许庆仁1，2
（1、广东省建筑设计研究院 广州 510410；2、广东华固工程有限公司 广州 510410）
摘 要：结合某筏板基础高层建筑纠偏工程，介绍了静压注浆微型钢花管桩在高层建筑基础加固纠偏中的应用。根据工程地质状况，分析该建筑物不均匀沉降原因。通过比选，采用可调性静压注浆微型钢花管桩纠偏技术。介绍了静压注浆微型钢花管桩加固机理、低净空条件下微扰动静压桩纠偏施工技术、高压喷射注浆技术与技术控制措施等，项目取得了较好的效果。
关键词：高层建筑；筏板基础；纠偏；微型钢花管桩
随着城市化进程的发展,高层建筑物越来越普遍。由于一部分项目在设计和施工期间不太规范,出现了基础不均匀沉降、建筑物倾斜等工程事故。一旦出现工程质量问题,需要尽快处理,以防引起社会不良影响,此时需对建筑结构基础进行加固纠偏处治。纠偏技术目前在我国虽较为成熟,但主要针对低层和多层结构,高层建筑应用很少。本文结合1栋12层（含地下室1层）筏板基础高层建筑快速纠偏的成功实践,阐述可调性微型静压钢花管注浆桩技术在建筑纠偏工程中的原理、关键施工工艺及控制措施,供相关技术人员参考。
某工程建筑物11层,呈长条形,长约80 m,宽约18 m,高为34.2 m,剪力墙结构,地下室1层,呈东西向分布,地下室底板板面标高约为29.271 m,地下室埋深约3.50～4.00 m,如图1、图2所示。采用天然地基片筏基础（底板厚400 mm）,基底下地基土主要为软～可塑状的粉质粘土层,标贯击数N=3～7击,fak=100～200 kPa。由于建筑形心及重心存在向北偏心现象,地基土承载力值差异也较大,建筑物基础出现了较明显的不均沉降,南北向沉降差约60.6～87.8 mm,东西向约112.1～139.3 mm,接近国家危房标准,且房屋的沉降还没有稳定。因此,必须要及时进行沉降变形控制处理,需对基底下存在相对软弱地基土地段进行地基加固纠偏调整,使其沉降差值达到设计及规范允许范围。
图1 建筑平面及注浆孔布置图
Fig.1 Architecture plan&glouting hole layout
图2 建筑立面图
Fig.2 Architecture elevation
主要原因为地下室南侧底板埋深及外伸面积大,而北侧底板埋深浅及外伸面积小,基底地基土所受的附加应力呈南侧小北侧大,当地基土出现局部土质偏软,承载力差异大时,压缩变形量倍增,导致差异沉降过大,建筑物倾斜度超出规范要求。
其它原因为建筑形心与重心不重合,存在稍向北偏心现象,施工时北侧盖土加大了基底土体的附加应力等,进一步加大了沉降量。
根据JGJ 123-2012《既有建筑地基基础加固技术规范》［1］及工程经验,地基加固方法多种多样,其中较为可行的思路是对本场地地基土性质详细研究基础之上,结合本项目的施工工期和加固施工方案的可行性等因素,综合分析拟采用预埋管可调性注浆法［2］。因此,首先,需要对待加固的软弱土层进行详细分析,采用可调性静压注浆的方式,形成树根状微型桩加固方案［3］。也就是基于原静压注浆加固基础,保留注浆钢管形成树根状小型桩基,构成复合地基,从而使得加固工程的安全度增加。其次,注浆加固需要在地下室工程完成后进行操作。在有上部荷载作用存在的情况下,注浆压力及扩散半径可以提高,同时在灌浆压力的作用下,基础板块能够产生适量上抬,从而起到预沉降作用。上述加固方法比较便捷,能与未完工的上部土建结构同时实施,可以大大提高工作效率,同时降低工程成本。此外,该方法还可以结合信息化管理,及时对建筑物的不均匀沉降进行调节,使得建筑物的稳定性整体增强。
静压注浆形成树根状微型桩基加固土层机理系采用水泥（或化学）浆材,通过注浆管在压力作用下,浆液能够克服土层的最初始应力,从而使得土体结构被破坏并发生扰动。土层沿垂直于小应力的平面发生劈裂,进而促使地层中原有的裂隙或孔隙张开,形成新的裂隙或孔隙［4］。随着浆液的可灌性和扩散距离增加,浆液充分地注入到待加固的土体中。伴随着浆液在土体中劈裂、挤压和渗透等综合作用,土体与高浓度的水泥浆充分结合,进而形成较高强度的树根状水泥网状脉体和水泥土固体。钢花管周边会形成“水泥浆泡”,而这种浆泡尺寸会随着注浆压力和注浆量的增大逐渐增大［5］。由于灌浆压力沿钻孔钢花管四周扩展,所产生的上抬力使地基土和地下室底板抬动,同时离浆泡较远的土,随注浆压力的消散,只产生弹性变形,从而土的密度会明显增加,土的强度明显提高。结合浆体劈裂挤压和速凝膨胀上抬作用,可以达到纠偏建筑物的效果。采用钢花管注浆,并将其保留在土中,可以使水泥浆在压力的驱动下通过滤管孔眼向四周喷射扩散,从而使水泥土体、注浆花管与树根状水泥网脉紧密结合成小型桩体。由水泥加固土体与树根状小型桩体形成复合地基,可以使原地基土的承载力提高,从而能够加固软弱地基,并控制建筑物的不均匀沉降,如图3、图4所示。
