摘要:本文通過對某工程病害地基致害原因的詳細分析，揭示了引發(fā)病害地基的常見原因，提出了樹根樁加擴展式托換基礎(chǔ)的加固、糾偏(傾斜)方法，在一定技術(shù)條件下，對軟弱土病害地基和濕陷性黃土及其它特殊性土地基的加固治理效果十分顯著，而且通過加固施工過程的有效控制，可降低或避免加固施工過程中的附加沉降和結(jié)構(gòu)次生裂變。該方法對其它類似建筑物的不均勻沉降和傾斜的加固治理具有借鑒意義。

　　關(guān)鍵詞:病害地基;不均勻沉降;加固糾偏;傾斜率;擴展式基礎(chǔ);樹根樁;信息化施工

　　0引言

　　諸多的“病害”地基，通常是在地基處理設(shè)計過程中，設(shè)計人員對地基土的物理力學(xué)性質(zhì)認識不足，對所選擇或確定的地基處理方法與其地基土的適宜性和可靠性缺乏全面的分析和判斷，致使地基處理設(shè)計方案欠佳或存在著嚴重的缺陷;再者是在施工過程中，施工單位為節(jié)省成本偷工減料，或者是施工工藝技術(shù)參數(shù)的選擇和控制方面存在著嚴重的不足，從而造成地基處理效果達不到國家相關(guān)規(guī)范的要求和設(shè)計預(yù)期目標，從而使建筑物發(fā)生不均勻沉降或傾斜;另外，施工過程中的管理問題，也是引發(fā)“病害”地基的重要因素，諸如:隨意改變結(jié)構(gòu)設(shè)計而導(dǎo)致房屋荷載增加過大或房屋荷載重心偏移、選擇采用低質(zhì)材料、因降水問題存在著褥墊層的碾壓密實問題等等。

　　按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)[1]和《建筑物傾斜糾偏技術(shù)規(guī)程》(JGJ270-2012)[2]的要求，當建筑物的整體傾斜值超過允許值時，該建筑物是不安全的，應(yīng)對該建筑物的基礎(chǔ)進行適當調(diào)整，使其傾斜得到糾正，并使其基礎(chǔ)得到加固，以確保建筑物變形始終控制在安全范圍內(nèi)。

　　在實施加固過程中，要按照相關(guān)規(guī)范要求，加強全過程的沉降、變形(裂縫)監(jiān)控工作和信息反饋工作。對于變形量或變形速率、結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)異常情況時，要及時調(diào)整和完善設(shè)計與施工方案，即實施動態(tài)設(shè)計和信息化管理，以保證加固施工過程的有效控制與協(xié)調(diào)，防止施工過程中再次出現(xiàn)較大的附加沉降和傾斜，避免主體結(jié)構(gòu)的進一步受損或使用功能受到影響。

　　1工程基本情況

　　1.1結(jié)構(gòu)概況

　　太原清徐某小區(qū)某號樓，地上七層，地下一層，總高度22.0m，磚混結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，南北長度90.0m，東西寬度12.0m，筏板厚度600mm，混凝土強度等級C30，地基處理設(shè)計采用水泥土攪拌樁復(fù)合地基，設(shè)計樁徑500mm，樁間距1.2m，樁長10.0m，布樁形式為正三角形，褥墊層厚度500mm，原設(shè)計墊層材料為碎石，實際采用煤矸石，設(shè)計要求復(fù)合地基承載力特征值160kPa。

　　1.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

　　地基土為第四紀全新世沖洪積堆積物(Qal+pl4)，屬軟弱場地土—中軟場地土，由粉土、粉質(zhì)黏土和粉細砂等組成。場地地下水類型屬潛水性質(zhì)，地下水位埋深1.8m，對混凝土結(jié)構(gòu)具有中等腐蝕性。

　　1.3加固前的沉降觀測結(jié)果

　　該建筑工程竣工3個月后，發(fā)現(xiàn)整體建筑由東向西傾斜(房屋為南北走向)，但在施工過程中和竣工后未做沉降觀測工作，后設(shè)置了8個沉降觀測點G1-G8，觀測點沿建筑物四周±00標高處設(shè)置。因先前未做沉降觀測工作，只能以原設(shè)計±00絕對標高做為首期觀測值來計算各點的沉降值，并假設(shè)±00相對標高為0.000，以±00以上施工時日至本期觀測時日，做為本期的觀測周期。

