[科普中国]-坑式托换

简介

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1。

工程概况工程为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2。

地质条件根据勘探结果，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2。

加固方案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2。

施工期间沉降观测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2。

总结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3。