劲性微型桩在地下洞室塌陷事故中的应用

劲性微型桩在地下洞室塌陷事故中的应用摘要：介绍劲性微型桩在地下洞室塌陷事故中的应用，劲性微型桩因其桩内型钢刚度大、承载力高，能克服因地基局部软弱而产生的缩颈及断桩对其承载力的影响，在地基加固及基础托换中具有较好的应用前景。关键词：劲性微型桩地下洞室塌陷地基加固Abstract:I-shapedsteelreinforcedmicro-pileisdescribedintheaccidentofsheltercollapseunderbuildingfoundation.WiththeI-steelinthecore,higherrigidityandstrengthcanbegainedwhichdecreasetheeffectofpileradialshrinkageandwillbeapplicabletosoftsoilreinforcementandfoundation-underpinning.Abstract:I-shapedsteelreinforcedmicro-pileisdescribedintheaccidentofsheltercollapseunderbuildingfoundation.WiththeI-steelinthecore,higherrigidityandstrengthcanbegainedwhichdecreasetheeffectofpileradialshrinkageandwillbeapplicabletosoftsoilreinforcementandfoundation-underpinning.Abstract:I-shapedsteelreinforcedmicro-pileisdescribedintheaccidentofsheltercollapseunderbuildingfoundation.WiththeI-steelinthecore,higherrigidityandstrengthcanbegainedwhichdecreasetheeffectofpileradialshrinkageandwillbeapplicabletosoftsoilreinforcementandfoundation-underpinning.Keywords:I-shapedsteelmicro-pile，shelter，collapse，soil-reinforcement工程概况济南钢铁集团总公司41号住宅楼总建筑面积为5600m，分五个单元，在13、14轴线处设伸缩缝一道，建筑平面如图1所示。主体为6层砖混结构，钢筋混凝土条形基础，基础埋深-2.25m，1996年建成使用。1998年8月发现该建筑物外纵墙窗台下多处出现斜向裂缝，该楼东侧一、二单元明显向北倾斜，建筑物在伸缩缝处明显错出（如图2所示），顶层出现暖气及自来水管道拉断现象。建筑物检测结果为查明建筑物倾斜原因，掌握建筑物沉降及倾斜的发展速度，为建筑物加固提供可靠资料，对建筑物进行了以下几个方面的检测。补充地质勘察8月16日至8月24日，进行工程地质补充勘察，在建筑物外共钻孔32个，发现该建筑物东侧一、二单元下有一废弃防空洞斜向穿过（见图1）。室外洞顶距地面约7.5m，洞高一般为1.7m，洞宽约2.0m。由于防空洞未做任何防护处理，其顶部已经塌落，且建筑物外北侧已有一处塌落至地面。本次勘察揭露土层共分5层，自上而下依次为：①杂填土：灰褐色，可塑，湿，厚为1.4～1.8m；②黄土状粉质粘土：黄褐色，可塑，湿～饱和，层厚为4.9～5.3m；③粉质粘土：浅褐红色，可塑～硬塑，湿，层厚6.1～7.8m；④碎石土：灰黄色，湿，中密～密实。2.2沉降观测经8月12日至9月4日现场观测，建筑物东侧一、二单元该段时间产生的最大沉降值为28mm，最小沉降值为15mm，建筑物沉降速度最大为4mm/天。由于时值雨季，大量地表水通过裂隙渗入防空洞，造成防空洞上部土体坍塌，建筑物沉降及倾斜的发展速度很快。倾斜观测经9月4日现场观测，该建筑物主体结构最大倾斜值位于北纵墙14轴线处（伸缩缝东侧），向北倾斜75mm，换算最大倾斜为0.41%，已超出《建筑地基基础设计规范》（GBJ7—89）第5.2.4条规定0.4%的地基变形允许值。但没有超过《危险房屋鉴定标准》（CJ13—86）第2.5.1.1条规定0.7%的危房限值。建筑物裂缝建筑物纵墙裂缝一般出现在一层窗台角部；顶层横墙出现斜向裂缝，楼板板缝有拉开迹象。