　　確定首期觀測周期為360d，觀測頻次為1，首期各沉降觀測點的觀測結(jié)果見表2;二期觀測周期為30d，觀測頻次為1。筆者根據(jù)多年的當?shù)毓こ虒嵺`經(jīng)驗，判斷該建筑物的正常沉降值一般應(yīng)該在35～60mm之間，沉降和沉降差異常偏高，尤其是房屋橫向的沉降差較大，不均勻沉降和傾斜較為嚴重。G4-G8的沉降差達71.7mm，G1-G5的沉降差達72.5mm，其傾斜率分別為0.00598和0.00604，已嚴重超過國家規(guī)范的要求(0.004Hg)。二期的沉降觀測結(jié)果還表明，建筑物的沉降還在持續(xù)發(fā)展，沉降速率達0.150～0.316mm/d，東側(cè)小西側(cè)大，而且沉降速率遠遠超出規(guī)范規(guī)定值，建筑物的傾斜率還將持續(xù)發(fā)展。

　　2建筑物傾斜原因分析

　　2.1房屋荷載的偏心問題

　　據(jù)建設(shè)方反映，本項目地基處理和褥墊層施工完畢后，整體建筑因故向西平移600mm，即整片地基處理形心與建筑物荷載重心發(fā)生了偏移，西側(cè)基礎(chǔ)筏板超出攪拌樁外邊線800mm;尤為嚴重的是建設(shè)方隨意改變結(jié)構(gòu)設(shè)計，在建筑物西側(cè)從下至上整體增加懸挑結(jié)構(gòu)，寬度1500mm。

　　顯然，本建筑物地基既存在著不均勻性問題，更存在著荷載偏心問題。筆者按照《建筑物傾斜糾偏技術(shù)規(guī)程》(JGJ270-2012)5.2.4的規(guī)定[2]，對其基底應(yīng)力進行了驗算，計算結(jié)果為:Pk=157kPa，Pkmax=182.0kPa，Pkmin=132.0kPa(其中，Pk為基礎(chǔ)底面的平均壓力(kPa);Pkmax、Pkmin分別為基礎(chǔ)底面邊緣的最大壓力值和最小壓力值(kPa))。計算結(jié)果顯示，該建筑物的基底應(yīng)力分布呈梯形，這正是房屋傾斜的重要原因之一。

　　2.2復(fù)合地基的設(shè)計問題

　　本場地地基土為軟弱土—中軟土，其主要工程性質(zhì)具有高壓縮性、低強度、高靈敏度和低透水性等特點[3～6]。水泥土的強度和硬化機理是一較為復(fù)雜的研究課題，筆者通過對國內(nèi)眾多試驗研究成果的總結(jié)和分析[7～9]，認為:對于軟弱土—中軟土，且為粉土或塑性指數(shù)較低的粉質(zhì)黏土，當固化劑水泥(P.O42.5)摻入比達12.5%～15.0%時，水泥土28d齡期的無側(cè)限抗壓強度(fcu，28)在1.0～1.5MPa之間，90d齡期的無側(cè)限抗壓強度(fcu，90)在1.5～2.5MPa之間。

　　對于承重水泥土的標準強度應(yīng)以90d的齡期強度(fcu，90)取值，但樁體(現(xiàn)場)水泥土強度(fcu，f)與室內(nèi)水泥土試塊強度(fcu，k)存在著較大的差異，其統(tǒng)計關(guān)系式為:fcu，f=(0.2～0.5)fcu，k，這主要是因為現(xiàn)場攪拌中水泥與土存在著融合性和均勻性問題，土的黏性越大，其融合性和均勻性越差，它與室內(nèi)配制的試塊相差甚遠，這也是《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》(JGJ79-2012)7.3.3[10]所規(guī)定的樁體強度折減系數(shù)(η)取0.25的因素之一。