图3 可调性预埋灌浆管加固原理图
Fig.3 The principle of static pile grouting
图4 预埋灌浆管大样图
Fig.4 Master drawing of embedded grouting pipe
本项目注浆孔布设于基础底板下方软弱地基土分布区域［6］,并呈网格条带状均匀分布,各注浆孔间距离约1.2～2.0 m,成孔直径为110 mm,如图1所示。注浆孔的深度应至硬塑状粘性土层。结合理论计算及施工经验,注浆方法的影响半径约为1.0 m左右。布设的注浆孔分为两种类型,第1种是针对原沉降差较大区域,需进行注浆加固处理；第2种是在后期出现较大沉降差的情况下,需灌浆加固处理的储备孔。如果建筑物经第1种加固处理稳定的,则无需对储备孔进行灌浆加固,但是为防止地下水下渗导致原状地基土强度弱化,此时需对第2种储备孔进行封孔,如图4所示。
根据JGJ 123-2012《既有建筑地基基础加固技术规范》［1］,采用42.5R普通硅酸盐水泥、水玻璃、高分子聚氨酯、钢管及止水环氧砂浆。水泥浆体水灰比1.0～1.5；灌浆压力：0.8～1.0 MPa；浆体的有效扩散半径为1.0～1.5 m；渗入的浆体量约占加固土体的15%～20%；控制底板总上抬量要求为≤60 mm,且当单孔灌浆产生的上抬量为5 mm时,则要停止注浆。
4.3.1 预成孔：现场采用全站仪测放点位,采用XY-1型钻机进行成孔,成孔孔径φ110mm,钻至硬塑状粘性土层终孔,孔深约9 m。
4.3.2 埋管：采用锤击振动法［1］,将φ60钢管击入预成钻孔内,在基础垫层面上方200～300 mm的位置设置环氧砂浆止水,并采取措施保证环氧砂浆、φ60钢管及地下室底板结构紧密粘结,钢管口开丝扣,以便加接注浆管和止水塞。
4.3.3 清洗钻孔和压力灌浆：在地下室结构整体浇筑完成达到设计强度后,进行钻孔清洗和注浆施工,即将循环管和高压注浆胶管连接高压注浆泵和注浆钢管。首先,将注浆泵开动,按照清水、纯水泥浆的先后顺序分别洗孔至管底,直至钢管管口冒出纯水泥浆液,此为开放式注浆。然后,采用浓度相对较高的纯水泥浆进行封闭式静压注浆,即将纯水泥浆液缓慢地压入软弱土中。
4.3.4 压力控制与胶管拆除：随着注浆压力的增加,进浆量会变小,此时需要保持在一定的压力下进行注浆,稳压时间为30 min左右。当注浆完成或底板上抬量接近设计要求时,应立即停止灌浆并关闭进浆阀,然后将注浆胶管拆除,保留注浆钢管于注浆孔中。
4.3.5 建筑抬升观测：注浆期间,利用水准仪进行底板上抬量的观测。
4.3.6 注浆胶管的冲洗及移位：单孔注浆结束后,需利用清水对注浆胶管内部滞留的纯水泥浆进行冲洗,以防其堵塞,然后移至下一注浆钢管进行灌浆。
由于本项目局部存在1层地下室,建筑结构存在较大的差异,为防止灌浆加固过程出现局部上抬量偏大的情况,导致结构拉裂等二次病害的产生,结合补强加固要求,采用下述技术措施：
在设计要求注浆压力1.0 MPa进行注浆过程中压力的控制。按工程经验,上部结构荷载应以0.5 MPa左右为佳,且局部最大值不应超过0.75 MPa。注浆方式采取低压慢灌,当注浆量较大且未达到设计所需的压力时,可能会出现浆液外溢的现象,此时要将化学浆液掺入到浆体中,或者采取间歇式注浆方式,在浆液初步凝固前暂停注浆［2］,保证整个注浆过程在设计要求的压力下进行。
灌浆过程中若出现跑浆流失,会造成材料浪费。为避免这种情况,施工过程中需要严格按照施工方案中的技术参数。每段注浆的终止条件为吸浆量小于1～2 L
变形监测基准点应布设在位移和变形影响范围以外、位置稳定、易于保存的地方,并应定期复测,以保证基准点的可靠性［7］。同时在地下室周边及中心埋设多个观测点,作为进行整体变形观测的控制点。施工过程的整体变形监控需设立单孔抬升量观测点,并安排专业人员在灌浆过程中对邻近建筑物和建筑物周边地表进行观测,保障建构筑物结构和相邻建筑物的安全性和稳定性,做到信息化管理。
