張之偉 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院，安徽 合肥 230031）

1 引言

高層建筑物荷載較大，容易受到多種因素影響造成不均勻沉降，為保證安全，在施工及運(yùn)營過程中，必須對建筑物的變形進(jìn)行觀測[1]。本文立足某高層住宅樓工程實例，探究變形觀測對建筑物的施工、加固安全的指導(dǎo)意義。錨桿靜壓樁是通過基礎(chǔ)上埋設(shè)的錨桿固定壓樁架，以建(構(gòu))筑場所能發(fā)揮的自重荷載作為壓樁反力，用千斤頂將樁段從基礎(chǔ)壓樁孔壓入封力層，再將樁與基礎(chǔ)連接在一起，而形成錨桿靜壓樁托換原理。樁-土共同作用分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載，彌補(bǔ)原有天然地基承載力不足，控制地基沉降，最終達(dá)到地基加固的目的[2]。本文結(jié)合工程實例，闡述錨桿靜壓樁托換原理和設(shè)計施工要點，并對錨桿靜壓樁加固效果進(jìn)行監(jiān)測分析[3]。

2 工程概況

2.1 地基基礎(chǔ)概況

該建筑物設(shè)計采用天然地基，基礎(chǔ)持力層為②層粘土層，地基承載力特征值為235kPa?；A(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，地下兩層，負(fù)二層層高為3.6m，負(fù)一層層高為4.8m。基礎(chǔ)筏板混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C30，筏板厚度為800mm，板底高程為47.000m；筏板下素混凝土墊層厚100mm，強(qiáng)度等級為C15。資料顯示：2017年9月基槽開挖至設(shè)計標(biāo)高，由于經(jīng)驗槽發(fā)現(xiàn)大部開挖未至勘探持力層土層，需進(jìn)行局部超深開挖，因此對部分地基土采用級配碎石進(jìn)行換填。2018年8月15至17日工程所在地遭遇暴雨，該時段建筑物東、北側(cè)地下室尚未施工但地面已硬化，建筑物西、南側(cè)地面尚未硬化。2018年9月起，該樓棟沉降觀測數(shù)據(jù)及主樓傾斜觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，遂采用內(nèi)、外部注漿相結(jié)合的方式分階段對地基進(jìn)行了搶險處理。

2.2 上部結(jié)構(gòu)概況

建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為6度，結(jié)構(gòu)抗震等級為四級，地下兩層、地上十八層，總建筑高度約為54m。建筑平面布置呈矩形，東西向總長58m，中間設(shè)置一條伸縮縫，南北向總長12.5m，總建筑面積約為11431.52m2。該建筑作為住宅樓使用，每層兩個單元，每個單元一梯兩戶，標(biāo)準(zhǔn)層建筑平面布置示意圖見圖1。

3 建筑物基礎(chǔ)不均勻沉降及上部整體傾斜情況

3.1 建筑物沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2017年10月19日～2019年5月8日期間，對建筑物各沉降監(jiān)測點進(jìn)行了128次觀測，對觀測時段內(nèi)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如下：

2018年9月4日～2018年9月28日期間（觀測次數(shù)22～35），各沉降監(jiān)測點沉降速率均出現(xiàn)明顯加速，該時段內(nèi)沉降數(shù)據(jù)異常增大，各沉降監(jiān)測點出現(xiàn)明顯差異沉降，南北方向上累計沉降量整體表現(xiàn)為南側(cè)沉降監(jiān)測點大于北側(cè)沉降監(jiān)測點，東西方向上累計沉降量無明顯方向性差異；2018年9月29日～2019年1月28日期間（觀測次數(shù)36～88），各沉降監(jiān)測點沉降處于上下波動狀態(tài)，該時段內(nèi)累計沉降量變化不大；2019年1月29日～2019年3月23日期間（觀測次數(shù)89～125），各沉降監(jiān)測點沉降均存在明顯上浮，該時段內(nèi)累計沉降量表現(xiàn)為整體上?。?019年4月2日～2019年5月8日期間（觀測次數(shù)126～128），各沉降監(jiān)測點沉降速率較均勻，該時段內(nèi)累計沉降量趨于收斂。最大差異沉降為22.51mm，建筑物地基基礎(chǔ)的最大整體傾斜達(dá)到2.4‰。近100日的最大沉降速率達(dá)到0.11mm/d，尚未達(dá)到JGJ8-2016規(guī)定的穩(wěn)定狀態(tài)（100日的最大沉降速率小于0.01mm/d～0.04mm/d）。

