改型旋喷桩技术在处理建筑物不均匀沉降中的应用

改型旋喷桩技术在处理建筑物不均匀沉降中的应用

戴彦杰

明达海洋工程有限公司北京100013

[摘要]由于在施刚刚封顶的建筑物就发生了较大不均匀沉降，为了对在施建筑物的不均匀沉降问题进行处理，采取在地下室内使用一种改型高压旋喷桩和辐射注浆及高压旋喷桩帷幕等工艺方法，进行设计施工，用以调整处理建筑物地基不均匀沉降问题，取得明显效果，为类似地基问题提供参考。

关键词：改型高压旋喷桩建筑物不均匀沉降承载力

前言

在当前的建筑工程项目中，经常会遇到在施建筑物还没有封顶验收，因为施工前对地基专业问题考虑不周到，造成建筑物产生不均匀沉降。为了处理地基不均匀出问题，使用常规的地基处理办法，一般很难解决。本文就介绍在施建筑物地下室的有限空间内，选取合适的设备，采用具有针对性的改型高压旋喷桩工艺，对在施建筑物的不均匀沉降问题进行加固处理，取得了比较好的效果。对于类似地基处理问题，有一定参考意义。

1、工程概况

本工程拟建场地位于北京市海淀区生命科学园。本工程项目室内地坪设计标高±0.00＝43.8m，拟建物地上三层，地下一层，建筑物的高度16.0m，结构形式是框架结构，基础类型是筏板基础，基础埋置深度5.5m，基底荷载是120KPa。采用天然地基。

根据勘察报告，现在室外场地地坪是42.5m，该场地在施工前自然地面标高为40.00米左右，2007年7月中旬对建筑物周边场地进行回填，回填厚度2.50-3.00m，回填后地面标高约为43.00m。

该楼于2007年1月完成设计，2007年3月28日开始施工，2007年9月29日进行基础验槽，2008年7月10日完成主体结构验收。于2008年7月下旬由于不均匀沉降问题停工。

2010年10月8日施工单位复工进行测量放线时，发现该楼各层楼板均出现南北侧标高相差9-12cm、各层柱子垂直度偏差3cm左右。根据2010年11月13日至2011年3月15日的沉降观测结果显示，该楼基础沉降仍在继续。由于当时该楼主体结构刚刚完工，装修工程及设备尚未进行安装，日后竣工使用阶段还要增加很多荷载。因此，若不及时处理，将会产生更大沉降，并且有可能造成上部结构开裂，影响正常使用。

2、工程地质、水文地质条件

2.1地形地貌

北京市市区处于华北台地北缘，市区西、北及东北三面环山，东、东南为广阔的华北平原，第四纪以来受新构造运动的影响，山区部分不断抬升，平原不断下降，并接受巨厚的河流相沉积物。自西北部的山前地带向东南部平原区河流相沉积物逐渐增厚，地貌单元由冲洪积扇过渡为冲积平原，地层岩性由以卵石类土、砂类土为主渐变为以粉土、粘性土为主的交互地层。

2.2地基土层

该楼已于2008年7月完成主体结构验收，并进行了3.0m厚度的室外场地回填土，形成现有地面形态，周边地势较为平坦。根据野外钻探、原位测试及室内人工试验成果的综合分析，本次勘察深度（20.0m）范围内的地层划分为人工填土层，新近沉积层及一般第四纪冲洪积层，各层编号方式见表1-1

根据已有资料，该场地历年最高地下水位及进3～5年最高地下水位均接近绝对标高40.00m左右（未回填土之前的原自然地面标高）

3、分析不均匀沉降的原因

只有对建筑物产生不均匀沉降原因，深入彻底的分析清楚，才能采取针对性处理办法。

经过对本工程的地勘报告、结构设计、施工工程、和现在的不均匀沉降情况，认真细致的研究，发现本工程出现不均匀沉降的原因如下：

一是首次勘察中没有探明地基的承载力，勘察报告中给出的天然地基承载力120KPa，与补勘报告中的70～120KPa相差较大，导致后续地基处理及基础设计中地层依据错误，高估了天然地基的承载力；