　　筆者依據(jù)上述的試驗研究成果分析，對加固前該復(fù)合地基承載力特征值進行了驗算[4]。計算結(jié)果為，加固前復(fù)合地基承載力特征值fspk=120kPa。計算結(jié)果表明:該復(fù)合地基承載力標準值遠達不到原設(shè)計160kPa的要求(前文驗算其基礎(chǔ)底面的平均壓力值為157kPa)。這可能是原設(shè)計人員在計算單樁承載力時，沒對樁身強度進行驗算并以樁身強度來控制單樁豎向承載力標準值所致。

　　諸多研究結(jié)果表明[7，8，11，12];褥墊層的厚度，對樁土應(yīng)力比的影響非常明顯，樁土應(yīng)力比隨褥墊層厚度的增大而減少，一般褥墊層的厚度控制在100～300mm之間較為合理。如果褥墊層厚度過大，不僅影響其復(fù)合地基的承載能力，而且會加大其沉降變形，尤其對軟土地基而言更為顯著。該建筑物褥墊層厚度為500mm，就存在上述問題，如有不均勻沉降，即刻產(chǎn)生房屋傾斜。由此可見，該復(fù)合地基設(shè)計存在著明顯的嚴重缺陷。

　　2.3施工過程中存在的問題

　　本工程場地地下水位埋深1.8～2.0m，而開挖深度達2.8～3.0m。據(jù)筆者了解查證，開挖時未采取正規(guī)的降水措施，僅簡單地布設(shè)了幾處集水坑，降水效果極差，未達到預(yù)期的降水目的。通常的降水水位一般要低于基底0.5～1.0m，不然墊層碾壓時針對軟弱地基土存在著嚴重的翻漿問題，它會導(dǎo)致墊層的碾壓密實度達不到國家相關(guān)規(guī)范和設(shè)計的規(guī)定要求;更不盡合理的是，原設(shè)計褥墊層為碎石墊層，施工時更改為煤矸石墊層，煤矸石是一種軟巖，強度較低，而且在低PH值和高含量氯離子、硫酸根離子的中等—強腐蝕性水的侵蝕下，極易快速軟化，從而降低褥墊層的強度。因此，褥墊層的施工質(zhì)量問題也是產(chǎn)生沉降和不均勻沉降的原因之一。綜上所述，以上三方面的問題是該建筑物產(chǎn)生不均勻沉降和傾斜的主要原因。

　　3加固方案的選擇與確定

　　通常的加固糾偏法有迫降法、抬升法和綜合法等[2，13，14]，但每一種加固糾偏法，針對不同的地基條件與結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)荷載以及產(chǎn)生傾斜的原因等，均存在著適宜性、可行性、風(fēng)險性和經(jīng)濟性等問題。筆者認為:目前，國內(nèi)對傾斜建(構(gòu))筑物的加固糾偏，缺乏成熟的、全面的工程實踐經(jīng)驗和成熟的、全面的試驗研究成果。

　　因此，對傾斜建筑物的加固糾偏方案的確定，往往存在較多困惑，諸如適宜性問題、不確定性問題、施工的可行性問題和施工的風(fēng)險性問題，更重要的是加固糾偏中的次生結(jié)構(gòu)裂變等問題。本建筑物是一超限建筑物(磚混7層)，軟土地基，地基處理設(shè)計存在著缺陷，而且處理效果欠佳。參考國內(nèi)多項工程實際案例和筆者多年的工程實踐經(jīng)驗[11～15]，依據(jù)本建筑物的上述基本情況和產(chǎn)生傾斜的原因分析，并經(jīng)綜合研究與判斷，確定如下加固糾偏措施:東西兩側(cè)采用樹根樁加擴展式托換基礎(chǔ)，并實施東西兩側(cè)分期施工的加固糾偏方法，即先期施工西側(cè)，一定期限后再施工東側(cè)。

