建筑工程病害地基的原因分析及加固技術(shù)的應(yīng)用

林 海

（中科院廣州化灌工程有限公司，廣東 廣州 510650）

建筑工程與國家戰(zhàn)略、建設(shè)規(guī)劃、社會經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)，“一帶一路”倡議與建設(shè)、“粵港澳大灣區(qū)”規(guī)劃與建設(shè)、深中通道建設(shè)項目等正推動建筑工程領(lǐng)域進入了新的高速發(fā)展期，使我國建筑市場持續(xù)繁榮，而這些項目均離不開軟土地基及軟基處理。各種軟基處理施工技術(shù)以及設(shè)備越來越先進，使工程造價大幅度下降，既提高了經(jīng)濟效益，又縮短了工期。但也可能導(dǎo)致一些新的質(zhì)量問題出現(xiàn)，影響建筑工程的整體質(zhì)量，并埋下了嚴(yán)重的安全隱患。

軟土地基經(jīng)常出現(xiàn)一些質(zhì)量問題（即病害地基），對后期的工程建設(shè)是極為不利的，可能會導(dǎo)致基礎(chǔ)連同上部結(jié)構(gòu)發(fā)生不均沉降，進而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫，甚至倒斜，嚴(yán)重影響建筑物的正常使用。基于此，必須對病害地基采取有效措施進行加固處理。文章結(jié)合軟土地基受力特點以及發(fā)生病害的原因進行分析，采取科學(xué)的加固技術(shù)手段，避免加固過程中出現(xiàn)附加沉降以及次生結(jié)構(gòu)裂變等情況。

1 建筑工程地基問題的概述

經(jīng)過長時間的發(fā)展，如今建筑工程領(lǐng)域已經(jīng)取得了重大突破，建筑物質(zhì)量得到了有效確保。在地基處理方面，由于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，需要采用不同的地基處理方法。但是不同的地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致地基土具有不同的物理力學(xué)特征，如果缺乏對這方面的深入考慮，就會導(dǎo)致地基處理方法存在一些不科學(xué)性，最終在施工建設(shè)過程中就有可能出現(xiàn)安全問題，并且給后期建筑物投入使用帶來了嚴(yán)重的安全威脅。

除此之外，優(yōu)化成本已經(jīng)成為現(xiàn)代施工建設(shè)單位的一項工作重點。但是一些管理不科學(xué)的施工單位低價中標(biāo)后施工中往往存在偷工減料的情況，地基處理過程比較復(fù)雜，涉及的工序繁多，各種材料的使用量也比較多，如果在對地基進行處理的過程中，一些施工工藝技術(shù)參數(shù)控制不科學(xué)，或者是材料質(zhì)量或數(shù)量不達(dá)標(biāo)，就會嚴(yán)重影響地基的承載力，使工程達(dá)不到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。此類建筑在經(jīng)過一段時間的使用之后，在面臨復(fù)雜的環(huán)境（如連日暴雨、水浸、凍融等）時，就很有可能會出現(xiàn)不均勻沉降或者是傾斜的情況，甚至造成巨大的人員財產(chǎn)損失。

目前導(dǎo)致地基存在問題的原因有許多種，其中比較突出的原因包括材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、隨意改變地基設(shè)計方案、填土或墊層存在碾壓密實問題等。現(xiàn)階段國家相關(guān)規(guī)定中，對建筑物的各方面都具有比較嚴(yán)格的規(guī)定，在傾斜值方面已經(jīng)制定了比較明確的標(biāo)準(zhǔn)，一旦傾斜值過大，也就意味著該建筑物不再安全，必須進行加固處理，甚至要采取糾偏措施，使傾斜值維持在正常的范圍。加固過程必須嚴(yán)格按照特定的規(guī)范進行，嚴(yán)格控制技術(shù)參數(shù)。一旦發(fā)現(xiàn)存在結(jié)構(gòu)性裂縫等情況，就需要立即調(diào)整加固方案?，F(xiàn)階段，一些信息化技術(shù)的應(yīng)用，使地基加固的效果更好，能夠直接反饋出建筑物最真實的參數(shù)變化特征，有利于加強管控，避免再次出現(xiàn)附加沉降和傾斜，延長建筑物的使用壽命。

2 案例分析

2.1 案例背景介紹

以某一小區(qū)住宅樓工程為例研究建筑工程地基方面的問題。該住宅樓共有8層，其中地上7層，地下1層，整棟樓高約23m，設(shè)定混凝土強度為C30。建設(shè)施工單位在對地基進行處理時，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩項l件，最終確定為使用水泥土攪拌樁復(fù)合地基，布樁形式為正三角形，考慮到成本支出以及施工難度，最終確定為使用煤矸石作為墊層材料。從相關(guān)設(shè)計手冊中可知，要求該地基的承載力特征值為160kPa。地基土主要是由粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂組成，地下水具有潛水性質(zhì)，根據(jù)相關(guān)化學(xué)測試實驗表明，地下水對混凝土具有中等腐蝕性。

