探讨黄土地区基础托换加固技术及其应用

总结归纳为技术成熟、安全可靠且经济适用的加固方案，对该地区的经济发展有非常重要的意义。该地区相关工程的处理资料表明，采用桩式托换法能处理大部分湿陷性黄土引起基础病害建筑的加固和修复问题。

1 桩式托换技术

桩式托换是西北地区黄土湿陷性地基加固处理修复的一种技术，具体来说是在既有结构物基础下采用不同的施工方式进行沉桩，把基础、构筑物以及构筑物上所有的载荷都转移到所沉的桩和桩之间的土体上。对于地基承载力不足和地基变形不协调的既有建筑物，该技术能够起到有效的加固作用，广泛应用于地基处理工程中。该技术因其受力变形机制和建筑物机构要求而形式不同，一般分为坑式静压桩托换法和石灰桩托换法、锚杆静压桩托换法以及树根桩托换法等施工方法。

1.1 锚杆静压桩托换法

锚杆静压桩是将锚杆的性能与静力桩施工相结合进行基础托换处理的一种工艺，其基本原理是在既有构筑物的基础上利用已经提前埋设好的压桩孔和锚杆孔来安装静压桩架，将原有基础和静压桩架连为一体，针对不同的基础形式采用不同的锚杆静压桩布设位置及间距等。通过现场的装置，借用建筑物自重将预制好的混凝土桩分段逐步压入土体中，桩与桩之间采用焊接或硫黄胶泥进行连接，桩头采用微膨胀砼与基础进行连接。按照相应的规范与规定经过养护后，桩可以承受一定的压力，这样就能达到提高地基承载力和控制地基沉降的目的。在压桩得初期，桩为了克服桩侧和桩端土体的阻力会破坏土体的黏聚力，桩四周一定范围内会出现重塑区，土体的抗剪强度和侧阻力会逐渐降低;随着施工的完成，桩体的整体受力将达到平衡状态，桩侧阻力和端承力的作用将得到随之发挥，这样就能最终达到加固既有构筑物地基与基础的目的。

1.2 树根桩托换

树根桩是灌注桩基础托换的一种类型，直径一般在15～25cm，直径最大可达到30cm，长度可达30m。根据建筑物的结构需求和整体地基基础的荷载要求，树根桩可设计成单根、排状、竖直、倾斜以及网状等。树根桩施工对土体不产生影响，当既有构筑物沉降比较小的时候，桩承担部分荷载，构筑物的基础压力减小;当既有构筑物持续下沉时，桩承担上部荷载，当下沉继续时最终整个构筑物的荷载都被树根桩所承担。树根桩施工具有噪音小、占地少，且使用小型钻机，适用于各类土质条件，目前被广泛使用。

树根桩是先打设树根桩桩群，并将桩群与其周围的土体作为一个复合加筋体考来虑，是将桩群与土围起来的部分当作一个整体，再根据材料力学以及土力学等方法计算其所受的压力、拉力和剪力等内力。树根桩受力图如图2.3所示。

当受水平荷载时，对于树根桩挡土结构，可根据树根桩加固体来计算基准面上的竖向力、水平力和弯矩来计算内力。可根据下式计算基准面相应的面积和弯矩：

—基准面处加固体等值换算截面面积;—基准面处加固体等值换算截面惯性矩;—一根树根桩的等值换算面积;M—桩与周围土的弹性模量比（取200）;N—钢筋与砂浆（或混凝土）的弹性模量比（取15）;—基准面内桩数;b、h—桩的宽度和长度;—桩的截面积;—钢筋的截面积。

加固体上最大压应力：

—基准面处桩所受到的最大压应力。

1.3 坑式静压桩

坑式静压桩是由坑式托换技术发展来的，他是将千斤顶的顶升原理与静压桩的技术相互结合而发展起来的一种托换技术的新方法。具体来说就是在既有建筑物基础下开挖满足一定施工条件的施工坑，通过千斤顶的顶升作用来发挥建筑物自重的反力，将桩段逐段压入基础中。坑式静压桩的设计与锚杆静压桩大体相同，但两者所采用的施工方法却截然。坑式静压桩对处理人工填土、砂性土、粉土黏土、湿陷性黄土等土体效果明显，同样坑式静力桩对于含有较多岩块或者坚硬土层的地基处理会遇到入桩困难等问题，所以应该根据现场的实际情况选用相应的托换方法。