　　其目的有如下幾點:(1)采用樹根樁加擴展式托換基礎(chǔ)，首先是為了擴大基礎(chǔ)底面積，從而降低建筑物的基底應(yīng)力;其次是通過東、西兩側(cè)采用不同的基礎(chǔ)擴展寬度，來重新調(diào)整建筑物的荷載重心，以解決或基本解決建筑物的荷載偏心問題;(2)因為樹根樁(加筋)基本可稱為剛性樁，且與擴展基礎(chǔ)剛性連接(不設(shè)褥墊層)，因此首期施工傾斜一側(cè)(西側(cè))是為了控制或者是杜絕建筑物西側(cè)的持續(xù)沉降變形，不致本建筑物的傾斜率持續(xù)增大或過度增大;(3)加固前的沉降觀測結(jié)果表明，東側(cè)的沉降速率仍達0.15～0.16mm/d，顯然，利用東西兩側(cè)的先后加固順序和加固間歇時差調(diào)整其沉降差或傾斜率是完全可行的，尤其是西側(cè)加固完畢后又形成新的基礎(chǔ)形心和荷載重心，即建筑物荷載重心相對向東偏移，這必將加大東側(cè)的沉降速率。

　　在間歇期限內(nèi)任東側(cè)繼續(xù)下沉至一定期望值后，再加固東側(cè)，這也就是通常所說的“自然”迫降法。通過上述東西兩側(cè)分期加固，便可達到糾偏或基本糾偏的目的，也可控制建筑物的持續(xù)下沉，以滿足國家相關(guān)規(guī)范的要求。

　　4加固設(shè)計方案

　　4.1方案概要

　　東、西兩側(cè)擴展基礎(chǔ)(筏板)寬度分別為3.1m和3.9m，厚度同為600mm，混凝土強度等級同為C35，兩側(cè)均是雙層雙向配筋，其上下層主筋分別同為E20@150和E25@150，其中橫向主筋要植入原基礎(chǔ)底板900mm，混凝土保護層厚度同為35mm，素混凝土墊層同為C10，厚度100mm;東、西兩側(cè)擴展筏板基礎(chǔ)下均設(shè)置兩排樹根樁，其內(nèi)側(cè)樁中心點至原基礎(chǔ)底板外緣距離:東側(cè)1.2m，西側(cè)2.0m。

　　東、西兩側(cè)樁頂標高均較原攪拌樁頂標高低100mm(素混凝土墊層)，樁徑均為500mm，樁長:東側(cè)為15m、西側(cè)為16.0m，縱橫向樁間距:西側(cè)分別為1.5m和1.6m，東側(cè)分別為1.8m和1.6m，樁端持力層同為粉細砂層，樁體無側(cè)限抗壓強度均相當于C25混凝土強度等級。樹根樁配筋東西兩側(cè)均相同，主筋8E14，加勁箍筋D12@2000，螺旋箍筋D6@150，主筋均要伸入底板450mm，通長配筋，混凝土保護層厚度50mm。

　　5沉降觀測結(jié)果及分析

　　加固工程首期西側(cè)加固竣工后，對各沉降觀測點進行了第三期(105d)沉降觀測，①西側(cè)加固后的平均沉降速率明顯降低，即由原來的0.3～0.316mm/d降至0.085～0.105mm/d，而且降低幅度較大，應(yīng)為趨于穩(wěn)定的態(tài)勢;②東側(cè)的平均沉降速率明顯增大，即由原來的0.15～0.16mm/d增至0.32～0.34mm/d，這可能是西側(cè)基礎(chǔ)擴展加固后又使建筑物重心相對向東偏移的荷載偏心效應(yīng)所致，這也正是“自然”迫降法所期望的效果;②東、西兩側(cè)的沉降差明顯降低，即由原來的71.7～72.5mm降至43.4～48.5mm，傾斜率降至0.0038～0.004，糾偏治理達到了預(yù)期目的。

　　6結(jié)束語

　　樹根樁加擴展式托換基礎(chǔ)的加固、糾偏(傾斜)方法，在一定的技術(shù)條件下，對軟弱土病害地基和濕陷性黃土以及其它特殊性土病害地基的加固治理效果十分顯著。而且，通過加固施工過程的有效控制，還可降低或避免加固施工過程中的附加沉降問題和結(jié)構(gòu)次生裂變問題。病害地基的加固與治理，是一較為復(fù)雜的課題，而且技術(shù)風(fēng)險性很大，它涉及到計算理論、施工技術(shù)等各個方面，尤其是加固效果與規(guī)范的矛盾問題。通常條件下，病害地基的加固效果難以百分之百地達到規(guī)范要求，在今后的工程實踐中，尚需不斷地探索和研究。

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