2.2 加固工作前的沉降觀測結(jié)果

該小區(qū)在完成了建設(shè)之后，在用戶尚未入住之前，就發(fā)現(xiàn)存在一定的傾斜情況。在3個月后，可以很清晰地看出房屋整體結(jié)構(gòu)由西向東傾斜。為此，在地基加固之前設(shè)置了8個沉降觀測點，以便得到更加真實的沉降觀測數(shù)據(jù)。沉降觀測點的布置示意圖如圖1所示。這8個沉降觀測點很好地覆蓋了建筑物，能夠反饋出建筑物最真實的沉降情況，從而獲得更加可靠的數(shù)據(jù)，以便進行數(shù)據(jù)推算，確定建筑物沉降問題的嚴(yán)重性。

建筑物的首期沉降觀測點觀測結(jié)果如表1所示，二期沉降觀測點觀測結(jié)果如表2所示。

圖1 沉降觀測點布置示意圖

表1 首期沉降觀測點觀測結(jié)果

表2 二期沉降觀測點觀測結(jié)果

最終，由具有豐富資歷的工程師確定，如果全部滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，該建筑物的正常沉降則應(yīng)當(dāng)是在35～60mm。但是通過對這8個沉降觀測點的數(shù)據(jù)進行收集和處理，最終確定沉降和沉降差數(shù)值不正常，存在嚴(yán)重的不均勻沉降和傾斜問題。根據(jù)相關(guān)國家規(guī)定表明，這種情況下該建筑物已經(jīng)不能再投入使用。根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果還可以推斷，沉降將繼續(xù)加劇，沉降速率遠(yuǎn)超國家規(guī)定，也就意味著如果不進行加固處理，經(jīng)過較長一段時間之后，該建筑物有可能出現(xiàn)坍塌的情況。

3 原因分析

3.1 房屋荷載的偏心問題

目前已發(fā)現(xiàn)該小區(qū)建筑工程存在地基方面的問題，需要結(jié)合測試得到的數(shù)據(jù)以及收集整理到的各種信息進行深入研究。該房屋建筑在建設(shè)之前，已經(jīng)對當(dāng)?shù)氐牡乩項l件進行了勘測，并由專業(yè)的設(shè)計單位做好了地基處理方案，且初步驗證了其可行性。但是在后期實際地基處理以及褥墊層施工之后，經(jīng)過實際測量得知，該建筑物的實際情況與預(yù)期建設(shè)方案存在一定的空間平移，向西面平移了600mm，這就意味著與預(yù)期的設(shè)計方案相比，該建筑物的荷載重心和地基處理形心已經(jīng)不再一致。其實最主要的原因還是在建設(shè)的過程中，施工建設(shè)單位在未獲得批準(zhǔn)的情況下任意改變了整個結(jié)構(gòu)設(shè)計，在建筑物的西面增加了懸挑結(jié)構(gòu)，加劇了建筑物的傾斜。

3.2 復(fù)合地基的設(shè)計問題

該建筑設(shè)計方案中，經(jīng)過多次實地調(diào)研，最終確定了使用軟弱土—中軟土作為地基土。這種地基土的塑性指數(shù)比較低，并且在實際的施工現(xiàn)場攪拌過程中，水泥和土之間不能完全融合，并且由于攪拌過程不能確保達(dá)到十分均勻的狀態(tài)。導(dǎo)致最終所使用的地基土存在融合性和均勻性方面的問題。通過整理得到的數(shù)據(jù)資料，最終計算得到加固前復(fù)合地基承載力特征值為120kPa，但是整個工程在建設(shè)之前就已經(jīng)確定了該值必須達(dá)到160kPa，在和設(shè)計部門進行溝通之后確定主要的原因還是沒有提前對樁身強度進行驗算。在一些科學(xué)研究成果中指明：褥墊層的厚度對樁土應(yīng)力比有的重要影響。褥墊層的厚度不宜設(shè)置過大，否則就會帶來不良影響。通過對建設(shè)方案進行查閱并進行實地勘探，發(fā)現(xiàn)褥墊層的厚度為500mm，加大了沉降變形。因此最終確定，無論是設(shè)計方案還是后期的施工建設(shè)過程中都存在一些問題，最終導(dǎo)致該小區(qū)建筑物出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的傾斜情況。

