建築物因基礎持力層差異較大，導致結構構件出現不同程度開裂，通過坑式托換技術對建築物進行地基加固處理，並對樁側、樁頂採取高壓注漿加固樁側土，施工期間的沉降觀測結果表明，坑式托換技術是一種既有建築物地基基礎加固行之有效的加固方式，其受力明確、加固效果顯著，加固施工引起的附加沉降變形不明顯。
基本介紹
- 中文名：坑式托換
- 外文名：Type in the pit
- 學科：土木工程
- 領域：建築
- 特點：受力明確、加固效果顯著
- 目的：地基加固處理
簡介,工程概況,地質條件,加固方案,施工期間沉降觀測,總結,
簡介
隨著我國工程項目建設發展，建築物各種複雜地基情況不斷出現，其中不乏因地基處理不當，地基沉降差大，導致建築物出現結構構件開裂等破壞現象，建築物本身的空間限制了機械設備的施工，坑式托換技術是解決此類問題的有效途徑之一。
托換技術是在20世紀30年代興起的，我國的相關地基處理技術規範也列入了托換技術。其中托換技術的具體方法包括基礎加寬和加深托換、樁式托換、基礎減壓和加壓相應托換、樹根樁托換、灌漿托換、糾偏托換等方法。
工程概況
工程為2層臨街商業樓，框架結構，獨立基礎，其中A軸地基標高為－2．5m，1～5軸獨立基礎尺寸為2．4m×2．4m，6軸獨立基礎尺寸為2．8m×3．4m，基礎持力層為回填地下車庫基坑時的填土，填土厚度約為4．6m，設計要求填土為2∶8夯實灰土，壓實係數不小於0．95；B 軸、C 軸基底標高－7．1m，基礎持力層④層黃土狀粉質粘土，該處地下部分為地下車庫。
因對填土處理不到位，土質鬆散，均勻性差，含水量較高，壓縮性高，導致該建築物梁、板及柱出現裂縫，部分填充牆存在開裂，須對地基進行加固處理。
地質條件
根據勘探結果，結合區域水文地質資料，本區地下水位埋深在48．0m以下，對基樁施工無影響。
加固方案
1 加固方案選擇
之前建設單位已經對該建築物進行了高壓注漿加固，但加固效果不理想；另外，該建築物主要用於交通銀行網點辦公，部分為餐飲店，加固施工不得在室內操作，不得影響其正常營業。考慮到各種因素，擬採用坑式托換技術進行加固處理，並對樁側填土進行高壓注漿處理。
2 樁頂荷載取值
根據結構設計單位提供參數，1～6軸與A軸交叉處的獨立基礎基底荷載情況。
3 坑式托換設計計算
（1） 初步設計參數
基樁設計樁頂標高為－2．5 m，樁徑為1 100mm（含鋼筋混凝土護壁厚度），樁長12．6m，樁中心線與框架柱中心線一致，樁端持力層為⑦層粉質粘土，樁身混凝土強度等級為C30，為防止混凝土乾縮導致樁頂與獨立基礎間出現縫隙，要求使用微膨脹性自流平混凝土。
（2） 承載力計算
根據《建築樁基技術規範》公式5．3．6及鑽孔地層分布計算單樁極限承載力，計算時考慮填土的不利影響。經計算，單樁豎向極限承載力標準值增刊李仕良等：坑式托換技術在既有建築地基加固中的套用為1 844．4kN，豎向承載力特徵值為922．2kN，承載力可滿足設計及要求（其中6軸與A軸交叉處的獨立基礎布設2根基樁）。
（3） 變形計算
變形計算主要考慮2個方面：一方面考慮地基加固施工對基礎持力層面積消弱所引起的附加沉降，另一方面地基基礎形式調整後建築物的最終沉降變形。
原設計建築物為獨立基礎，基底標高為－2．5m，基礎持力層為填土，壓縮層深度不超過－10．0m，經地基加固後建築物基礎形式調整為樁基礎，基樁樁端標高為－13．1m，超出了原壓縮層深度，勢必產生二次沉降變形。根據基底壓力準永久組合值、《建築樁基技術規範》、《建築地基基礎設計規範》相關條款及岩土工程勘察報告，計算地基加固完成後各個獨立基礎沉降變形。
（4）樁側及樁頂高壓注漿
基樁上部樁周土為填土，結構鬆散，承載力低，遇水塌陷，為避免其對基樁穩定性產生不利影響及減小其對基樁的下拉荷載，在基樁混凝土灌注完成2天后對樁側採取高壓注漿處理，每一標高為4孔，呈發散性布置，填土範圍內共布置3層，標高分別為－3．5m、－5．0m、－6．5m。另外因施工工藝局限性，基樁樁頂與獨立基礎間存在微小縫隙的隱患，在樁側高壓注漿的同時，對樁頂採取高壓注漿措施。
施工期間沉降觀測
本工程坑式托換施工期間去除基礎持力層面積率大，建築物無連梁、圈樑等縱向連線構件，整體性差，即使採取間隔施工也可能引起獨立基礎出現較大的附加沉降，甚至出現整體破壞。為確保建築物及施工安全、對加固效果做出評估，在地基加固施工及建築物使用過程中須對建築物進行沉降觀測，1軸～6軸框架柱上均設定了沉降觀測點，監測頻率為1次/天。
加固施工原計畫分3次完成，因現場條件限制，目前1軸、2軸上2根樁還未施工。實際的施工進度為：3軸、5軸2根樁為第1批，施工時間為第1～9天；4軸、6軸（其中1根）2根樁為第2批，施工時間為第10～15天；6軸（另外1根）1根樁為第3批，施工時間為第16～24天。第25～37天為施工間歇階段，對應上述施工進度將沉降觀測數據分為4個周期進行分析整理。
1）在3軸與5軸坑式托換施工期間，其對應沉降觀測點相對於其他觀測點未出現明顯的沉降變形過大；同樣在4軸與6軸（其中1根）坑式托換施工期間，其對應沉降觀測點相對於其他觀測點未出現明顯的沉降變形過大。也就是說坑式托換施工所引起的附加沉降不明顯。
2）在坑式托換施工完成後，隨著樁身混凝土土凝固沉降變形速率快速減小，幾近穩定。
3）3軸～6軸坑式托換施工完成後，1軸、2軸部分沉降還在繼續增大但速率明顯減小。
總結
坑式托換技術是一種既有建築物地基基礎加固行之有效的加固方式，其受力明確、加固效果顯著，可快速解決建築物不均勻沉降及承載力不足等問題。
坑式托換施工減小了建築物基礎持力層面積，地基應力會有所增加，但施工周期短，地基附加應力時效短，引起的附加沉降不明顯。
