坑式托换

根据勘探结果，结合区域水文地质资料，本区地下水位埋深在48．0m以下，对基桩施工无影响 。

1　加固方案选择

之前建设单位已经对该建筑物进行了高压注浆加固，但加固效果不理想；另外，该建筑物主要用于交通银行网点办公，部分为餐饮店，加固施工不得在室内操作，不得影响其正常营业。考虑到各种因素，拟采用坑式托换技术进行加固处理，并对桩侧填土进行高压注浆处理。

2　桩顶荷载取值

根据结构设计单位提供参数，1～6轴与A轴交叉处的独立基础基底荷载情况。

3　坑式托换设计计算

（1）　初步设计参数

基桩设计桩顶标高为－2．5 m，桩径为1　100mm（含钢筋混凝土护壁厚度），桩长12．6m，桩中心线与框架柱中心线一致，桩端持力层为⑦层粉质粘土，桩身混凝土强度等级为C30，为防止混凝土干缩导致桩顶与独立基础间出现缝隙，要求使用微膨胀性自流平混凝土。

（2）　承载力计算

根据《建筑桩基技术规范》公式5．3．6及钻孔地层分布计算单桩极限承载力，计算时考虑填土的不利影响。经计算，单桩竖向极限承载力标准值增刊李仕良等：坑式托换技术在既有建筑地基加固中的应用为1　844．4kN，竖向承载力特征值为922．2kN，承载力可满足设计及要求（其中6轴与A轴交叉处的独立基础布设2根基桩）。

（3）　变形计算

变形计算主要考虑2个方面：一方面考虑地基加固施工对基础持力层面积消弱所引起的附加沉降，另一方面地基基础形式调整后建筑物的最终沉降变形。

原设计建筑物为独立基础，基底标高为－2．5m，基础持力层为填土，压缩层深度不超过－10．0m，经地基加固后建筑物基础形式调整为桩基础，基桩桩端标高为－13．1m，超出了原压缩层深度，势必产生二次沉降变形。根据基底压力准永久组合值、《建筑桩基技术规范》、《建筑地基基础设计规范》相关条款及岩土工程勘察报告，计算地基加固完成后各个独立基础沉降变形。

（4）桩侧及桩顶高压注浆

基桩上部桩周土为填土，结构松散，承载力低，遇水塌陷，为避免其对基桩稳定性产生不利影响及减小其对基桩的下拉荷载，在基桩混凝土灌注完成2天后对桩侧采取高压注浆处理，每一标高为4孔，呈发散性布置，填土范围内共布置3层，标高分别为－3．5m、－5．0m、－6．5m。另外因施工工艺局限性，基桩桩顶与独立基础间存在微小缝隙的隐患，在桩侧高压注浆的同时，对桩顶采取高压注浆措施 。

随着我国工程项目建设发展，建筑物各种复杂地基情况不断出现，其中不乏因地基处理不当，地基沉降差大，导致建筑物出现结构构件开裂等破坏现象，建筑物本身的空间限制了机械设备的施工，坑式托换技术是解决此类问题的有效途径之一。

托换技术是在20世纪30年代兴起的，我国的相关地基处理技术规范也列入了托换技术。其中托换技术的具体方法包括基础加宽和加深托换、桩式托换、基础减压和加压相应托换、树根桩托换、灌浆托换、纠偏托换等方法 。

工程为2层临街商业楼，框架结构，独立基础，其中A轴地基标高为－2．5m，1～5轴独立基础尺寸为2．4m×2．4m，6轴独立基础尺寸为2．8m×3．4m，基础持力层为回填地下车库基坑时的填土，填土厚度约为4．6m，设计要求填土为2∶8夯实灰土，压实系数不小于0．95；B 轴、C 轴基底标高－7．1m，基础持力层④层黄土状粉质粘土，该处地下部分为地下车库。

因对填土处理不到位，土质松散，均匀性差，含水量较高，压缩性高，导致该建筑物梁、板及柱出现裂缝，部分填充墙存在开裂，须对地基进行加固处理 。

本工程坑式托换施工期间去除基础持力层面积率大，建筑物无连梁、圈梁等纵向连接构件，整体性差，即使采取间隔施工也可能引起独立基础出现较大的附加沉降，甚至出现整体破坏。为确保建筑物及施工安全、对加固效果做出评估，在地基加固施工及建筑物使用过程中须对建筑物进行沉降观测，1轴～6轴框架柱上均设置了沉降观测点，监测频率为1次/天。

加固施工原计划分3次完成，因现场条件限制，目前1轴、2轴上2根桩还未施工。实际的施工进度为：3轴、5轴2根桩为第1批，施工时间为第1～9天；4轴、6轴（其中1根）2根桩为第2批，施工时间为第10～15天；6轴（另外1根）1根桩为第3批，施工时间为第16～24天。第25～37天为施工间歇阶段，对应上述施工进度将沉降观测数据分为4个周期进行分析整理。

1）在3轴与5轴坑式托换施工期间，其对应沉降观测点相对于其他观测点未出现明显的沉降变形过大；同样在4轴与6轴（其中1根）坑式托换施工期间，其对应沉降观测点相对于其他观测点未出现明显的沉降变形过大。也就是说坑式托换施工所引起的附加沉降不明显。

