试论建筑物基础托换与加固方法

摘要：建设施工中，附近的建筑一直是深基坑工程中的难点，既要保证既有建筑不发生沉降和水平移位，还要保证工程进度和质量。作者根据多年经验，对建筑基坑附近的建筑物的基础加固和托换进行探讨。

关键词：建筑物；基础托换：加固

中图分类号： TU473.1+4 文献标识码： A

1、技术难点

(1)转运站原基础采用振动沉管灌注桩，桩长6m(从地面计算)，桩径350mm，以④层圆砾做桩端持力层。而新建地下工程基坑深度9. 2m，开挖深度大大超过了原建筑基础深度，原转运站的荷重将对基坑支护体系产生很大的压力，难以保证开挖基坑不出现水平位移和沉降，进而又可能影响转运站本身的安全和使用。

(2)本工程由于基坑边缘距离转运站太近，仅3m，距离其基础承台仅1m。除了基坑本身的安全以外，基坑周边的位移控制成为更重要的问题。

(3)基坑降水、开挖对周边地基和建筑物沉降和水平位移影响的关系很复杂，难于准确计算。

2、加固方案选择

2.1单排桩+ 预应力锚索基坑支护方案

该方案的优点是地基土层适宜，基坑支护效果好，施工速度快；缺点是基坑深度大于原建筑桩基深度，原建筑荷载对基坑变形的影响难以估计。该方案工程造价63万元。

2.2土钉基坑支护+桩基础托换加固方案

该方案的优点是地基土层适宜，结构传力简单明确，可靠性高， 造价经济；缺点是施工难度大，人工挖孔托换桩不宜同时开挖，工期长。该方案造价50万元。

经论证比较，确定采用第二个方案，下文主要介绍该方案的设计与施工过程。

3、基坑支护设计

3.1基坑支护

(1)基坑土层为土岩组合， 上部0～6.4m为粘性土、圆砾等土层，6.4m以下为强风化—中风化泥岩，根据地基岩土勘察资料分析后认为，强风化—中风化泥岩的强度和稳定性都很好，该基坑要解决的主要是其上覆土层的稳定和地下水的问题。

(2)基坑支护采用土钉+水泥土桩止水帷幕+喷射混凝土面层的型式，这种支护型式造价经济，可以保证基坑安全，而基坑旁边转运站基础的沉降、水平位移、倾斜问题用基础托换来解决。

(3)土钉：竖向设置六排土钉，上部四排采用打入式钢管土钉，在钢管中部及尾部设置注浆孔，打入土中后压灌水泥浆；下部两排采用钻孔注浆型土钉。土钉长度9～12m，竖向间距1.3～1.5m，水平间距1.2m，土钉向下倾斜角度15～20°。

(4)喷射混凝土面层：基坑壁面喷C20混凝土，厚度100mm，配筋8@ 200mm×200mm。

3.2地下水控制

(1)水泥土桩止水帷幕： 在基坑开挖一侧设置两道深层水泥搅拌桩，沿基坑周边形成两层连续封闭的止水帷幕，隔断坑内降水与坑外地下水的联系，防止坑外地下水下降和渗漏，避免对坑外建筑地基土层的影响。深搅止水桩桩长8m，穿过圆砾层进入强风化泥岩，桩径为500mm，相互搭接200mm。

(2)基坑降排水：因含水层较薄，水量不大，采用坑内集水明排的方式降排水。在基坑内开挖集水井和集水沟，从集水井中抽水，疏干基坑内的地下水。间隔15m 设置集水井，随挖随排，保证坑内地下水位在开挖面以下，在坑顶外侧设置散水和排水沟，防止地表水和雨水流入基坑。

4、转运站基础托换与加固

(1)基坑旁的焦煤转运站荷重对基坑的稳定有非常不利的影响。基坑的安全不能保证，同样也威胁到基坑旁建筑物的安全和使用。

(2)基坑支护采用了土钉+水泥土桩止水帷幕+ 喷射混凝土面层的型式，这种支护方式虽然造价较低，可以保证基坑安全，但变形较大，较好土层中最大水平位移比一般0.1%～0.5%，有时可达1%，这对基坑旁的转运站显然是不能接受的。

(3)为了消除转运站荷载对基坑稳定的不利影响，同时防止转运站基础产生沉降，并约束水平位移，经分析研究，确定采用基础托换加固的方式，用人工挖孔灌注桩将转运站荷载直接传递到深部的基岩上。共布置4根托换桩， 桩长12.5m，桩径1.5m (扩大头2.4m)，桩端持力层为⑥中风化泥岩层。如图1所示。

(4)基础托换后，消除了建筑物荷载对基坑稳定的影响，经计算对比，托换后基坑稳定安全系数为1.36，较托换前基坑稳定最小安全系数有大的提高。

5、托换结构设计要点

(1)转运站建筑柱网尺寸为7m×8m，柱断面700mm×700mm，底层柱下端的轴荷载标准值分别为2520kN、2380kN、2290kN、2210kN。由于施工场地受限制，挖孔桩只能布置在转运站范围之内。因此在四边轴线的中间布置了4根挖孔桩。挖孔桩上设置托换梁，托换梁分别与柱子和挖孔桩连接。

(2)计算模型

挖孔桩作为托换梁的支承端，柱荷载通过托换梁传递到挖孔桩上实现托换，挖孔桩直径采用D=1500mm，托换梁断面采用b×h=1300mm×1800mm，经计算，托换梁最大弯矩标准值Mk= 5148kN·m。

(3)托换梁混凝土强度等级为C25，钢筋HRB400，最大设计弯矩6949kN·m，梁上部配筋24Φ25，下部配筋12Φ25。

(4)托换梁钢筋与柱子的连接，采用在原柱上钻贯通孔，植筋连接的方式，以保证托换梁与柱子可靠连接。

6、托换加固效果监测

(1)施工按照以下顺序进行：①截断原地基梁②人工挖孔灌注桩③托换梁④水泥土桩止水帷幕⑤土钉⑥喷射混凝土面层。

(2)由于基坑工程对周边环境影响的设计理论和技术还很不成熟，影响因素又多，为保证工程安全，施工过程中进行及时监控是非常必要的。本工程在底层4根柱上设置了沉降观测点和水平位移观测点，施工过程中及时观测，以便发现问题。焦煤转运站基础的水平位移和竖向位移计算值和实测值见表1和表2。

表1.基坑旁转运站基础水平位移计算值与实测值对比表

表2.基坑旁转运站基础竖向位移计算值与实测值对比表

(3)在整个基坑工程施工过程中，基坑旁的焦煤转运站实测基础沉降仅1.86mm，水平位移3.9mm，转运站安全运转，托换加固取得了成功。

7、结束语

深基坑开挖工程对基坑旁建筑物的影响很难避免，对于位移有严格要求的重要建筑物，应采取措施控制位移。采用桩基托换技术，将基坑旁建筑物的荷载传递到深部的基岩，可以有效避免建筑物和基坑的相互影响，减小变形和位移。施工过程中，应实时监测建筑物和基坑的沉降和变形，防止偶然因素和不利因素的影响。

参考文献

［1］刘爱娟，李整建.基坑止水帷幕优化设计探讨［J］.工程勘察，2011.