尹志兵 葛玉祥 馬博恒

1 概述

山西省陽(yáng)泉市某園林小區(qū)建于平定縣東鎖簧鎮(zhèn)南后峪村西藥林寺山的東南麓坡地，依山傍水，風(fēng)光秀麗。D1-4號(hào)四聯(lián)戶別墅平面尺寸28 m×16 m，條形基礎(chǔ)，磚混加構(gòu)造柱和圈梁結(jié)構(gòu)，高度為2.5層。由于地基所處原始地形的復(fù)雜性及其場(chǎng)地整平效應(yīng)和地基內(nèi)潛水含水層的不均一性，致使基建至1.5層時(shí)，已建墻體、地板嚴(yán)重變形開(kāi)裂，局部基礎(chǔ)斷裂;前排明柱與地基脫開(kāi);臨坡側(cè)階上明柱與基礎(chǔ)變形開(kāi)裂嚴(yán)重，若繼續(xù)加載后患無(wú)窮。

基于別墅變形開(kāi)裂規(guī)律，結(jié)合施工條件，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，具體方法如下:1)別墅內(nèi)地基沉降區(qū)域采用樁式托換;2)置換前排明柱地基和臨坡階上人工地基及其基礎(chǔ)。采用該方案對(duì)基建中的別墅治理后，別墅成功封頂。投入運(yùn)營(yíng)三年來(lái)，地基與上部結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)，潛在的經(jīng)濟(jì)效益明顯、社會(huì)效益廣泛。

2 基建中的別墅變形開(kāi)裂原因分析

別墅3個(gè)區(qū)雖變形規(guī)律不盡相同，但具有共性——均反映出地基不均勻沉降的特征，其變形開(kāi)裂形式和程度具有較大差異，這是由于:1)①區(qū)一、二層所有結(jié)構(gòu)除封頂外基本完成，負(fù)載較大，因此墻體地板變形開(kāi)裂嚴(yán)重;2)②區(qū)除明柱外無(wú)其他荷載;3)③區(qū)明柱和小開(kāi)間基礎(chǔ)部分受荷較小，故變形程度差。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和已有資料的綜合分析，地基不均勻沉降的原因:1)別墅縱跨兩脊加一溝的原始地形之上，1號(hào)戶、3號(hào)戶和4號(hào)戶分別建于沖溝兩翼的山脊區(qū)域，2號(hào)戶位于兩脊間的原始沖溝區(qū)域。場(chǎng)地平整后，造成了回填土厚度的差異性，2號(hào)戶區(qū)域回填厚度平均6.0 m，最大厚度6.9 m，而其余3戶區(qū)域填土厚度1 m～2 m。因此，壓縮層厚度差異是造成地基不均勻沉降的關(guān)鍵因素;2)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)探井調(diào)查，2號(hào)戶原始沖溝區(qū)域由于臨空側(cè)填土作用，大氣降水入滲水主要匯集于該區(qū)域回填土與基巖接觸帶，滯水位高出基巖0.3 m～0.5 m，而其余3戶區(qū)域地基土基本無(wú)水，地下水對(duì)地基土的軟化作用和不均勻分布是地基土不均勻沉降的重要誘因;3)回填土未經(jīng)有效處理，密實(shí)度差，在上部加載過(guò)程中的固結(jié)作用使地基土固結(jié)變形加劇，致使別墅基建尚未完成而被迫終止。

3 別墅綜合治理設(shè)計(jì)

3.1 治理分區(qū)與治理方案

以別墅變形開(kāi)裂規(guī)律分區(qū)作為治理分區(qū)，對(duì)別墅變形開(kāi)裂按區(qū)進(jìn)行治理設(shè)計(jì)，如此可做到有的放矢。在對(duì)地基結(jié)構(gòu)、上部荷載及變形程度的綜合分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)場(chǎng)地條件，各區(qū)采用的治理方案見(jiàn)表1。

表1 各區(qū)治理方案

3.2 治理設(shè)計(jì)

別墅治理設(shè)計(jì)的重點(diǎn)為①區(qū)，其他區(qū)域?qū)俪Ｒ?guī)治理，因篇幅所限僅重點(diǎn)敘述托換樁設(shè)計(jì)部分。

3.2.1 托換樁和地基土參數(shù)

采用人工挖孔樁，樁徑為800 mm，樁長(zhǎng)按嵌入中風(fēng)化泥巖0.5 m，根據(jù)地基回填土的厚度和嵌巖長(zhǎng)度，確定的托換樁樁長(zhǎng)有6 m和8 m兩種，樁間距 3.0 m，地基回填土平均重度 γ=17.5 kN/m3。泥巖天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 fsk=5 MPa。

3.2.2 需考慮的其他因素

1)由于地基土屬欠固結(jié)土，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮地基土在自重和上部荷載作用下，固結(jié)壓密對(duì)樁基承載力的影響——負(fù)摩阻力的影響，該種影響按下列各式進(jìn)行驗(yàn)算:

基樁下拉荷載:

其中，n為中性點(diǎn)以上土層數(shù);li為中性點(diǎn)以上第i層土的厚度，m;ηn為負(fù)摩阻力群樁效應(yīng)系數(shù)，取 1。