3.2 建筑物頂點側(cè)向位移

現(xiàn)場選取該建筑物的代表性部位對其頂點側(cè)向位移進(jìn)行測量，結(jié)果見表1。根據(jù)2019年5月25日對該建筑物頂點側(cè)向位移檢測結(jié)果，既有建筑物整體向西南方向傾斜，目前最大合頂點合位移實測值為H/311（2#測點），尚未超出《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50292-2015)不適于承載的側(cè)向位移界限值（H/300），但部分測點頂點側(cè)向位移檢測值已接近規(guī)范不適于承載的界限值。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層建筑平面布置示意圖

建筑物頂點側(cè)向位移檢測結(jié)果 表1

4 既有建筑物結(jié)構(gòu)安全性鑒定結(jié)論

4.1 地基基礎(chǔ)

①本工程原狀地基土經(jīng)局部換填處理，應(yīng)存在淺層軟弱土層或不均勻土層，換填墊層未進(jìn)行承載力檢驗，不符合GB 50202-2018及JGJ 79-2012的相關(guān)規(guī)定。

②經(jīng)地基注漿后，筏板墊層下分布有不同厚度的注漿層，且較厚處注漿層形成顯著的水泥凈漿段。

③現(xiàn)階段建筑物地基基礎(chǔ)總體沉降變形趨于收斂，近100日的最大沉降速率為0.11mm/d，尚未達(dá)到JGJ8-2016規(guī)定的穩(wěn)定狀態(tài)（100日的最大沉降速率小于 0.01mm/d～0.04mm/d）。

④既有建筑物地基基礎(chǔ)的最大整體傾斜達(dá)到2.4‰，上部結(jié)構(gòu)頂點側(cè)向位移最大實測值達(dá)到H/311。該兩項指標(biāo)均尚未超出GB 50007-2011關(guān)于該類建筑（24m＜H≤60m）地基變形允許值（3.0‰）的要求，及 GB50292-2015關(guān)于該類建筑不適于承載的側(cè)向位移界限值（H/300），但已分別接近規(guī)范規(guī)定的允許值及界限值。

⑤綜上所述，建筑物地基基礎(chǔ)總體沉降變形雖趨于收斂，但尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)注漿處理后建筑物仍處于接近規(guī)范界限值的傾斜變形狀態(tài)，鑒于主體結(jié)構(gòu)新近完工且尚未投入使用，因此應(yīng)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理以確保地基基礎(chǔ)安全性及持久性滿足規(guī)范要求。

4.2 上部承重結(jié)構(gòu)

①抽檢的剪力墻、梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度等級要求；抽檢剪力墻、梁、板鋼筋配置及截面尺寸滿足設(shè)計要求。

②目前尚未發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在因地基基礎(chǔ)不均勻沉降造成的開裂或損傷等異常現(xiàn)象；亦未發(fā)現(xiàn)上部承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在因荷載因素引起的結(jié)構(gòu)性受力裂縫，以及因鋼筋銹蝕因素引起的順鋼筋方向裂紋、保護(hù)層脫落等現(xiàn)象。

③既有建筑物呈整體向西南方向傾斜狀態(tài)，2019年5月25日實測各頂點側(cè)向位移檢測值尚未超出《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50292-2015)不適于承載的界限值，但部分測點頂點側(cè)向位移檢測值已接近規(guī)范不適于承載的界限值。

