既有建筑地基基础复合加固技术应用研究

丁胜元 （山东钜旺建筑工程有限公司，山东 潍坊 262500）

由于受到外荷载、地质条件、地下水、维护管理等各种因素的影响，既有建筑地基基础可能会出现各种问题，如沉降、变形、稳定性不足等，这些问题会对建筑物的安全性和使用寿命产生严重影响[1]。因此，既有建筑地基基础的变形和稳定性一直是地基工程加固研究者所关心的问题，在软土地基条件下，如果建筑基础结构形式选择不当或建筑物在后期出现加层现象等，在建筑物使用多年后极易出现不均匀沉降，造成建筑物的损坏，对既有建筑地基基础进行加固显得十分必要。微型钢管桩是一种新型的地基加固材料，通过在地下钻取小直径钢管并注入混凝土，形成钢筋混凝土+喷射固结浆液桩体，以增加地基承载能力和稳定性，能够有效解决既有建筑地基基础的沉降和变形问题。微型钢管桩兼做注浆孔复合加固技术具有施工方便、适用范围广、快速高效、环保友好、施工周期较短等优点，与传统的桩基结构相比，微型钢管桩通过向地基土中注入浆液，改善地基土的物理性质，提高了加固效果[2-3]。

本文以山东省某市办公楼地基基础加固为研究对象，提出基于微型钢管桩兼做注浆孔的复合加固技术，探索其在既有建筑地基工程中的应用。研究成果可为建筑地基复合加固技术的设计与实施提供参考，并提供一种高效、安全、可持续的地基加固技术，类似工程可根据具体情况进行工艺调整以达到最佳加固效果。

1 工程概况

山东省某市办公楼为4 层现浇钢筋混凝土框架结构，楼层总高度为16.5m，建筑平面大致呈长方形，建筑总长度60m，宽度12m，修建于2001年，建筑基础采用的是锤击沉管灌注桩，桩直径500mm，桩身混凝土强度等级C25。办公楼地基条件主要为淤泥、淤泥质黏土、粉细砂和中砂，各层土的工程地质特征如表1所示。由于地质条件和使用年限的影响，建筑基础出现不均匀沉降，结构的外墙和板受到应力集中的影响出现不同程度的裂缝，经过质监站的质量检测鉴定之后，结论是办公楼的主体结构承载力能正常行使，但对建筑物的加固势在必行。

表1 建筑地基土物理力学性质

2 既有建筑地基基础微型钢管桩复合注浆加固技术

经过工程施工方案的比选和设计，研究确定采用微型钢管桩复合注浆加固的方式对地基基础进行加固。微型钢管桩采用Q235 无缝钢管桩，桩直径130mm，钢管壁厚4mm，钢管桩选择③粉细砂层为持力层，进入持力层深度6m，计算得到微型钢管桩单桩承载力特征值如公式（1）所示[4-5]。

式中Ra-微型桩单桩承载力特征值，kN；

Quk-微型桩单桩极限承载力，kN；

Qsk-微型桩单桩极限侧壁摩阻力，kN；

Qpk-微型桩单桩极限端阻力，kN。

微型钢管桩兼做注浆孔，钢管壁预留出浆液孔，出浆液孔间距≤400mm，主要对①素填土、②1淤泥、②2淤泥质黏土进行注浆加固，注浆加固后桩间土的地基承载力特征值不小于120kN。注浆设备采用高压旋喷注浆专用高压泥浆泵，型号为衡阳探矿机械厂生产的BW-250 型，注浆流量为40L/min～120L/min，电机功率为55kW，最大工作压力为30MPa，注浆提升速度为100mm/min，复喷为150mm/min，水泥浆液水灰比为1:1，注浆压力为1.0MPa～5.0MPa。

建筑地基基础微型钢管桩复合注浆加固施工主要包括放样、微型钢管桩引孔、压桩和注浆引孔、放管和填碎石、封孔、注浆、养护，如图1所示。

图1 建筑地基基础微型钢管桩复合注浆加固施工工艺

3 微型钢管桩复合注浆加固施工监测分析

为验证微型钢管桩复合注浆加固施工效果，运用现场实测的方法对加固后建筑物沉降量进行监测[6-7]，监测点布置建筑物的4 个角点（监测点编号CJ01～CJ04）和平面长边的中点（监测点编号CJ05～CJ06），共计6 个监测点，主要观测建筑物的竖向沉降和沉降速率，观测时间为150d。

