２０１６年１２月 第４期 河北工程技术高等专科学校学报 Ｄｅｃ．２０１６ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＢＥＩ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＣＯＬＬＥＧＥ ＮＯ．４ 文章编号：１ＯＯ８—３７８２（２０１６）０４一。Ｏ３８一Ｏ４ 湿陷性黄土条件下的既有建筑地基 加固技术研究 苗现国 ，苗雷强 ，卢 明 （１．河北中核岩土工程有限责任公司．河北省石家庄市兴苑街５３号０５００２１； ２．河北建研科技有限公司，河北省石家庄市槐安西路３９５号０５００２１） 摘要：文章以湿陷性黄土条件下的某既有建筑地基加固工程为研究对象，分别从鉴定分析、加固设计、施工及处理效果等四个 方面进行研究。提出采用人工挖孔桩法及注浆法、扩大基础法及做水泥土搅拌桩止水帷幕法等处理措施。沉降监测结果表明， 该地基加固方法效果良好。 关键词：湿陷性黄土；既有建筑；地基加固；人工挖孔桩；注浆法；扩大基础；止水帷幕 中图分类号：ＴＵ７５３．８ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６０４６／ｊ．ｅｎｋｉ．ｉｓｓｎｌＯ０８—３７８２．２０１６．０４．０１０ 对于既有建筑湿陷性黄土地基进行加固时，不仅需对地基湿陷性进行处理，而且也要需解决建筑物对于 施工机械操作的空间限制的矛盾。本研究依托某既有建筑地基加固工程，分别从成因分析、设计、施工及处理 效果等几个方面对湿陷性黄土条件下既有建筑地基加固技术进行了分析研究。 １ 工程概述 某５层框架办公楼，基础形式为钢筋混凝土独立基础，位于河北省南部地区西部太行山山脉某县城内， 占地面积约为２ ０００ ｍ。。该地区的土质以黄土状土为主，未见地下水，土质分布情况如表１所示。 表１场地土质分布情况表 在２０１３年冬季，该建筑物的柱、梁及填充砌块均开始出现裂缝，且宽度不断增大。 ２裂缝原因分析 经检测鉴定发现：该建筑物的柱、梁及墙体砌块产生的裂缝主要为沉降裂缝，裂缝均呈东高西低状况，且 在第１７轴～第２Ｏ轴范围裂缝分布较为集中，初步断定该建筑地基发生不均匀沉降，且东侧沉降较大。根据 勘察土质情况，该沉降主要是由于作为下卧层的②和③层非自重湿陷性黄土浸水所致。 该建筑物地基不均匀沉降主要受土质、上部荷载及水３方面因素的影响。在产生地基不均匀沉降的成因 中，土质是根本原因，上部荷载作用是主要原因，水作用是重要降诱发原因。欲从根源上解决该类工程问题， 需从上述三个方面人手。 收稿日期：２ｏ１６—１ｏ一１７ 作者简介：苗现国（１９７７一），男，河北邯郸人，河北中核岩土工程有限责任公司高级工程师，研究方向：岩土工程设计与施工 技术研究。Ｅｍａｉｌ：ｍｌｑ１５Ｏ７６１３７７２１＠１２６．ｃｏｍ 第４期 苗现国等：基于湿陷性黄土条件下的既有建筑地基加固技术研究 ３９ ３加固处理设计 ３．１人工挖孔桩 本工程属于既有建筑物，其所处空间环境对于施工器械选取有一定影响。本工程上部荷载及基础截面较 大，且该区域地质土性、土层分布均复杂多变，因此根据工程特点，选用人工挖孔桩法结合注浆法进行地基加 固。 在该建筑物沉降较为显著的第１７轴～第２０轴区域的基础下布设人工挖孔桩，穿过浸水的湿陷性黄土 下卧层，将水稳定性较好的④层黄土状粉质粘土作为桩端持力层。 １）计算载荷取值。该建筑物沉降显著的第１７轴～第２０轴区域内框架柱下的基底载荷如表２所示。 表２框架柱下的基底载荷 ｋＮ ２）桩体参数设计。人工挖孔桩采用一柱一桩进行布置；桩径不小于８００ ｍｍ，桩径定为１ ０００ ｍｍ；根据 地质土层条件本工程桩长暂定位１８ ｍ，施工中根据实际情况进行调整；桩身混凝土强度等级选用Ｃ３０，桩体 配筋及护壁按文献Ｅｌｉ构造要求进行设计；上部荷载较大时，通过扩大桩底来提高桩的承载力。 ３）承载力计算。选取最不利地质条件，计算得到单桩竖向承载力特征值为１ ８８７．１ ｋＮ。其中１７×Ｆ上部 结构载荷较大，对人工挖孔桩进行扩底处理，其单桩竖向承载力特征值为３ ０４１．４ ｋＮ，对照计算荷载表ｉ可 见，人工挖孑Ｌ桩竖向承载力特征值均满足上部结构载荷要求。 ４）变形计算。采用分层总和法对经过人工挖孔桩处理后的基底沉降变形进行沉降计算，计算结果如表 ３。框架结构沉降差的允许值为相邻柱间距的０．００２倍［１］。加固区相邻柱间的沉降差均满足规范要求。 表３框架柱下基底沉降变形 ｍｍ ３．２ 注浆法 注浆法不仅能提高下卧层的承载力及抗变形能力，而且也能加强加固区和非加固区的变形协调性能。