由于该建筑物整体刚度较好，这些裂缝宽度较小，一般为0.2～0.3mm，最大不超过1mm。3处理方案3.1设计思路由于建筑物的倾斜已接近危房限值，且建筑物的沉降及倾斜的发展速度很快，因此首先要防止建筑物因防空洞突然坍塌而产生倒塌破坏，同时防止建筑物进一步倾斜而成为危房。由于建筑物目前的倾斜不超过《危险房屋鉴定标准》（CJ13—86）第2.5.1.1条规定0.7%的危房限值，且没有给居民在心理及日常生活上造成较大影响，考虑到施工对西侧三个单元居民生活的影响，综合考虑各方面的因素，决定不对其进行纠偏。3.2处理方案3.2.1封防空洞端口首先将防空洞在建筑物两端处用细石混凝土封住。具体方法是先在建筑物外有防空洞部位各钻孔9个，孔径250mm，孔距750mm，梅花形布置，要求孔底达到防空洞下的原状土层。然后采用塌落度为120mm的C15细石混凝土向孔内灌注，直到灌满为止，将防空洞在建筑物进出口处堵死。劲性微型桩托换采用微型桩对原有基础进行托换，是因为微型桩具有以下优点：①承载力高；②沉降量小，一般在设计承载力作用下仅为几毫米；③所需施工场地较小；④桩孔孔径小，施工时对原有基础影响小，不会因施工引起建筑物附加沉降。⑤能穿透各种障碍物，适用于各种不同的土质条件。另外，采用微型桩对有防空洞部分的基础进行托换，还能查找出建筑物下防空洞的确切位置，从而省去室内勘察工作，节省时间，并可根据防空洞的实际走向随时修改设计。由于雨水造成防空洞内塌陷土体较软，为防止该部位产生缩颈或断桩，决定采用劲性微型桩，微型桩内配I10工字钢，采用压力灌注水泥砂浆（注浆压力为0.4MPa）形成桩身。压力灌浆由于微型桩灌注水泥砂浆颗粒较粗、压力较小，防空洞及其上部塌陷土体不能有效加固，为防止该部分土体对微型桩产生负摩阻力。因此，当微型桩施工完成后，再采取压力注水泥浆的方法将防空洞及其上部位松动的土体予以加固。具体做法是在已探明的防空洞部位钻注浆孔，间距为1.0m，孔深至防空洞洞底，成孔后放入注浆管，将孔顶封住，然后压力灌注纯水泥浆，注浆压力为1.5～2MPa。4微型桩加固设计及施工4.1微型桩加固设计考虑到防空洞上部土体已经部分坍塌，因此在微型桩设计时不考虑防空洞以上部分土体的侧摩阻力，也不考虑防空洞部位桩间土的承载力。设计桩径为220mm，微型桩深入防空洞下4.5～5m，为减小沉降，要求桩端进入碎石土0.5m。微型桩单桩竖向极限承载力按下式计算：由于微型桩采用的是压力注浆，部分浆液渗入桩周土体，其侧摩阻力及端阻力均有提高。根据作者在以往工程的实测结果所积累的经验，在本项工程中，将粉质粘土的侧摩阻力提高15%，碎石土的侧摩阻力及桩端阻力提高25%。计算出微型桩单桩竖向极限承载力为420kN。为保证可靠传力，桩顶做承台与原基础形成整体。微型桩平面布置及剖面如图3所示。图3微型桩平面布置及剖面图4.2微型桩施工微型桩施工首先在沉降较大的北纵墙开始。为缩短施工工期，共有4台XJ-100地质钻机同时施工。为防止施工引起建筑物产生附加沉降，微型桩成孔均采用干成孔，桩孔施工间隔进行。当微型桩孔遇到防空洞时，为防止防空洞底部塌落的松散软土塌入下部桩孔，在该部位反复提钻取土，成孔后应立即安放工字钢，将注浆管插至孔底，采用压力灌注水泥砂浆，水泥砂浆配合比为：水泥：砂：水：减水剂=1：0.6：0.35：0.02，注浆压力为0.4MPa，直至灌满为止。砂浆试块28天的平均抗压强度为48MPa。由于防空洞没有完全塌落，压力注浆时砂浆被压入未塌落的防空洞塌落土体裂隙内，因此先期灌注的桩孔其注浆量一般较大，有的达到10m以上。在微型桩成孔过程中，发现防空洞在建筑物下有一分支沿北纵墙向西延伸，同时发现防空洞走向与原来估计的有所不同，根据具体情况，及时变更设计增加了微型桩的数量（见图3）。另外发现，防空洞在建筑物下的塌落程度比外面要严重，有的部位已塌落至基础底面，大部分已塌落至基础下2～3m。为保证桩承台与原基础连接紧密，将原基础表面凿毛，冲洗干净后，刷界面剂。同时在原基础上，每隔400mm打直径为30mm深为200mm的锚孔，梅花型布置，灌M20膨胀水泥砂浆后，插入16插筋，插筋长450mm。5加固效果本项工程于1998年9月7日开工，1998年10月25日完成，共打微型桩110棵，灌注水泥砂浆近100m，灌注水泥浆42m。表1加固前后建筑物各点沉降值mm测点日期123456788.12000000008.19041122143118.26251427171129.4151527171119.10281931181029.241922362010210