根據(jù)式(1)，式(2)得出兩種樁長(zhǎng)基樁下拉荷載驗(yàn)算結(jié)果(見(jiàn)表2)。

表2 基樁下拉荷載驗(yàn)算結(jié)果

2)地下水對(duì)地基土強(qiáng)度的軟化。基于前述，地基內(nèi)滯水僅局部存在，影響厚度較小，且非連續(xù)分布，因此，托換樁設(shè)計(jì)時(shí)不宜單獨(dú)考慮，但在考慮基樁承載力安全系數(shù)時(shí)作適當(dāng)考慮。

3.2.3 基樁承載力的驗(yàn)算

1)基樁承受上部荷載。取樁間距3 m，條形基礎(chǔ)寬度1.0 m，基底壓力 σ=200 kPa，據(jù)此基樁所受的荷載 Nk=200×3×1=600 kN。

2)樁基極限承載力的驗(yàn)算。按嵌巖樁考慮:

其中，Qsk，Qrk分別為總側(cè)阻和嵌巖段總端阻，由于基巖面以上均為回填土，故Qsk=0;ζr為嵌巖段側(cè)阻和端阻綜合系數(shù)，按嵌巖深徑比近似取0.6，則ζr=0.83，frk=5 MPa。

將這些參數(shù)代入式(4)，式(5)計(jì)算得基樁極限承載力 Quk=2 085 kN。

3)基樁設(shè)計(jì)承載力。

4)基樁需承擔(dān)荷載。

樁長(zhǎng)8 m時(shí)，R1=600+309=909 kN;

樁長(zhǎng)6 m時(shí)，R1=600+166=766 kN。

Ra＞R1，滿足設(shè)計(jì)要求?；鶚对O(shè)計(jì)承載力為實(shí)際承載力的1.15倍和1.36倍，此部分安全儲(chǔ)備足以抵御地基含水的不利影響。

5)樁身強(qiáng)度驗(yàn)算。

其中，φc為工作條件系數(shù)，取 0.7;混凝土按 C20考慮，fc=9 600 kPa。

則R1=909 kN，766 kN＜0.42×3.14×0.7×9 600=3 376 kN，滿足要求。

6)樁身結(jié)構(gòu)。樁長(zhǎng)6.0 m～8.0 m，具體樁長(zhǎng)以嵌入中風(fēng)化泥巖0.5 m為準(zhǔn)，整個(gè)樁體采用C20素混凝土，為保證樁頭的完整性和不被壓碎，樁頂2.0 m配置鋼筋籠(按0.3%構(gòu)造配置)，樁身結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，技術(shù)要求略。

7)樁孔施工。第一步，緊鄰基礎(chǔ)開(kāi)挖豎導(dǎo)洞;第二步，待豎導(dǎo)洞挖至基底下1.7 m時(shí)，開(kāi)鑿平洞至基底之下(托換樁孔和基礎(chǔ)中心應(yīng)重合);第三步，開(kāi)挖樁孔至基巖嵌巖深度，如孔壁坍塌或松散應(yīng)采取護(hù)壁措施。

8)樁體澆筑。采用商品混凝土，待澆筑至距平洞底標(biāo)高2.5 m時(shí)，應(yīng)采取振搗措施，然后安設(shè)鋼筋籠，平洞臨孔側(cè)進(jìn)行支?；蚱龃u一次澆筑至距基底0.5 m停澆，間隔24 h后用鋼板、工字鋼支撐接頂，最后用與樁體同強(qiáng)度的干硬性混凝土將樁頭與基礎(chǔ)間剩余空間充填搗實(shí)，確保樁與基礎(chǔ)密實(shí)接觸。支撐結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

9)托換樁施工順序。托換樁施工應(yīng)分批次，前批施工完成后才能施工后批樁。

3.2.4 ②區(qū)和③區(qū)治理設(shè)計(jì)

治理方案見(jiàn)表1，治理設(shè)計(jì)和技術(shù)要求略。

4 結(jié)語(yǔ)

1)治理別墅場(chǎng)地原始地形復(fù)雜，地基是人工填土欠固結(jié)地基，多種不利因素的綜合效應(yīng)，導(dǎo)致了別墅變形開(kāi)裂不均勻的復(fù)雜性和多樣性，治理難度大。

2)依據(jù)別墅變形開(kāi)裂規(guī)律和地基土結(jié)構(gòu)的綜合分析，確定了地基土不均勻固結(jié)變形是別墅變形開(kāi)裂的關(guān)鍵因素。基于變形規(guī)律分區(qū)及其變形程度確定了樁式托換、地基土置換和重建基礎(chǔ)的綜合治理方案，通過(guò)綜合治理，別墅按設(shè)計(jì)成功加載封頂，實(shí)踐證明治理設(shè)計(jì)是可靠的。

3)別墅投入使用三年多來(lái)，地基與上部結(jié)構(gòu)變形處于穩(wěn)定狀態(tài)，避免了因變形過(guò)大失去加載可能而被迫拆除所造成的經(jīng)濟(jì)損失，具有巨大潛在的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的社會(huì)效益。

4)文中既有建筑物變形規(guī)律調(diào)查、分析方法和設(shè)計(jì)思路對(duì)今后同類(lèi)工程具有一定的借鑒意義。