④結(jié)合設(shè)計圖紙及現(xiàn)場結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢測結(jié)果進(jìn)行驗算，上部承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力符合標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。

⑤綜上所述，本工程上部承重結(jié)構(gòu)滿足整體承載要求。

5 錨桿靜壓鋼管樁加固設(shè)計

原設(shè)計補(bǔ)樁106根，托換率約40%。樁長不得小于16m，每節(jié)長度易大于1.6m，樁節(jié)連接采用等強(qiáng)外套管接頭，焊縫等級不應(yīng)低于三級。樁身采用Φ273×10錨桿靜壓鋼管樁，材質(zhì)為Q345B，樁孔內(nèi)采用C35微膨脹混凝土回填。

設(shè)計單樁承載力特征值為1000kN，壓樁時以樁長和承載力雙控制，即樁長不小于16m，壓樁力C軸以南宜為2400kN且不得小于2000kN，C軸以北為2000kN。相鄰樁樁底高差不得大于樁凈距的0.5倍。壓樁在墻體加固施工完畢后，先A1軸樁（沉降大的一側(cè)）后A1軸北側(cè)樁原則實施（均要求跳花壓樁）。A1軸樁保持900kN的壓力進(jìn)行封樁，A1軸以北自然封樁。

根據(jù)《北側(cè)電梯位置巖土工程補(bǔ)勘說明》，北側(cè)電梯位置②層持力層承載力特征值可取215kPa。加固設(shè)計單位驗算復(fù)核該位置筏板下地基土承載力能夠滿足設(shè)計要求，故取消電梯井內(nèi)6根地基補(bǔ)強(qiáng)樁，結(jié)合現(xiàn)場施工情況考慮筏板受力均勻應(yīng)采取以下措施。

①J軸邊上4根樁單樁承載力提高至1150kN，壓樁力按2300kN控制，封樁形式不變。

②H軸邊上2根樁改為輔助樁，樁頂采用3：7灰土填充密實暫不封樁，建筑投入使用沉降穩(wěn)定取消封樁。

錨桿靜壓樁樁號及樁位布置圖見圖2。

圖2 錨桿靜壓樁樁號及樁位布置圖

為滿足整體加固要求并提高底層結(jié)構(gòu)剛度，加固設(shè)計采用加大截面等加固方式在負(fù)二層新增部分剪力墻及連梁構(gòu)件，加固混凝土構(gòu)件采用強(qiáng)度等級為C35微膨脹混凝土。新增構(gòu)件結(jié)構(gòu)布置圖見圖3。

6 錨桿靜壓鋼管樁施工質(zhì)量檢測結(jié)論

①經(jīng)對本工程原設(shè)計圖紙、加固工程設(shè)計圖紙及變更文件、錨桿靜壓鋼管樁施工方案及專家論證意見、加固工程主要原材料出廠合格證、材料性能試驗報告、進(jìn)場復(fù)驗報告、施工記錄和監(jiān)督抽測報告、隱蔽工程及分項工程驗收記錄、工程質(zhì)量保證資料等進(jìn)行調(diào)閱，主要結(jié)論匯總?cè)缦拢?/p>

a.加固工程設(shè)計文件及圖審文件齊全，設(shè)計依據(jù)可靠，方案合理；

b.錨桿靜壓鋼管樁施工方案內(nèi)容完整，技術(shù)可行；

c.加固工程用無縫鋼管、加固型高強(qiáng)無收縮灌漿料、鋼筋、錨栓等原材料出廠合格證、產(chǎn)品質(zhì)量證明書及檢驗證書齊全，進(jìn)場復(fù)試報告顯示送檢樣品合格；