采用向微型钢花管内静压注浆的方式,在软弱地基土中形成树根状微型桩的加固纠偏技术,用于加固高层建筑出现的病害,旨在提高被加固地基土的承载力和改变土层的压缩性。在地下室工程整体浇筑完成,并达设计强度后进行的地基注浆加固,在上部结构一定荷载的作用下,注浆压力能得到最大程度的发挥,注浆有效半径得到增大。在灌浆压力和水泥浆液不断充填软弱土层孔隙的作用下,地下室底板和承台能产生适量上抬,起到预沉降作用［1］。该加固方法比较便捷,能与未完工的上部土建结构同时实施,可以大大提高工作效率,同时降低工程成本。此外,该方法还可以结合信息化管理,能及时处置对建筑物的不均匀沉降进行调节,使得建筑物的稳定性整体增强。实践经验表明,针对同类型的地质条件下的既有建筑快速加固补强工程具有一定的参考和借鉴价值。
参考文献
［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.既有建筑地基基础加固技术规范：JGJ 123-2012［S］.北京：中国建筑工业出版社,2012.
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［5］毛小雷,孔维涛.地基基础施工与加固技术探讨［J］.四川水泥,2016（10）：252-252.
［6］陈逸飞,魏焕卫,陈朝伟,等.建筑物的微型桩加固和顶升纠偏设计方案［J］.山东建筑大学学报,2016,31（4）：390-396,408.
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Application of Static Pressure Grouting Micro Steel Pipe Pile in Strengthening and Deviation Rectification of High-rise Building
Xu Qingren1，2
（1、Architectural Design and Research Institute of Guangdong Province Guangzhou 510410，China；2、Huagu Engineering Cooperation Limited Guangzhou 510410，China）
Abstract：In this paper，the application technology of static pressure grouting micro steel pipe piles is introduced in combination with the rectification engineering of a high-rise building with raft foundation.According to the engineering geology condition，the cause of the uneven settlement of the building is analyzed.By comparing the different technical solutions，the adjustable static pressure grouting micro steel tube pile deviation rectification technology is used definitely.The paper introduces the principle of static pile grouting，the construction technology of micro-disturbance static pressure piles under low headroom，the technology of high-pressure jet grouting and the technical control measures.Good results have been achieved in projects.
Key words：high-rise building；raft foundation；deviation rectification；micro steel pipe pile
中图分类号：TU746
文献标识码：A
文章编号：1671-4563（2018）01-075-04
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