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摘要：本文结合京石路收费二所实际建筑条件在经过综合考虑地基条件、建筑物沉降原因等各方面因素后，采用夯扩桩的地基处理方法，经地基检验和沉降观测，达到了预期的地基处理效果。重点介绍了夯扩桩地基处理方法设计方案、施工工艺和夯扩干硬混凝土进行基础托换实例特点以及所取得的成果。
关键词：地基加固；夯扩桩；应用
1工程概况
1.1建筑条件
京石高速公路收费二所宿舍、办公楼位于房山区京石高速公路阎村立交桥东南侧约800米。建筑物西侧2层，东侧3层，砖混结构，条形基础，30cm素混凝土基础砖放脚，地基承载力采用100kPa，无地下室，±0.00=50.075m，基底标高47.58 m。
1.2地基条件
根据京石高速公路收费二所宿舍、办公楼岩土工程勘察报告，其土层自上而下简述为：
a.粘质粉土填土①层及房渣土①1层，总厚度1.90～3.50米。b.粉质粘土、粘质粉土②层，褐黄(暗)、中密、饱和、软塑、夹粘质粉土②1层。c.粘质粉土、粉质粘土③层。
拟建场地自地面以下6.5米深度范围内，未见地下水，但在建筑物2层部分的西墙外，土层湿度较大，处于形成自由水的临界状态。
1.3建筑事故
该办公楼1994年10月建成并投入使用，于1999年使用中发现该楼2层及2层与3层交接处出现墙体开裂现象。为进一步查明该楼地基土的物理力学性质，分析裂缝的原因，北京市公路局京石分局(甲方)委托北京京岩工程有限公司于1999年6月上旬对该楼建筑场地进行了岩土工程勘察工作，初步查明了建筑物开裂原因。受业主委托，北京市地质工程设计研究院地质基础工程公司依据最新的勘察成果及现场实际情况，对几种地基加固方案进行了技术经济方面的分析论证，最终确定了采用夯扩干硬混凝土桩地基加固方案，并组织了施工过程，最后通过压桩试验，承载力满足设计要求。该加固过程完成后至今，一直持续发展的沉降已经停止，并正常使用，效果良好。本文即是对该建筑物进行地基加固的经验总结。
2建筑物沉降原因分析
2.1建筑物裂缝情况
裂缝均出现在该楼西侧2层部分，主要裂缝出现在2层部分与3层部分相接处，即⑤轴线处，裂缝最宽处位于二层，达15mm，裂缝自首层地面延伸至二层屋顶，其它裂缝分布于外墙及内墙：A轴及H轴的窗户上下墙体有45°角的裂缝，倾向东，大小不等；C轴墙体西端自地面出现45度裂缝；A轴、B轴与②轴、③轴之间的房间墙体至屋顶出现水平裂缝，屋内地面也出现呈45角的裂缝。
2.2建筑物沉降原因分析
根据已初步查明的地基土的成因年代，岩性及工程特性，以及场地环境，经初步分析导致裂缝出现的地基与环境因素为地基土的不均匀性及管道漏水使填土湿陷而形成的不均匀沉降。
2.2.1地基土的不均匀性
该楼基底标高47.58米(建筑标高-2.50 m)，根据勘察报告所揭示的地层，建筑物基础跨越两个不同的工程地质单元。Ⅰ区(即该楼3层部分)基底以下持力层土质为新近沉积的粘质粉土②1层，该土层具中高～中压缩性。综合考虑地基承载力标准值fka=120 kPa。Ⅱ区(即该楼2层部分)基底以下持力层土质为人工堆积的粘质粉土填土①层，厚度0.85～1.51米(西部厚、东部薄)，其中3#、5#钻孔附近为0.85～0.92米，1#、2#钻孔附近为1.37～1.50米，该层土质密实度差，且不均匀，具有中高～高压缩性，地基承载力标准值fka=60 kPa,在浸水情况下地基土有湿陷性。Ⅰ区与Ⅱ区持力层成因不同，在地基的强度及变形特征上存在着显著差异，Ⅱ区的地基变形明显要大于Ⅰ区，且Ⅱ区填土厚度、湿度变化较大。（具体可参考表1）