2 工程实例

2.1 工程概况

某住宅小区1#、3#住宅楼均为六层砖混结构，为钢筋砼条形基础，1#住宅楼基础采用灰土垫层处理，2#、3#住宅楼采用灰土挤密桩进行地基处理。建筑物长54m，宽11.4m，总高度18m，每栋楼分三个单元，每单元12个住户。近期房屋基础发生不均匀沉降，导致墙体产生裂缝，地面产生裂缝，对住户的生产生活产生极大影响。

根据工程地质勘察报告，原场地土为Ⅲ级自重湿陷性黄土，地基处理后剩余湿陷量大于20cm，一般对于Ⅲ级自重湿陷性黄土场地，当地基处理后的剩余湿陷量大于20cm时，长高比都不宜大于2.5。而该三栋楼的长高比为54/20.3=2.66，说明湿陷量大是该房屋产生不均匀沉降的主要原因之一。原地勘报告中指出在2#、3#楼采用灰土桩处理后的剩余湿陷量分别为28.97cm和34.68cm，1#楼灰土处理后的剩余湿陷量为24.23cm，因受水浸土质软化，压缩模量降低，从而引起沉降。

2.2 托换方案

根据该场地的工程地质情况以及对三栋住宅楼沉降、墙体裂缝观测及建筑物安全性验算分析，对此三栋楼地基加固选用预压托换桩法，该方法是利用原建筑上部荷载作为反力将预制好的桩段逐节压入地基中，将建筑物荷载传递到深层土层之上，不再受浅层软弱地基土的影響。本文以1#楼2单元为例说明托换加固施工实例。

托换桩设计参数：本单元楼共设计钢筋混凝土桩34根，桩截面为200×200mm，桩长为15m，桩身混凝土为C30，桩头承台混凝土为C20，桩剖面见图3.2，尖桩桩段配筋图见图3.3。

桩设计入土深度15m，终止压力400KN，托换压力不得小于280KN，托换压力可根据现场墙体裂缝情况调整，在桩顶加托换梁作为力的分布使用。桩段间采用焊接，焊接长度、焊缝等符合设计与规范要求。压桩完成后，操作坑下部用2：8灰土回填并夯实，其余部分全部用素混凝土浇灌，混凝土顶面高出基础地面200mm。

2.3 基础托换施工组织

（1）压桩工程。压桩施工时一般采用间隔施工法，准确施作混凝土桩段，施工期间务必注意安全，注意加强支护，防止坑内进水、坑壁坍塌。操作坑深度应满足压桩和焊接操作要求，基础底面下深度净距2.1m。压桩终止压力为400kN。托换压力根据墙体裂缝情况调整，一般不小于280kN，入土深度按400kN执行。压桩过程中，保持桩身垂直，垂直度偏差≤1%。

（2）操作坑回填及现浇砼。压桩完成后，经过质量自检，结果合格后，邀请第三方检查验收后，回填、浇筑混凝土;基础采用二八灰土分层回填、夯实，每层土虚铺厚度最大为10cm，压实系数必须大于0.93;严格按砼配合比进行施工，并按要求制作同条件养护试块;采取插入式振动棒振捣;砼自然养护，待砼凝固后，再用2：8灰土回填至地面砼垫层以下。

（3）墙体裂缝修复及地面修复。当墙体裂缝宽度小于或等于5mm时，水灰比为1：0.7，裂缝宽度大于5mm时，水、水泥、干细砂重量比为1.2：1：1;处理前将裂缝两侧各50～100mm用水冲洗清理干净;最后按照设计对室内、地面等破坏处进行处理修复。

经过托换加固处理后的房屋经过第三方检测以及通过现场居民回访，沉降、变形等指标符合设计要求，说明该基础处理加固效果良好。

3 结束语

本文针对黄土地区建筑物出现倾斜、开裂、基础开裂、地基严重下沉、地基滑动等工程事故，采用基础托换技术不仅能够提高建筑物功能，还能延长建筑物寿命，具有良好的社会和经济效益。文中对构筑物基础处理前所采取的鉴定程序、各种桩的托换技术优点和施工方法、组织等进行了比较与论述。最后举例说明桩式托换方法可处理黄土地区事故建筑的加固和修复，是黄土地区基础托换加固经济适用的一种技术。