3.3 施工過程存在的問題

在地基處理之前，要做好對當(dāng)?shù)氐叵滤坏奶幚恚扇∠鄳?yīng)的降水措施。通過對實際情況的調(diào)查得知，該建筑工程并未在降水方面投入必要的精力和周期，未嚴(yán)格開展相關(guān)工作，僅僅只是布設(shè)了一些集水坑，與行業(yè)內(nèi)的相關(guān)規(guī)范存在較大的差異，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的降水效果。在對地區(qū)土進行碾壓時，墊層含水率不符合要求，出現(xiàn)了翻漿的情況。這種現(xiàn)象必然會限制碾壓的密實度，使施工效果達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。該工程在實際施工過程中使用的卻是煤矸石墊層，這種材料的強度比較低，一旦受到具有腐蝕性的水體侵蝕時，會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的軟化問題。這種情況也是導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)沉降的重要原因。

4 加固技術(shù)的使用

4.1 確定加固方案

在已經(jīng)確定了導(dǎo)致出現(xiàn)該小區(qū)建筑物不均勻沉降和傾斜的真實原因之后，就需要制定出具有可行性的加固方案。目前針對地基加固方面已經(jīng)有了十分豐富的經(jīng)驗，可以根據(jù)實際的情況進行科學(xué)選用，并嚴(yán)格控制可能存在的適應(yīng)性問題和不確定性問題，避免出現(xiàn)次生結(jié)構(gòu)裂變等不利情況。經(jīng)研究，需要對該小區(qū)建筑物東西兩側(cè)采用樹根樁加擴展式托換基礎(chǔ)，實施東西兩側(cè)分期施工的加固糾偏方法。前一步操作主要目的是擴大基礎(chǔ)底面積，然后通過基礎(chǔ)拓展寬度的方式來調(diào)整荷載重心，最終使得荷載重心保持在預(yù)定的空間位置。采用樹根樁目的是為了提高地基承載力，應(yīng)對建筑物繼續(xù)沉降變形的問題，避免問題進一步加重，帶來更加難以把控的后果。通過相關(guān)計算表明，使用東西兩側(cè)先后加固順序來調(diào)整沉降差是正確的方式，具體操作時首先等到東側(cè)下降到一定情況之后，然后再對東側(cè)進行加固，這種方式是比較合理的。

4.2 復(fù)核建筑物對地基土的壓力

通過對已經(jīng)存在的建筑工程問題進行深入研究，并且依據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，最終確定基礎(chǔ)底面的平均壓力為118kPa，最大壓力為120kPa，最小壓力為116kPa。這種方案能夠很好地降低建筑物的基底應(yīng)力，解決了現(xiàn)階段建筑物承載的荷載偏心問題。

4.3 技術(shù)要點

在加固方案執(zhí)行的過程中需要嚴(yán)格根據(jù)一些技術(shù)要點來進行加固施工。在對樹根樁進行施工時，要采用泥漿護壁回旋鉆進工藝。將注漿管和鋼筋籠穩(wěn)固地固定在一起，但是不是完全固定死，而是需要能夠保證上下活動，然后再填筑碎石骨料，并且要持續(xù)使用清水洗孔，等到骨料填完之后，還需要持續(xù)注入清水。最終可以判斷停止注入清水的條件為返出的水體不再渾濁，也是清水狀態(tài)即可停止。緊接著向孔內(nèi)注入水灰比為0.6∶1的水泥漿，直至孔口完全返出濃水泥漿為止。注漿完成之后，要立刻拔出注漿管。建筑物西側(cè)率先使用自然迫降法進行處理，等到東西兩側(cè)的沉降差在一定的范圍之后，然后接下來再對東部進行處理。完成了加固施工之后，建筑物東西兩側(cè)的沉降差明顯降低，經(jīng)過數(shù)據(jù)推算，大約在6個月之后，沉降情況將趨于穩(wěn)定。測量得到的傾斜率也已經(jīng)滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了預(yù)期加固治理的目的。

5 結(jié)束語

文章對某一建筑工程出現(xiàn)地基問題的情況進行深入分析，挖掘其深層次的原因。通過相關(guān)數(shù)據(jù)表明，該工程在設(shè)計方案方面存在一定的不科學(xué)性，并且在實際的施工建設(shè)過程中，與預(yù)期的建設(shè)方案存在一定的偏差。這樣就導(dǎo)致該建筑物出現(xiàn)了一定的傾斜情況，并且沉降速率比較快。結(jié)合實地勘察得到的真實數(shù)據(jù)，推測出了該建筑工程存在的真實問題，然后最終確定了相應(yīng)的地基加固方案，經(jīng)過實踐表明，該加固方案具有可行性。