2）在坑式托换施工完成后，随着桩身混凝土土凝固沉降变形速率快速减小，几近稳定。

3）3轴～6轴坑式托换施工完成后，1轴、2轴部分沉降还在继续增大但速率明显减小 。

坑式托换技术是一种既有建筑物地基基础加固行之有效的加固方式，其受力明确、加固效果显著，可快速解决建筑物不均匀沉降及承载力不足等问题。

坑式托换施工减小了建筑物基础持力层面积，地基应力会有所增加，但施工周期短，地基附加应力时效短，引起的附加沉降不明显 。2100433B

压入桩托换亦称顶承静压桩托换，该方法是将建筑物本身的自重作为反力，用千斤顶将桩压入地基土中，凭借地基土对桩的支撑将建筑物托住。千斤顶上的反力梁可以利用原来基础下的基础梁或基础板。如果原基础没有基础梁或基础板，可以先加固建筑物的底层墙体，然后再进行压入桩托换。

该方法适用于条形基础的托换加固。托换桩的平面布置按墙体中心轴线或基础布置，根据被托换加固的建筑物的墙体形式及其荷载大小确定，而且每个托换坑的位置应避开门窗等墙体薄弱部位。

当地基中含有较多的大块石、坚硬黏性土或密实的砂土夹层时，由于桩压入时难度较大，应根据现场试验确定，其适用与否。

对于上硬下软的地层，会产生负摩阻力的欠固结土，不能提供千斤顶反力的或严重开裂的建筑物，不易压入的砂土地基以及自重湿陷性黄土地基，均不宜采用压入桩托换。

压入桩的施工步骤如下：

（1）在墙基或柱基下开挖竖向导坑和横向导坑。

（2）根据设计的压入桩所承受的荷载，使用直径300~450mm的开口钢管（或0.2m×0.2m的预制钢筋混凝土方桩），用设置在基础底面下的液压千斤顶将其压入土层中。钢管可截成1.0m长的若干段，用特制的套筒接头将钢管段连接起来，当桩很长或者土中有障碍物时，应焊接上面的接头。

（3）当钢管顶入土层中时，每隔一定时间，根据土的性质，用合适的取土工具将土取出，但应避免坑周围土的软化。

（4）桩段经过交替顶进、清孔和接高后，直至桩尖到达设计深度。

（5）当桩已达到要求的设计深度并且清孔完毕后，可以在钢管中直接灌注混凝土（当钢管中无水时），或者先在管底用“砂浆塞”封闭，待其硬结后再抽干管中的水，然后灌注混凝土并振捣密实。

（6）将压入桩与原有基础梁浇灌在一起，形成整体连接以承受荷载。

灌注桩托换是利用搁置在灌注桩上的托梁或承台支承既有建筑物的柱和墙的托换方法，根据成孔方式的不同，可分为螺旋钻孔灌注桩、潜水钻孔灌注桩和人工挖孔灌注桩等。灌注桩托换适用于具有沉桩设备所需净空条件的既有建筑物的托换加固。当桩必须穿过存在障碍物的地层；或被托换建筑物较轻，或上部结构条件较差，不能提供合适的千斤顶反力；或桩必须设置很深、费用很高等情况时应考虑采用灌注桩托换。

各种托换灌注桩的适用条件宜符合下列规定：

（1）螺旋钻孔灌注桩适用于均质粘性土地基和地下水位较低的地质条件；

（2）潜水钻孔灌注桩适用于粘性土、淤泥、淤泥质土和沙土地基；

（3）人工挖孔灌注桩适用于地下水位以上或土质透水性小的地质条件。当孔壁不能直立时，应加设砖砌护壁或混凝土护壁以防塌孔。灌注桩托换所需施工空间小，操作灵活，可根据实际需要变动桩径和桩长，能在密集建筑群而又不停工、不搬迁的条件下施工。

树根桩托换是在既有基础的两侧穿透基础设置多束树根桩来承托、加强既有基础的托换方法。钻孔穿过既有建筑物的基础进入地基土中至设计标高，清孔后放入钢筋，再用压力泵灌注水泥浆、水泥砂浆或细石混凝土，边灌、边振、边拔管，最后形成树根桩，对既有基础构成托换。

树根桩托换所需场地较小，施工时噪音和振动小，不需要对被托换的地基、基础或墙柱等作切割或开挖，对被托换建筑物比较安全，也可不干扰建筑物的正常使用；桩截面小，能使桩身、墙身和基础联合成一体，压力灌浆能使桩体与地基紧密结合，除能支承垂直荷载、抗拔、抗侧向荷载和抗倾覆力矩外，还能加固地基；施工操作都可在地面上进行，比较方便；桩孔很小，对墙身和地基土几乎不产生任何应力。由于是在地基的原位置上进行加固，且不需要繁重的辅助结构，完工后的加固体不会损伤原有外观，因此古建筑的修复应优先考虑采用。

树根桩托换法适用于既有建筑物的修理和加层、古建筑整修、地下铁道穿越、桥梁工程等各类地基的处理与基础加固，以及增强边坡的稳定性等。适合于碎石土、砂土、粉土和粘性土等各种不同的地基土质。施工时可根据工程要求和地层情况，采用不同钻头和钻进时的护孔方法。在钢筋混凝土基础或砖石结构基础上钻进开孔时可采用牙轮钻头、合金钢钻头或钢粒钻头；在软粘土中钻进时可选用合金肋骨式钻头，使岩心管与孔壁间增大一环状间隙，防止软粘土缩径造成卡钻事故；在强风化岩层上钻进时，应采用外嵌合金钻头。 2100433B