本 工程注浆范围较人工挖孔桩范围向西增加两跨，将其处理范围由第１７轴～第２Ｏ轴扩大到第１５轴～第２Ｏ 轴范围，对该范围内的基础周围进行注浆补强。 ‘ １）浆液参数。注浆法中的所用水泥为Ｐ．０４２．５普通硅酸盐水泥，水灰比为１．０，速凝剂采用浓度为１８～ ２２。Ｂ邑的水玻璃溶液。 ２）注浆扩散半径的确定。注浆的扩散半径可按式（１）进行初步设计 ，且需根据现场试验确定。本工程注 浆半径为１．２ ｍ。 Ｒ—ｆ＼Ｈ ３ｋｒＩｌ＇ ］￣Ｈｆ＋ ）ｌ ｌ，３ 浆压力；ｆ为注浆的时间。 （１） 式中，ｋ为土体的渗透系数；ｒ为注浆管的半径； 为土体的孔隙度， 为浆液的粘度； 为水的粘度，Ｈ为注 ３）注浆孔的布置。本工程注浆孔径定为１００ ｍｍ，形式选用梅花型，第１５轴～第１７轴孔间距为２．０ ｍ， 孔深由西向东逐渐加深（１４～１８ ｍ）。 ４）注浆压力的确定。注浆法注浆压力控制时，以不使地层结构破坏或仅发生局部破坏作为注浆压力控制 ４０ 河北工程技术高等专科学校学报 的基本原则。注浆压力与土体的密度、强度及初始应力、注浆顺序等都有一定关系，工程实践中的上述因素较 难确定，需通过现场试验确定，一般注浆压力为０．５～１．０ ＭＰａＩ３］。 ５）注浆量。有地方经验时应根据地方经验确定，如无地方经验，可参照经验式（２）进行计算。根据经验， 在粘性土地基上进行注浆处理时，其浆液注入率一般在１２ ９／６～１５％之间。 Ｑ—ＫＶｎ （２） 式中，Ｑ为总注浆量；Ｖ为注浆加固土体的体积； 为土体孔隙率；Ｋ为经验系数。 ３．３独立基础扩筏板基础 扩大基础不仅可以减少上部荷载的作用力，而且可以将上部结构连接成一个整体，提高加固区和非加固 区间的变形协调。本工程将建筑物的第１５轴～第２Ｏ轴范围内的独立基础连接为筏板基础，筏板厚度定位 ７００ ｍｍ，新旧基础间的上、下主筋采用焊接或植筋形式进行连接新增筏板基础配筋根据《混凝土结构加固构 造》图集的相关要求进行设计 ］。 ３．４水泥土搅拌桩止水帷幕 为消除外来水对该建筑物地基下卧层的进一步影响，在第１６轴～第２０轴区域外围设置止水帷幕。该区 域土质以黄土状粉质粘土或粉土为主，根据地质状况、施工环境等条件，选取水泥土搅拌桩法制作止水帷幕。 １）桩长。作为止水帷幕水泥土搅拌桩桩长主要由工程地质土层条件确定。止水帷幕超过含水层最底面 的长度不宜小于２～３ ｍ：Ｓ］，且止水帷幕进入其下卧不透水层的长度应符合下式要求： Ｚ＝０．２ｈ 一０．５ｂ （３） 式中，ｚ为进入不透水层止水帷幕的长度；６为止水帷幕的厚度；ｈ 为作用水头高度。 本工程最终将水稳定性较好的④层黄土状粉质粘土作为止水帷幕的最底层，水泥土搅拌桩进入该土层 的深度不小于４ ｍ，水泥土搅拌桩止水帷幕的总深度均大于２２ ｍ。 ２）厚度。水泥土搅拌桩作为止水帷幕时的渗透系数一般不宜大于１．０Ｘ１０ ｃｍ／ｓ或１．０×１０－７ｃｍ／ｓ Ｌ６］， 且需考虑经济性、施工便捷性的影响。本工程最终选用双排桩径为５００ ｍｍ的水泥土搅拌桩作为止水帷幕。 ３）水泥掺入比。如无经验时，水泥土搅拌桩的水泥掺入比可依据公式（４）进行计算： ａ 一———— 一 。ｒ—一 Ｘ １ｏ上Ｕ 一０ （４）４ 兀，ＯＬｄ 式中， 为水泥掺入比； 为加固土体的容重；Ｄ为水泥土桩的直径；Ｍ单位桩长水泥的参量。 根据公式（４）和施工经验，本工程水泥参量取土天然重量的１５ ～２Ｏ ，水泥参量取天然重量的１７％。 ４）垂直度和搭接宽度。水泥土搅拌桩止水帷幕的垂直度最大偏差宜控制在Ｏ．５ 范围内，桩体位置偏差 应控制在２０ ｍｍ范围内，最小有效搭接长度不宜小于１５０ ｍｍ。本工程将水泥土搅拌桩的有效搭接长度确 定为２００ ｍｍ，桩体垂直度及位置偏差均应满足上述要求。 ４施工技术要点 本加固工程重点对注浆阶段进行观测，以防止注浆对建筑物造成的二次沉降。在施工过程中，根据现场 地质条件，结合沉降观测结果，对地基加固进行动态设计，信息化施工。 本工程施工工序为：人工挖孔桩施工一水泥土搅拌桩帷幕施工一基础外围注浆一基础范围内注浆一独 立基础扩为筏板基础施工。人工挖孔桩多个桩同时施工时应留有一定距离，间距不宜小于２倍的桩径。注浆 施工应先外围后内部，上行、隔孔、间歇式进行。 ５ 加固效果 沉降监测表明：各施工过程均未对建筑物造成明显影响，施工完毕后２周该建筑物各桩位的沉降已明显 收敛。加固区的观测点的沉降速率分别由１～２ ｍｍ／ｄ下降至０．Ｏ７～０．２ ｍｍ／ｄ，非加固区沉降观测点均未 见明显沉降。连续对该建筑各沉降观测点观测１２个月，建筑物原沉降较为显著的区域已明显趋于稳定。 第４期 苗现国等：基于湿陷性黄土条件下的既有建筑地基加固技术研究 ４１ ６ 结论 针对既有建筑地基加固，首先应仔细全面的分析其沉降产生的原因，针对各项原因提出切实可行的加固 方法，做到“对症下药”。