第 ５期 年 ５月 广东水利水电 ＧＵＡＮＧＤＯＮＧＷＡＴＥＲＲＥＳ ＯＵＲＣＥＳＡＮＤＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ５ Ｎｏ Ｍａ ｙ 微型桩在某住宅楼基础加固中的应用 叶永巧 王 晶 张玉成 杨光华 胡海英 珠海市城乡防洪设施管理和技术审查中心 广东 珠海 ５９ 吉林省水文地质调查所 吉林 长春 广东省水利水电科学研究院 ５ 广东省岩土工程技术研究中心 广东省突发公共事件应急技术研究中心 广东 广州 ５６ 华南农业大学水利与土木工程学院 广东 广州 ５ ６ 摘 要 结合工程案例 介绍了微型桩在住宅楼基础加固中的应用过程 说明微型桩作为建筑物基础加固的有效方法之 一 微型桩加固基础具有承载力高 沉降量小 土层适应性广 适合在室内施工等优点 为类似结构改造工程提供了计 算分析方法和工程参考借鉴作用 关键词 微型桩 基础 加固改造 ７ 中图分类号 ＴＵ 文献标志码 Ｂ ８ ５ ５ 文章编号 ｍｍ 长细比大于 微型桩一般是指桩径小于 采用钻孔 强配筋和压力注浆施工工艺的灌注桩 其主要特点有 施工机具小 适用于狭窄的施工作业 区 施工振动 噪声小 适用于公害受到严格控制的 市区 长细比大 单桩耗用材料少 采用二次注浆工 艺 与同体积灌注桩相比 承载力较高 目前 微型 桩已经在国内外的一些旧房改造 基础加固 纠偏 防洪堤坝加固 建筑 构筑 物加固防震 边坡加固 水池底板的抗浮 铁塔等抵抗交替荷载的基础等工程 中得到了应用 取得了良好的社会效益和经济效益 本文结合具体工程分析了微型管桩在住宅楼基础加固 中的应用 工程概况 年 为 ７层框架结构 主体结 某住宅楼建于 ｍｍ 厚 构采用钢筋混凝土柱 梁和半承重 以及 ８ 砖墙围护 现在该房屋首层为商铺 含夹层 ７层 ９ ５ｍ 房屋 为住宅使用 见图 建筑面积约 ６８ 平面布置见图 由于某水厂基坑距离该房屋西面最 近距离约 ７ｍ 基坑开挖深度在 ５ｍ 采用钻孔 桩 内支撑的支护方式 基坑开挖基本结束 在基坑 ５ｃ ｍ 开挖中发现住宅楼沉降异常 最大沉降接近 ７ 根据房屋鉴定结果 认为需要采取有效措施对建筑物 地基基础进行加固加固补强 加固后确保建筑物的安 图 某办住宅楼外貌示意 全 并满足使用要求 ５ 修回日期 ８ 收稿日期 ９ ６ 女 本科 高级工程师 主要从事城乡防洪设施管理和技术审查工作 作者简介 叶永巧
2014 年 5 月第 5 期叶永巧, 等 : 微型桩在某住宅楼基础加固中的应用 No 5 May2014 图 2 住宅楼平面示意 ( 单位 :mm) 2 工程地质及地下水情况 2 1 地层岩性根据岩土工程勘察报告知 : 从地表起, 据野外钻探资料, 场区主要出露第四系人工填土层 (Q ml 4 ) 第四系全新统冲积层 (Q al 4 ) 第四系上更新统冲积层 (Q al 3 ) 及残积层 (Q el ) 基岩为燕山期晚期第二阶段第二次中粒斑状花岗岩 (γ 3-2b 5 ) 各岩土层性质自上而下分述如下 : 1 1 杂填土和 1 2 素填土 : 揭露于大部分地段, 呈层状或透镜状分布 层厚为 0 60~3 30m, 平均为 2 67m 2 1 粉质粘土 : 灰色 灰黄色, 可塑, 土质较均匀 层顶埋深为 2 60~3 20 m, 层厚为 0 60~ 3 20m, 平均为 1 31m 2 2 中砂 粗砂 : 灰白色 灰黄色 灰色, 饱和, 表 1 岩土体力学指标取值 松散, 质较纯, 粒径不均匀 层顶埋深为 2 30~ 4 70m, 层厚为 1 30~2 70m, 平均为 1 93m 2 3 淤泥 淤泥质粉质粘土 : 深灰色 灰黑色, 流塑, 饱和, 含少量有机质, 具臭味 层顶埋深为 2 40 ~6 10m, 层厚为 0 50~2 70m, 平均为 1 30m 3 1 粉质粘土 : 灰色 灰黄色 灰白色 灰绿色, 可塑, 土质一般较均匀 层顶埋深为 3 30~10 30m, 厚度为 0 50~6 00m, 平均为 2 44m 3 2 中砂 粗砂 : 灰白色 灰黄色, 饱和, 稍密, 粒径不均匀, 含少量粘性土 层顶埋深为 4 90~ 11 30m, 层厚为 0 50~5 10m, 平均为 2 36m 统计标准贯入试验 16 次, 锤击数 