論所限，注漿修復(fù)后的受損樁的殘余承載力難以準(zhǔn)確量定，新舊荷載

7、在承臺(tái)處存在共同作用，受力分析比較復(fù)雜，提出采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁全托換的方案，設(shè)定以后受損樁不參加工作，上部荷載完全由新成樁來(lái)承擔(dān)，舊樁的殘余承載力只作為安全儲(chǔ)備。新樁樁徑分別為0.8m、1.2m，混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為C35，樁的承載力和數(shù)量通過(guò)試樁結(jié)果經(jīng)計(jì)算提出。 方案比較：方案一具有經(jīng)濟(jì)、施工周期短的優(yōu)點(diǎn)，但是缺點(diǎn)是方案的經(jīng)驗(yàn)成份較高，新舊樁在上部荷載的傳遞分配上不夠直觀，舊樁的承載力的準(zhǔn)確數(shù)值不明確，而且新舊混凝土的應(yīng)變差異會(huì)使受力結(jié)構(gòu)的受力分析非常復(fù)雜。方案二的優(yōu)點(diǎn)是荷載傳遞路徑清晰，樁基礎(chǔ)無(wú)隱患，加固的過(guò)程比較科學(xué)，可靠性大大提高。缺點(diǎn)是工期長(zhǎng)、投資大，而且鉆孔樁施工機(jī)具由于受層高的

8、限制需要改造。 考慮到建設(shè)工程的百年大計(jì)和人民的生命安全，專家小組最后慎重選定方案二作為本工程的加固處理方案。 有用第二方案，與鋼管樁相比，鉆孔灌注樁的單樁承載力大大提高，樁的總數(shù)量也有所減少，施工難度相對(duì)減小，共成樁38根，施工過(guò)程中加強(qiáng)了對(duì)樁的施工質(zhì)量的監(jiān)理，加強(qiáng)了樁入巖深度的控制。 4加固過(guò)程中承臺(tái)上荷載的轉(zhuǎn)移 第二加固的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)是對(duì)原有承臺(tái)進(jìn)行加固，通過(guò)新承臺(tái)將建筑的的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效連接，荷載的轉(zhuǎn)移是通過(guò)新舊承臺(tái)的連接和結(jié)構(gòu)框架柱的加固來(lái)實(shí)現(xiàn)的（圖1）。 由于建筑和設(shè)備專業(yè)的要求，新建的承臺(tái)的頂標(biāo)高不能高于地下室地板頂標(biāo)高，這也就意味著要想形成有效的連接，必須將現(xiàn)有的直下室梁板

9、和承臺(tái)的一部分混凝土鑿除，由于承臺(tái)已經(jīng)承受著上部七層（包括二層地下室）傳下來(lái)的荷載，所以混凝土鑿除的具體數(shù)量由設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)精確計(jì)算確定。為了保證新舊承臺(tái)的連接，在舊承臺(tái)混凝土上進(jìn)行植筋，植筋數(shù)量由設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)計(jì)算確定。 經(jīng)計(jì)算，將原承臺(tái)上的結(jié)構(gòu)柱地下第二層高度范圍內(nèi)周邊從上到承臺(tái)加包鋼筋混凝土，擴(kuò)大了斷面，保證了新承臺(tái)鋼筋混凝土抵抗沖剪的能力。新外包的鋼筋混凝土的主筋的布置按照框架柱的配筋形式設(shè)置，并同新舊承臺(tái)的主筋相連接。結(jié)構(gòu)框架柱的加固也采用了植筋技術(shù)。 為了保證植筋的施工質(zhì)量，植筋過(guò)程中加強(qiáng)了對(duì)干孔和濕孔不同條件下植入深度的控制，施工完成后對(duì)每一根植筋都進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)，直致全部滿足設(shè)計(jì)要

10、求。 這樣，上部主體的荷載通過(guò)擴(kuò)大了的結(jié)構(gòu)樁傳到新承臺(tái)上，再由新隨臺(tái)傳遞至新成的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁上，從而實(shí)現(xiàn)了荷載的轉(zhuǎn)移，原來(lái)已有的經(jīng)過(guò)修復(fù)的受損樁的殘余承載力也同時(shí)在參加工作，達(dá)到安全儲(chǔ)備的目的。 圖1 灌注樁補(bǔ)樁承臺(tái)及柱子架固示意圖 5加固工程樁的驗(yàn)收 加固工程樁的驗(yàn)收主要是采用自平衡技術(shù)檢測(cè)單樁承載力，小應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)樁身的完整性、混凝土試塊的試壓檢測(cè)樁身混凝土的強(qiáng)度完成的。 單樁承載力的檢測(cè)依據(jù)是江蘇省地上標(biāo)準(zhǔn)樁承載力自平衡測(cè)試技術(shù)規(guī)程和JGJ94-94附C單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)，自平衡測(cè)樁技術(shù)是東南大學(xué)的一項(xiàng)在該領(lǐng)域具有革命性的全新的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)場(chǎng)地空間無(wú)特殊要求，特別適合本工程

