济南钢铁集团总公司41 号住宅楼总建筑面积为5600m 2, 分5 个单元, 在βν 、βο 轴线处设伸缩缝1 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-2125m , 1996 年建成使用。
图1 建筑平面及防空洞位置
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1、2 单元明显向北倾斜, 建筑物在伸缩缝处明显错出, 檐口错位达70mm , 顶层出现暖气及自来水管道拉断现象。
1 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。
111 补充地质勘察
在建筑物外共钻孔32 个, 发现该建筑物东侧1、2 单元下有1 个废弃防空洞斜向穿过(见图1)。室外洞顶距地面约715m , 洞高一般为117m , 洞宽约210m。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, 自上而下为: ① 杂填土, 灰褐色, 可塑, 湿, 厚为114～ 118m; ② 黄土状粉质粘土, 黄褐色, 可塑, 湿～ 饱和, 层厚419～ 513m; ③ 粉质粘土, 浅褐红色, 可塑～ 硬塑, 湿, 层厚611～ 718m; ④ 碎石土, 灰黄色, 湿, 中密～ 密实。
112 沉降观测
经8 月12 日～ 9 月4 日现场观测, 建筑物东侧1、2 单元该段时间产生的沉降值最大为28mm , 最小为15mm , 建筑物沉降速度最大为4mm ?d。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, 建筑物沉降及倾斜发展很快。
113 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βο 轴线处(伸缩缝东侧), 向北倾斜75mm , 换算最大倾斜为0141% , 已超出《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—89) 第51214 条规定014% 的地基变形允许值。但没有超过《危险房屋鉴定标准》(CJ13—86) 第2151111 条规定017% 的危房限值。
114 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012～ 013mm , 最大不超过1mm 。
2 处理方案
211 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前述017% 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3 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。
212 处理方案
1. (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。然后采用坍落度为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。
(2) 劲性微型桩托换 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, 采用压力灌注水泥砂浆(注浆压力为014M Pa) 形成桩身。
(3) 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110m , 孔深至防空洞洞底, 成孔后放入注浆管, 压力灌注纯水泥浆, 注浆压力为115～ 2M Pa 。
3 微型桩加固设计及施工
311 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415～ 5m , 为减小沉降, 要求桩端进入碎石土015m。
微型桩单桩竖向极限承载力按下式计算[ 1 ]:
Q uk = u ∑qsik li+ qpkA p
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2 所示。
图2 微型桩平面布置及剖面
312 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 2100 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∶016∶0135∶0102, 注浆压力为014M Pa, 直至灌满为止。砂浆试块28d 的平均抗压强度为48M Pa 。
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2)。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, 冲冼干净后, 刷界面剂。同时在原基础上, 每隔400mm 打直径30mm 、深200mm 的锚孔, 梅花形布置, 灌M 20 膨胀水泥砂浆后, 插入长450mm 、? 16 插筋。
4 加固效果
本工程1998 年9 月7 日～ 10 月25 日共打微型桩110 棵, 灌注水泥砂浆近100m 3, 水泥浆42m 3。
在加固过程中, 不间断地对建筑物进行沉降观测, 观测结果表明, 微型桩完成后, 建筑物沉降未见发展, 证明加固效果良好。
此文曾刊登于：1999 年2 月施 工 技 术Feb. 1999 第28 卷 第2 期
原作者：孙剑平 徐向东 李树明 张 鑫