N=10 0~13 0 击, 平均为 10 9 击 4 1 可塑砂质粘性土 : 灰黄色 褐黄色, 可塑, 遇水易软化崩解 层顶埋深为 6 70~12 10m, 层厚为 1 40~5 20m, 平均为 3 43m 4 2 硬塑砂质粘性土 : 褐黄色, 硬塑, 遇水易软化崩解 层顶埋深为 8 10~16 80m, 层厚为 1 40~ 9 40m, 平均为 4 98m 5 1 全风化带和 5 2 强风化带 根据勘察报告的岩土体参数建议值, 基础处理设计计算时岩土体参数取值见表 1 岩土性密度 γ/(kn m -3 ) 凝聚力 C/kPa 内摩擦角 Φ/ 压缩模量 /MPa 承载力特征值 f ak /kpa 桩侧摩阻力标准值 q si /kpa 素填土 19 0 12 10 8 80 20 粉质粘土 20 0 20 18 12 150 30 中粗砂 20 0 0 26 18 120 40 淤泥质粘土 16 2 7 6 2 50 15 粉质粘土 20 0 20 18 12 150 40 中粗砂 19 7 0 28 20 160 50 角砾 20 0 0 30 20 180 45 砂质粘性土 20 0 16 20 12 200 45 全风化 20 0 32 26 30 320 60 强风化 20 5 100 27 100 450 80 2 2 地下水场区地下水类型主要有上层滞水 孔隙承压水 潜水和基岩裂隙承压水 3 沉降原因及加固方案选择 3 1 沉降原因分析靠近房屋侧基坑施工期间有漏水现象, 基坑开挖期间降水引起坑外的地下水下降, 就会有附加的地面沉降发生, 其发生机理主要表现在以下 2 个方面 : 1) 基坑开挖期间基坑水位下降使得地层孔隙中的 静水压力减少, 坑外降水使主动区土中竖向自重应力增大, 给地基土施加了一个附加应力, 导致土层压缩变形, 这种变形传播到地面上就表现为沉降 2) 基坑的降水引起土体中水的流动, 同时会引起水土流失, 由渗流理论可知, 土中水的流动会给土体施加一个动水压力即渗透力, 使土体应力增加, 其压缩变形也随之增加 3 2 加固方案选择结合房屋的基础情况 ( 原基础为人工挖孔桩, 桩 41
2014 年 5 月第 5 期广东水利水电 No 5 May2014 径为 1 0m, 桩长为 7 0~11 0m) 地质条件和施工难度等因素, 并对比桩底灌浆 大直径桩基加固 静压桩和微桩加固等方法后, 由于桩底灌浆存在加固效果不确定性及难以评估检测的特点, 而不宜采用 ; 大直径桩基加固对原桩的扰动性较大, 施工过程中将影响原桩受力的特点, 因此大直径桩基加固的措施不适用 ; 静压桩施工场地和反力设备布置困难 为了尽快加固该房屋基础, 建设方要求尽量选择经济和快捷的处理方案 经过充分论证, 本项目拟采用微型钢管桩技术对原基础进行加固处理, 因为微型桩加固处理具有 : 1 承载能力高 ;2 沉降量小 ;3 施工用地少, 施工净空要求低 ;4 桩孔孔径小, 对基础和地基几乎不产生附加力, 即对原桩扰动小 ;5 适用本项目的土质条件等特点, 根据现场条件, 本项目满足微型桩的机械施工条件 采用直径为 25 cm 的钢管微型桩, 钢管为 Φ15cm [5~7] 4 基础加固处理方案计算分析 4 1 降水引起的地面沉降计算把基坑开挖降水作为地基增加的一个附加应力来计算其沉降 计算方法按现行国家标准 建筑地基基础设计规范 有关规定进行, 最大降水深度取 4 5m 计算, 降水附件应力产生的沉降量为 : s=ψ s n Δs t=0 76 62 15=47 30mm i=1 表 2 为犀牛西路 1 3 5 号房屋沉降监测结果,5 个测点的平均沉降为 59 154mm, 计算地面沉降为 47 3mm 楼房编号 犀牛西路 1 3 5 号 ( 三角楼 ) 表 2 基坑周边建 ( 构 ) 筑物实测沉降量 观测点编号 单日沉降量 累计沉降量 J-35 1 40 73 05 J-36 0 00 65 51 J-37 0 00 66 03 J-50 0 81 57 72 J-51 0 34 33 46 测点平均值 59 154 4 2 原有桩基础承载力复核犀牛西路 1 3 5 号房屋原有基础采用人工挖孔桩, 桩径为 1m, 桩长为 7~11m, 共有 41 根单桩 