d.工程質(zhì)量保證資料顯示本工程樁基子分部工程有關(guān)分項工程、檢驗批質(zhì)量達(dá)到設(shè)計及驗收規(guī)范要求。

②本工程樁位布置符合加固設(shè)計要求，抽檢鋼管樁規(guī)格尺寸（外徑、壁厚）、樁長及壓樁力均滿足設(shè)計要求；抽檢鋼管防腐涂層厚度滿足設(shè)計要求；抽檢接樁處焊縫表面基本平整，無明顯氣孔、夾渣、裂紋等外觀缺陷，焊縫焊腳高度滿足設(shè)計要求；抽檢樁位偏差及樁節(jié)垂直度偏差符合設(shè)計要求；抽檢負(fù)二層新增剪力墻、連梁構(gòu)件施工質(zhì)量（鋼筋間距、截面尺寸）符合設(shè)計及驗收規(guī)范要求；現(xiàn)場檢驗后錨固鋼筋錨固抗拔承載力均合格。

③樁基靜載試驗結(jié)果表明試驗樁及抽檢工程樁單樁豎向抗壓極限承載力檢測值均達(dá)到設(shè)計要求。

7 錨桿靜壓鋼管樁施工過程中變形（裂縫、沉降、傾斜）監(jiān)測

7.1 裂縫監(jiān)測

基礎(chǔ)加固工程施工過程中，對上部主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件開裂情況進(jìn)行日常巡查。跟蹤監(jiān)測期間，未發(fā)現(xiàn)新增裂縫等損傷現(xiàn)象。

7.2 沉降監(jiān)測

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本次沉降監(jiān)測在建筑物四周重新布設(shè)9個沉降觀測點，沉降觀測點布置示意圖見圖4，依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)（2019年11月2日～2019年12月21日，共9次）繪制累計沉降量與時間關(guān)系曲線圖見圖5。

圖3 新增構(gòu)件結(jié)構(gòu)布置圖

建筑物頂點側(cè)向位移檢測結(jié)果 表2

根據(jù)2019年11月2日～2019年12月21日期間沉降觀測數(shù)據(jù)分析：監(jiān)測期間各期沉降速率在（－0.11～0.11）mm/d之間，最大差異沉降傾斜率為0.09‰，沉降數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異常變化，2019年12月17日～2019年12月21日期間沉降速率在（0.01～0.02）mm/d之間，呈收斂趨勢；各沉降監(jiān)測點最終累計沉降量在（－0.29～－2.14）mm 之間，表現(xiàn)為整體上浮，且南側(cè)觀測點上浮量普遍大于北側(cè)觀測點，建筑物地基基礎(chǔ)的整體傾斜變形得到一定糾正。

7.3 傾斜監(jiān)測

現(xiàn)場選取該建筑物的代表性部位對其頂點側(cè)向位移進(jìn)行監(jiān)測，2019年11月2日和2019年12月20日的測量結(jié)果見表2。

基礎(chǔ)加固工程施工前（2019年11月2日）實測建筑物上部結(jié)構(gòu)頂點側(cè)向位移最大實測值為H/319（7#測點），基礎(chǔ)加固工程施工完成后（2019年12月20日）實測建筑物上部結(jié)構(gòu)頂點側(cè)向位移最大實測值為H/346（7#測點），較加固施工前略有減小且低于《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50292-2015)關(guān)于該類建筑不適于承載的側(cè)向位移界限值（H/300）。

圖4 建筑物沉降觀測點布置示意圖

圖5 累計沉降量與時間關(guān)系曲線圖

8 結(jié)語

①經(jīng)復(fù)核驗算，經(jīng)錨桿靜壓鋼管樁加固后地基基礎(chǔ)承載能力滿足規(guī)范要求，本工程地基基礎(chǔ)經(jīng)加固處理后安全性可滿足整體承載要求[5]。

②工程實踐證明，錨桿靜壓樁成功運(yùn)用于既有建筑物地基加固處理中，錨桿靜壓樁施工工藝具有廣闊的應(yīng)用前景。

③高層建筑物越來越廣泛地應(yīng)用于城市建設(shè)，加強(qiáng)高層建筑物變形觀測是十分必要的，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)尋找原因，并及時采取應(yīng)對措施，能夠保證安全、最大化地減少經(jīng)濟(jì)損失。