勁性微型樁在地下洞室塌陷事故中的應(yīng)用

勁性微型樁在地下洞室塌陷事故中的應(yīng)用摘要：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)托換中具有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：勁性微型樁地下洞室塌陷地基加固Abstract:I-shapedsteelreinforcedmicro-pileisdescribedintheaccidentofsheltercollapseunderbuildingfoundation.WiththeI-steelinthecore,higherrigidityandstrengthcanbegainedwhichdecreasetheeffectofpileradialshrinkageandwillbeapplicabletosoftsoilreinforcementandfoundation-underpinning.Abstract:I-shapedsteelreinforcedmicro-pileisdescribedintheaccidentofsheltercollapseunderbuildingfoundation.WiththeI-steelinthecore,higherrigidityandstrengthcanbegainedwhichdecreasetheeffectofpileradialshrinkageandwillbeapplicabletosoftsoilreinforcementandfoundation-underpinning.Abstract:I-shapedsteelreinforcedmicro-pileisdescribedintheaccidentofsheltercollapseunderbuildingfoundation.WiththeI-steelinthecore,higherrigidityandstrengthcanbegainedwhichdecreasetheeffectofpileradialshrinkageandwillbeapplicabletosoftsoilreinforcementandfoundation-underpinning.Keywords:I-shapedsteelmicro-pile，shelter，collapse，soil-reinforcement工程概況濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司41號(hào)住宅樓總建筑面積為5600m，分五個(gè)單元，在13、14軸線處設(shè)伸縮縫一道，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-2.25m，1996年建成使用。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)一、二單元明顯向北傾斜，建筑物在伸縮縫處明顯錯(cuò)出（如圖2所示），頂層出現(xiàn)暖氣及自來(lái)水管道拉斷現(xiàn)象。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)。補(bǔ)充地質(zhì)勘察8月16日至8月24日，進(jìn)行工程地質(zhì)補(bǔ)充勘察，在建筑物外共鉆孔32個(gè)，發(fā)現(xiàn)該建筑物東側(cè)一、二單元下有一廢棄防空洞斜向穿過(guò)（見(jiàn)圖1）。室外洞頂距地面約7.5m，洞高一般為1.7m，洞寬約2.0m。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，自上而下依次為：①雜填土：灰褐色，可塑，濕，厚為1.4～1.8m；②黃土狀粉質(zhì)粘土：黃褐色，可塑，濕～飽和，層厚為4.9～5.3m；③粉質(zhì)粘土：淺褐紅色，可塑～硬塑，濕，層厚6.1～7.8m；④碎石土：灰黃色，濕，中密～密實(shí)。2.2沉降觀測(cè)經(jīng)8月12日至9月4日現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，建筑物東側(cè)一、二單元該段時(shí)間產(chǎn)生的最大沉降值為28mm，最小沉降值為15mm，建筑物沉降速度最大為4mm/天。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，建筑物沉降及傾斜的發(fā)展速度很快。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14軸線處（伸縮縫東側(cè)），向北傾斜75mm，換算最大傾斜為0.41%，已超出《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ7—89）第5.2.4條規(guī)定0.4%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2.5.1.1條規(guī)定0.7%的危房限值。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0.2～0.3mm，最大不超過(guò)1mm。3處理方案3.1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)《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CJ13—86）第2.5.1.1條規(guī)定0.7%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)三個(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。3.2處理方案3.2.1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。然后采用塌落度為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。勁性微型樁托換采用微型樁對(duì)原有基礎(chǔ)進(jìn)行托換，是因?yàn)槲⑿蜆毒哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：①承載力高；②沉降量小，一般在設(shè)計(jì)承載力作用下僅為幾毫米；③所需施工場(chǎng)地較小；④樁孔孔徑小，施工時(shí)對(duì)原有基礎(chǔ)影響小，不會(huì)因施工引起建筑物附加沉降。⑤能穿透各種障礙物，適用于各種不同的土質(zhì)條件。另外，采用微型樁對(duì)有防空洞部分的基礎(chǔ)進(jìn)行托換，還能查找出建筑物下防空洞的確切位置，從而省去室內(nèi)勘察工作，節(jié)省時(shí)間，并可根據(jù)防空洞的實(shí)際走向隨時(shí)修改設(shè)計(jì)。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工字鋼，采用壓力灌注水泥砂漿（注漿壓力為0.4MPa）形成樁身。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位松動(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1.0m，孔深至防空洞洞底，成孔后放入注漿管，將孔頂封住，然后壓力灌注純水泥漿，注漿壓力為1.5～2MPa。4微型樁加固設(shè)計(jì)及施工4.1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4.5～5m，為減小沉降，要求樁端進(jìn)入碎石土0.5m。微型樁單樁豎向極限承載力按下式計(jì)算：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)作者在以往工程的實(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3所示。圖3微型樁平面布置及剖面圖4.2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-100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=1：0.6：0.35：0.02，注漿壓力為0.4MPa，直至灌滿為止。砂漿試塊28天的平均抗壓強(qiáng)度為48MPa。由于防空洞沒(méi)有完全塌落，壓力注漿時(shí)砂漿被壓入未塌落的防空洞塌落土體裂隙內(nèi)，因此先期灌注的樁孔其注漿量一般較大，有的達(dá)到10m以上。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3）。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，沖洗干凈后，刷界面劑。同時(shí)在原基礎(chǔ)上，每隔400mm打直徑為30mm深為200mm的錨孔，梅花型布置，灌M20膨脹水泥砂漿后，插入16插筋，插筋長(zhǎng)450mm。5加固效果本項(xiàng)工程于1998年9月7日開(kāi)工，1998年10月25日完成，共打微型樁110棵，灌注水泥砂漿近100m，灌注水泥漿42m。表1加固前后建筑物各點(diǎn)沉降值mm測(cè)點(diǎn)日期123456788.12000000008.19041122143118.26251427171129.4151527171119.10281931181029.241922362010210