原有桩基承载力复核按 zk20 地质资料计算, 为保守起见, 所有桩一律按 9m 长度复核 根据 建筑桩基技术规范 (JGJ94-2008), 单桩 竖向承载力标准值按下式计算 : Q uk =u q sik l i +q pk A p 式中 u 为桩身周长 ;q sik 为桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值 ;l i 为桩穿越第 i 层土的厚度 ;q pk 为极限端阻力标准值 ;A p 为桩端面积 则原有桩基单桩竖向极限承载力标准值为 : Q uk =1789 8kN 单桩竖向承载力特征值 R a 为 : R a =1789 8/2 0=894 9kN 总荷载 P 为 : P= 每层面积 荷载 层数 =35280kN 原有桩基总承载力为 : R 总 =n R a =41 894 9=36690 9kN>P 所以, 原有基础承载力满足要求 [8-10] 4 3 微型桩承载力计算和设计 加固的微型桩主要用承担降水引增加附加应力, 基坑最大降水深度为 4 5m, 增加的附加应力 P 为 : P=Δδ S=4 5 10 0 392 0=17640kN 微型桩采用桩径为 25cm, 钢管为 Φ15cm, 管厚为 3mm, 压浆成桩, 微型桩按 zk20 地质资料计算单桩承载力, 桩端嵌入花岗岩全分化不少于 2m 承载力标准值计算公式为 : Q uk =u q sik l i +q pk A p 式中 u 为桩身周长 ;q sik 为桩侧第 i 层土的极限侧阻力标准值 ;l i 为桩穿越第 i 层土的厚度 ;q pk 为极限端阻力标准值 ;A p 为桩端面积 则微型桩单桩承载力标准值为 : Q uk =0 785 (30 0 7+40 1 8+40 1 6+40 1 4+45 6 1+50 2)+700 0 04906=540 7kN 微型桩承载力设计值 R a 为 : R a =Q uk /γ=540 7/2 0=270 3kN 考虑 1 2 的偏载系数, 则单根微型桩竖向承载力设计值 P 单为 : P 单 =R/1 2=270 3/1 2=225 3kN 则加固需要的微型桩根数为 : n=p/p a =17640/225 3=78 根因原基础共有 41 个单桩承台, 每个桩两侧设计 2 根微型桩, 故取 n=82 根, 加固大样见图 3 和图 4 [11-13] 5 微型桩施工要点 微型桩的施工工序及注意事项如下 : 平面定位 成孔 清孔 安放 Φ20cm 钢管 压浆成桩 安放微桩顶板 分述如下 : 42
年 ５月 第 ５期 叶永巧 等 微型桩在某住宅楼基础加固中的应用 Ｎｏ ５ Ｍａ ｙ 图 微型桩加固基础设计示意 单位 ｍｍ 图 基础加固大样示意
2014 年 5 月第 5 期广东水利水电 No 5 May2014 1) 平面定位 : 将现状地面整平 压实, 根据设计尺寸进行平面微桩定位, 安放微型桩钻机 ; 2) 成孔 : 采用地质钻泥浆护壁循环成孔, 如果遇到穿过砂层或砾石层采用钢护筒护壁 ; 3) 清孔 : 用水冲清孔 : 4) 安放 Φ15cm 钢管 : 根据施工净空和空间确定每节钢管的长度, 并根据实际桩长调节, 安放时再进行焊接, 第一节钢管最下部 2m 开孔, 制作成压浆喷头 ( 俗称花管 ), 在该部分采用钻头均匀钻出 5 排 ( 每排 4 个 ) 间距为 00cm 直径为 2cm 的压浆孔, 使用气囊封闭器密封 ; 钢管的底端与孔底留有 5cm 的间隙, 以保证浆液顺利地通过管底向上翻出 ; 5) 压浆成桩 : 向孔内抛小石子, 石子粒径要求为 15~25mm, 再向孔内压入水泥砂浆, 水灰比一般采用 0 15~0 17, 压浆压力要求为 0 3MPa, 注浆比为 2 5, 水泥砂浆需掺入一定数量的高效减水剂 ; 6) 安放微桩顶板 : 为了改善微桩与承台的连接, 在钢管的顶部安装顶板 6 结语本文介绍了微型桩加固住宅楼基础的应用案例, 从微型桩的应用可知 : 微型桩桩径小, 较易穿透各种土层和障碍物, 且不受场地和空间限制, 施工噪音小 振动小, 对原基础的影响较小 ; 微型桩承载力高, 沉降量小, 加固牢固可靠 ; 在用微型桩进行基础加固时, 新旧基础的荷载分担比例应按共同工作的方法来考虑 参考文献 : [1] 俞振全. 