二是没有考虑后期室外地坪较低，需要进行3米高的室外场地回填，后期室外场地的回填使得原本来承载力就不够的地基，造成附加应力增加，导致地基进一步加大下沉。

三是在考虑地基承载能力时，忽略了建筑结构北侧二三层以上有2.5m宽度的结构向外悬挑，整个楼的地基受力是偏心受力，造成施加在北侧地基上的压力，大于南侧地基上的压力，这也就是建筑物北侧沉降大于南侧沉降，产生不均匀沉降的原因。

4、加固方案的选择：

既有建筑物的加固方法应根据加固目的以及建筑物的现有状况来确定，考虑地基，基础及上部结构的共同作用，目前常见的加固方法有基础加固、地基加固、以及加强上部结构刚度和地基基础相结合等。根据本工程建筑物不均匀沉降的原因分析，可以通过地基加固的方法，来解决建筑物沉降和不均匀沉降问题。

目前既有建筑物地基加固的方法有高压旋喷桩法、树根桩法、坑式托换法、坑式静压桩法、锚杆静压桩法等。坑式托换法以及坑式静压桩法都需要在基础外围开挖大量的土方，对地基土扰动较大，较长的施工工期会加深地基的不均匀沉降，因此坑式托换法、坑式静压桩法都不适用与本工程；

参考本工程的补勘报告可知采用锚杆静压桩时，没有较好的持力层，发挥不了锚杆静压桩的优势；树根桩法和高压旋喷法都适用于本工程地基加固，考虑到本工程地层土质条件和建筑本身的特点，采用改型高压旋喷桩加固处理方案是经济、有效、可行的。

经过对补充地勘报告的深入研究分析，结合建筑物沉降和现场实际情况，设计方案如下：

（1）、在建筑物东西北侧进行辐射注浆，在距离建筑2.5m布设一排辐射注浆斜孔一排，注浆孔间距为1.0m，注浆孔按一点两孔，两孔角度不小于20°，注浆孔长度15.0—17.0m。主要解决由于建筑物偏心附加应力增加，补偿地基承载力不足问题（详见地基加固处理平面布置图和剖面示意图）。

（2）、在建筑物东西北侧，在距离建筑1.0m布设一排两重管高压旋喷桩做为帷幕，成桩桩径800mm，桩长在基础下6.50m，相邻桩搭接200mm。用以解决北侧辐射注浆孔注浆时，防止注浆水泥浆扩散的建筑物基础外侧，保证注浆加固的效果。

（3）、在建筑物基础底板根据轴线模数，布设改型的加强型两重管高压旋喷桩，在桩体内增设钢管，同时进行进行管内高压注浆。以增加桩身强度以及桩体与桩周土的侧阻力。

①改型高压旋喷桩设计参数：

高压旋喷桩的承载力主要取决于桩身材料、桩径、桩侧土以及桩端土的特征。高压旋喷桩单桩承载力特征值的计算，根据《地基处理技术规范》中给出公式的进行设计，由桩周土和桩端土的抗力可能提供的单桩竖向承载特值应按公式（1）计算；由桩体材料强度可能提供的单桩竖向承载力特征值应按公式（2）计算。

经计算单桩承载力要求为30KN，通过不同桩径及桩长的计算对比，相同桩长下桩径下，单桩承载力随桩长的加长而增加，但增长速率逐渐下将，在桩长相同的情况下，桩径越大单桩承载力越大。

综合考虑成本及施工条件，确定出改型高压旋喷桩的设计参数为：桩径700mm，有效桩长6.5米，为弥补桩长及桩径不足而造成的单桩承载力下降，本工程创造性的提出了桩体中心增加直径80mm钢管，在旋喷桩施工完毕12～24小时后进行高压注浆，以增加桩身强度以及桩体与桩周土的侧阻力的改型旋喷桩。