本工程针对湿陷性黄土条件下的既有建筑地基不均匀沉降，从地质土性、上部荷载及 水作用三个方面人手，最终确定采用人工挖孔桩及注浆法、扩大基础法、水泥土搅拌桩止水帷幕法等处理措 施，从根本上消除了该既有建筑湿陷性黄土地基不均匀沉降的问题。 对于既有建筑地基加固时，需考虑加固时的地质条件、施工机械、经济成本和建筑环境等因素的影响，进 行动态设计，信息化施工。同时需合理控制施工顺序。 参考 文 献 ［１］中国建筑科学研究院．建筑桩基技术规范：ＪＧＪ ９４—２ｏｏ８ＥＳ］．北京：中国建筑工业出版社，２００８． ［２］ 阮文禄．后注浆钻孔灌注桩的承载力研究［Ｄ］．长春：吉林大学，２０１４． Ｅ３］董鹏，李武．劈裂注浆技术在某砌体结构房屋湿陷性黄土地基处理中的应用［Ｊ］．西铁科技，２０１４（２）４３—４５ ［４］中国建筑科学研究院．混凝土结构加固构造：１３ＳＧ３１１－１［ｓ］．北京：中国计划出版社，２０１３． ［５］冶金工业部建筑研究总院．建筑基坑工程技术规范：ＹＢ９２５８—１９９Ｚ［Ｓ］．北京：冶金工业出版社，２００４． ［６］贺为民．深层搅拌桩复合地基及止水帷幕研究与应用［Ｄ］．北京：中国地质大学（北京），２００８． ＲｅｓｅａｒＣｎ ０ｎ上ｌ’～ １ １ｎ ０ＵｎｃＩ１ Ｊ●ａｔｌ０ｎ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌ ｏｇｙ ｏｆ Ｅｘｉｓｔｉｎｇ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｏｎ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ Ｌｏｅｓｓ ＭＩＡＯ Ｘｉａｎ—ｇｕｏ ，ＭＩＡＯ Ｌｅｉ—ｑｉａｎｇ ，ＬＵ Ｍｉｎｇ （１．Ｈｅｂｅｉ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，０５００２１，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ，Ｈｅｂｅｉ・Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｅｂｅｉ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，０５００２１，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ，Ｈｅｉｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｓｕｃｈ ｓｏｉｌ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｆｒｏｍ ｆｏｕｒ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｃａｕｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ．Ｉｔ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｓｕｃｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｓ ｍａｎｕａｌ ｈｏｌｅ ｄｉｇｇｉｎｇ ｐｉｌｅ，ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｓｐｒｅａｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｃｅｍｅｎｔ ｐｉｌｅ ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｃｕｒｔａｉｎ，Ｔｈｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｓ ｆａｖｏｒａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｌｏｅｓｓ；ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｍａｎｕａｌ ｈｏｌｅ ｄｉｇｇｉｎｇ ｐｉｌｅ； ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｆｏｏｔｉｎｇ；ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｃｕｒｔａｉｎ （责任编辑：高桂芝）