钢管桩的设计与施工 [M]. 北京 : 地震出版社,1993. [2] 杨汉臣. 微型钢管桩在边坡治理中的应用及其机理分析 [D]. 长沙 : 中南大学,2007. [3] 张玉成, 徐德新, 段成晓, 等. 纤维布加固二次受力钢筋混凝土梁抗剪性能的试验研究 [J]. 广东水利水电, 2009(3):21-25. [4] 张玉成, 胡海英, 徐德新.FRP 加固混凝土结构的综合加固方法及应用 [J]. 广东水利水电,2008(11):93-95. [5] GB50007-2011 建筑地基基础设计规范 [S]. [6] JGJ79-2011 建筑地基处理技术规范 [S]. [7] JGJ94-2008 建筑桩基技术规范 [S]. [8] 张玉成, 陈兆文, 徐德新. 综合加固方法在住宅楼加固工程中的应用 [J]. 建筑结构,2005,35(10):41-43. [9] CECS25:90 混凝土结构加固技术规范 [S]. [10] 张玉成, 徐德新, 吴金池.CFRP 布和钢条带混合法加固某住宅楼楼板 [J]. 建筑技术,2005,36(6):441-443. [11] 张玉成, 徐德新. 新型 CFRP 材料在桥梁工程中的应用及前景 [J]. 重庆交通学院学报,2005,24(3):28-30. [12] 梁华, 倪光乐, 沈建华. 南海九江某水闸门库基础加固与纠偏 [J]. 广东水利水电,2002(6):57-59. [13] 李德吉, 杨光华, 李思平, 等. 广州东江河堤基础加固方案的探讨 [J]. 广东水利水电,2007(4):27-29. ( 本文责任编辑马克俊 ) ApplicationofMicro-pilestoFoundationReinforcementofaCertainDwelingBuilding YEYongqiao 1,WANGJing 2,ZHANGYucheng 3,YANGGuanghua 3,HUHaiying 4 (1.CityandUrbanFloodControlFacilitiesManagementandTechnicalReviewsCenterofZhuhai, Zhuhai519003,China;2.HydrogeologySurveyofJilinProvince,Changchun130000,China; 3.GungdongResearchInstituteofWaterResourcesandHydropower,TheGeotechnicalEngineering TechnologyCenterofGuangdongProvince,TheEmergencyTechnologyResearchCenterof GuangdongProvinceforPublicEvents,Guangzhou510635,China; 4.SouthChinaAgriculturalUniversity,Guanghzou510642,China) Abstract:Withspecificcases,theapplicationsofminipileinstrengtheningthefoundationofResidentialbuildingisintroduced, anditisshownthattheminipileisoneoftheefectivewaystostrengthenthefoundation.minipileinstrengtheningthefoundation iswithseveralmerits:highcapacity,smalsetlement,widesoiladaptability,suitableforindoorconstructioncondition,andsoon. Calculatingandanalyzingmethodandcertainreferenceareprovidedtothesimilarstructurereconstructionproject. Keywords:minipile;foundation;strengthenandreconstruction 44