从图2 中可以看出，随着监测时间的变化，既有建筑地基基础6个监测点的沉降值变化规律基本一致，均为单调非线性增加，并趋于收敛。在加固后的60d 内，各监测点的沉降值增加迅速，而在加固60d 以后，各监测点的沉降值变化较小。其中，位于既有建筑各个角点的沉降值（监测点CJ01～CJ04），其沉降值变化较为相近，沉降值收敛值为31mm，而位于既有建筑物长边中点的沉降值（监测点CJ05～CJ06）的沉降值也较为相近，且其沉降值大于建筑各个角点的沉降值，沉降收敛值为43mm。

图2 建筑地基基础沉降监测曲线

从图3 中可以看出，随着监测时间的增加，既有建筑地基基础6个监测点的沉降速率变化规律基本一致，均为单调非线性降低，并趋于收敛，收敛值均趋于0mm/d，表明加固后的地基已达到稳定，沉降值为最终沉降值。在加固后的30d 内，各监测点的沉降速率下降较快，而在加固60d后，各监测点的沉降速率基本稳定。

图3 建筑地基基础沉降速率计算结果

为了评估微型钢管桩的单轴承载力，运用现场载荷试验，在加固场区选用了2 根微型钢管桩进行测试，微型钢管桩的编号分别为GZJ01和GZJ02，选用的圆形承压板直径为0.8m，面积为0.5m2，加载等级分别为0kN、25kN、50kN、100kN、125kN、150kN、175kN、200kN和250kN，每级荷载达到相对稳定后再加载下一级，相对稳定的标准为1h内沉降量小于0.1mm[8-10]，每级荷载的沉降读取时间间隔分别为前1h 内按10min 间隔读取，以后每隔30min 读取一次，当承压板周围土体明显侧向挤出或荷载-位移曲线出现陡降或在某级荷载下24h内沉降速率不能达到稳定标准，则可以停止载荷试验，得到的微型钢管桩的单桩荷载-位移曲线如图4和表2所示。从图4中可以看出，随着加载的增加，2根微型钢管桩的位移变化规律基本一致，在加载初期（荷载小于125kN），荷载-位移曲线呈线性关系，而在荷载大于125kN后荷载-位移曲线呈现非线性增加。从表2可以看出，在单桩设计荷载为125kN 时，GZJ01 的沉降值为-3mm，GZJ02 的沉降值为-3.8mm；当荷载加载至设计荷载的2 倍时，GZJ01 的沉降值达到最大，为12mm，GZJ02沉降值达到最大，为-13mm。

图4 微型钢管桩的荷载-位移变化曲线

表2 2根微型钢管桩的现场承载板载荷试验结果

4 结语

以山东省某市办公楼地基基础加固为研究对象，提出了基于微型钢管桩兼做注浆孔的复合加固技术，并结合工程实际研究了其施工工艺，借助现场沉降监测，分析了复合加固技术后建筑物地基基础的沉降和单桩承载力变化特征，得到以下结论：

（1）随着监测时间的变化，既有建筑地基基础6 个监测点的沉降值变化规律基本一致，均为单调非线性增加，并趋于收敛。在加固后的60d 内，各监测点的沉降值增加迅速，而在加固60d 以后，各监测点的沉降值变化较小。

（2）位于既有建筑各个角点的沉降值（监测点CJ01～CJ04），其沉降值变化较为相近，沉降值收敛值为31mm，而位于既有建筑物长边中点的沉降值（监测点CJ05～CJ06）的沉降值也较为相近，且其沉降值大于建筑各个角点的沉降值，沉降收敛值为43mm。

（3）随着监测时间的增加，既有建筑地基基础6 个监测点的沉降速率变化规律基本一致，均为单调非线性降低，并趋于收敛，收敛值均趋于0mm/d。在加固后的30d 内，各监测点的沉降速率下降较快，而在加固60d后，各监测点的沉降速率基本稳定。

（4）随着加载的增加，微型钢管桩在加载初期（荷载小于125kN），荷载-位移曲线呈线性关系，而在荷载大于125kN 后荷载-位移曲线呈现非线性增加。在单桩设计荷载为125kN 时，GZJ01 的沉降值为-3mm，GZJ02的沉降值为-3.8mm；当荷载加载至设计荷载的2倍时，GZJ01 的沉降值达到最大，为12mm，GZJ02 沉降值达到最大，为-13mm。