11、地下室層高低的不利因素，不需要任何堆載及大型設(shè)備。原理如下： 在樁施工過(guò)程中，將一種特制的加載設(shè)備荷載箱一樁鋼筋籠的主筋相焊接，經(jīng)計(jì)算，將它埋入距樁底2m處，將荷載箱的高壓油管和位移棒一起引到地面，混凝土澆筑15天后，用高壓油泵按照加載規(guī)范的要求向荷載箱充油而加載，荷載箱通過(guò)上下厚鋼板將壓力傳遞到樁身，其上部樁身的摩擦力和下部樁身的摩擦力及端阻力相平衡。根據(jù)上下Q-S、S-LgT、S-LgQ曲線確定樁的承載力。按照規(guī)范，共檢測(cè)了2根樁，檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。 樁身混凝土完整性的檢測(cè)是采用低應(yīng)變檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，每根樁均采用多點(diǎn)激蕩，采集一條一致性較好的原始波形作為分析依據(jù)。檢測(cè)結(jié)果為A類樁28

12、根、B類樁10根，均滿足要求，可以作為工程樁使用。 通過(guò)對(duì)混凝土試塊的試壓，單軸抗壓強(qiáng)度全部滿足設(shè)計(jì)要求。 6七層以上部分塔樓設(shè)計(jì)和施工中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題 由于在地下室地板處進(jìn)行后期局部樁基加固，基礎(chǔ)的剛度存在差異，所以在進(jìn)行上部建筑的設(shè)計(jì)上應(yīng)加以注意，注意上部結(jié)構(gòu)剛度的比例和協(xié)同作用。 盡可能通過(guò)上部結(jié)構(gòu)形式的變換來(lái)調(diào)整荷載的傳遞路徑，以保證新承臺(tái)等鋼筋混凝土的安全。 在新承臺(tái)上柱腳處設(shè)置壓力應(yīng)變片，隨著上部施工的進(jìn)展，及時(shí)、同步跟蹤檢測(cè)柱底軸力的變化，以便進(jìn)一步驗(yàn)證加固工作的成果，給上部工程的設(shè)計(jì)、施工提供參考。 設(shè)計(jì)上盡可能選用輕型建筑材料，減輕樁基礎(chǔ)的工作荷載。 加強(qiáng)沉降的觀測(cè)和數(shù)據(jù)

13、的處理。 7加固處理施工的幾點(diǎn)體會(huì) 由于加固處理工作是在地下室負(fù)二層內(nèi)完成的，埋深為-7m，地下水位很高，采用人工方法直接在工作面處集中降水不僅量大，而且因降水速度過(guò)快曾經(jīng)導(dǎo)致建筑物沉降的異常。合理的方案應(yīng)在施工面以外一定距離內(nèi)采用多點(diǎn)同時(shí)降水，密切觀測(cè)已建成建筑物的沉降情況。 由于工作面處單點(diǎn)集中降水及前期土體坍塌滑動(dòng)后處理不當(dāng)，地下室地板下的土體被嚴(yán)重深度擾動(dòng)，形成了大量的流砂、流土，局部地板下形成大面積空洞。鋼筋混凝土鉆研孔樁成孔后相互連通，混漿護(hù)壁很難成形，部分樁出現(xiàn)塌孔等現(xiàn)象。混凝土在澆筑過(guò)程中，往往會(huì)通過(guò)部分空洞進(jìn)入周圍的樁孔，既影響混凝土的澆筑質(zhì)量，也影響周圍樁孔的質(zhì)量，許多孔因此成為廢孔，需要進(jìn)行二次成孔。所以對(duì)于樁成孔來(lái)說(shuō)，合理的方案應(yīng)該是上半部2m左右范圍內(nèi)采用混凝土護(hù)壁、下半部采用混漿護(hù)壁，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)成孔質(zhì)量的控制。 由于改進(jìn)后的鉆機(jī)高度很低、自重較小，穩(wěn)定性降低，成孔后的實(shí)際孔徑往往大大超過(guò)設(shè)計(jì)值，加上地板下空洞的存在，混凝土的實(shí)際充盈系數(shù)普遍超過(guò)規(guī)范，一般在1.51.7，部分達(dá)到2.52.8。另外，設(shè)備改造增加費(fèi)用以及混凝土的鑿除和澆筑效率均同現(xiàn)有維修定測(cè)算的條件不相同。所以，不論是建設(shè)單位還是施工