②主要施工控制参数：

压缩空气：压力P=0.5～0.7MPa，风量Q=0.8～1.0m³/min

浆液：压力P=25～30MPa，浆量Q=70～80L/min

提升速度：10～12cm/min。旋转速度：10～20rpm。

固化材料：P.O42.5水泥，水泥用量：≥400kg/m。

（4）为保证底板与旋喷桩紧密接触，和加固处理效果，采取以下措施：

1）、保证旋喷桩的回灌质量；

2）、建议在旋喷桩中部钢管顶部设置一根PVC管，在旋喷桩施工完毕后12～24小时内进行高压注浆，水泥浆液的水灰比宜取0.5～0.8。

3）、为保证施工质量，采用复喷工艺。

4）、为减少施工对建筑物沉降的影响，应采用间隔施工措施（北侧部分）。

5）旋喷桩施工作业时，在原筏板上开孔，孔径为100mm，筏板内钢筋不可切断，旋喷作业完毕后，开孔处以C40无收缩混凝土填实。

6）考虑到北部沉降沉降速率大于南侧，施工时桩体强度不能在很短的时间内达到设计强度，有可能造成施工过程中的附加沉降，对施工次序进行了规定：施工从最南侧一排开始向北侧施工，按排列顺序进行跳桩施工，在施工中造成沉降可能在一定程度上起到平衡整体结构倾斜作用。鉴于建筑物向北侧倾斜，旋喷桩施工时由南侧开始，并采取措施，加大南侧施过程中的沉降量。

7）旋喷桩施工结束后，要做好底板施工孔的修复和防水工作，修复前在原孔位处重新开孔，去除凝固的水泥浆液，用钢丝刷将孔壁清理干净，以微膨胀高强度、高抗渗等级的细石混凝土填密实找平。

8）北侧旋喷桩施工要有较大的间隔距离，后续桩的施工要在周边桩桩体强度达到80%，并起作用后才能进行，将施工对建筑物沉降的影响控制在预期范围内。

9）施工过程中，及时进行沉降观测，观测资料要及时整理分析，做的动态化施工。

5、施工过程中存在的问题及解决方案

（1）本工程沉降加固处理与2010年9月初开始施工，由于底板下的级配回填厚度不同，造成钢管安插标高很难控制，为保证工程质量，2010年9月17日经与相关单位沟通，确定插入刚管的长度不少于6.0米。并通过施工现场对钻具进行改进，同时对孔口位置进行增压复喷，保证了后期施工满足设计要求

（2）该楼北侧电梯井位置处无法施工的位置，在该区域建筑物外侧以帷幕旋喷桩基高压注浆的方式进行地基加固处理，具体方法如下：

a）在该楼外侧布设旋喷桩帷幕，孔径Φ800mm，间距600mm。旋喷桩应该尽可能的靠近外侧结构边线，处理范围以该结构单元外延1.0m。

b）施工桩顶位于底板上0.5米，桩端标高仍按设计要求不变。

C）周边布设辐射注浆孔，注浆孔间距1.5m，每个注浆孔内布设2个辐射注浆孔。

d）因旋喷成孔后注浆管不能送至设计深度，现场采用成孔后马上进行孔口封闭注浆，注浆完成后用水泥浆由孔底向上旋喷6.0米高度成桩。

6、监测数据分析

利用总累计沉降量数据绘制沉降等值线图和累计沉降量数据绘制沉降等值线图，从沉降观测等直线图（1）和沉降观测等直线图（2）可以看出：

最大沉降量为4号点，其累计沉降量为-36.23mm，最小沉降量为7号点，其累计沉降量为-28.53mm。最大点和最小点间的差异沉降量为7.7mm。相邻沉降点差异沉降量最大的为4号点和5号点，差异为6.83mm。

经过2010年9月-10月地基加固，在2010年12月施工结束一个月后，通过2010年12月以后的等值线图可以看出，两侧不均匀沉降差异明显降低，又通过时间-沉降量关系表（2）可知沉降速率逐渐变缓且趋于稳定。

通过上述分析可以看出采用改型高压旋喷桩桩芯加钢管技术，对于加固该工程地基起到了明显的作用。

7、结论与展望

本工程创造性的使用了高压旋喷桩桩心加钢管技术，加强桩强度，提高了单桩承载力，避免了因高压旋喷桩桩长增加而单桩承载力特征值增加不明显造成工程造价的提高；通过二次注浆进一步加强了桩身强度以及桩顶与筏板的连接。

对于由场地条件地层粉土区域，通过在基础外围增设旋喷桩帷幕以及高压辐射注浆的形式对建筑物进行围箍和加固，达到的预期效果。

通过该方法加固后，根据检测观测资料显示，该楼继续发生不均匀沉降速率降低直至没有。表明该方法在此类问题中，具有加固效果明显，经济合理，施工难度不高，工期较短，值得在类似工程中参考使用。

参考文献：

1、《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012中国建筑工业出版社出版

2、《既有建筑地基基础加固技术规范》JGJ123-2000中国建筑工业出版社出版