通过对上表的分析，Ⅰ区与Ⅱ区持力层土质成因明显不同，在地基的强度及变形特征上存在着显著差异，Ⅱ区的地基变形明显要大于Ⅰ区且Ⅱ区填土厚度、湿度变化较大，地基均匀性差。
2.2.2环境影响因素
由于沿建筑外墙内侧设有暖气沟，且①轴基础内侧的暖气沟内有积水，从土层的湿度看，1#、2#及5#孔持力层土层的湿度明显大于其他孔同一层位土层，说明暖气沟内积水已不可避免地渗入并积聚到地基土中并导致Ⅱ区(即2层部分)的持力层粘质粉土填土①层湿陷。
2.2.3出现裂缝的原因
建筑物基础跨两个不同工程地质单元，两个不同地质单元内的持力层无论从地基强度、变形特征上，还是在地基土对环境因素的敏感程度上都存在着明显差异，而暖气沟漏水使Ⅱ区(即2层部分)持力层粘质粉土填土①层湿陷，加剧了两个区的地基差异变形，最终超过建筑物所能承受的地基差异变形而导致墙体出裂缝。
3设计方案的选择
基础加固的目的是提高地基土强度，使Ⅱ区地基土承载力达到120 kPa以上，同时控制住建筑物的地基差异变形以达到建筑物正常使用。最初我們考虑的是用碱液法加固，但分析基础下有较厚的填土，结构松散，且不均匀，有大孔隙存在，易造成碱液漏失，不能保持碱液呈柱状向四周扩散，碱液与土作用形成的络合物仅能起到局部胶结作用，地基土强度难以得到明显改善。考虑到以上原因，而且考虑到碱液托换造价较高，预计材料费10万元左右，因此决定采用桩式托换。在桩式托换设计中，考虑地基土层合水量、饱和度高，决定采用夯扩干硬混凝土桩的方法。
本次基础托换选用夯扩干硬混凝土桩是基于以下机理：⑴回填夯实由水泥、水、砂和石子按一定比例的拌合物成桩；⑵回填时分层夯实，土体垂向上的软硬变化造成桩体与土凹凸交错，使软弱土层充分挤密增大摩擦,挤密土体,同时干硬混凝土吸水可使土层含水量降低，桩体硬化，强度提高。该方法造价很低，整个建筑范围的200多根桩，材料费造价不足3万元，且施工方便，质量容易控制。
4有关设计计算
4.1基本参数
基本参数为：±0.00（50.075m），基础垫层底标高-2.50m(47.58m)，桩顶标高-2.00m（48.08m）,桩端土为粘质粉土、粉质粘土③层，桩端标高-6.50m（43.58m），极限桩端阻力qp=300 kPa，桩周土极限摩阻力：粘质粉土填土①层，qs1=20 kPa，厚度1.5m；粉质粘土、粘质粉土②层，qs2=40 kPa，厚度2.5m；粘质粉土、粉质粘土③层，qs3=40 kPa。天然地基(桩间土)承载力标准值fka=60 kPa，要求处理后复合地基承载力特征值fspk≥120 kPa。采用桩径160mm,成孔直径100mm。
4.2单桩承载力标准值
Ra=(Up∑liqsi+Ap·qp)/k
=40.79 KNK=1.75
单桩承载力标准值取Ra=40 KN
4.3面积置换率
4.7夯扩桩材料
水泥采用普硅425#，砂土采用中粗砂，石子采用3～5mm石屑。
5地基处理施工工艺
（１）成孔：孔径100mm,孔身垂直度误差≦1%;孔径误差≦±2%；孔深误差≦10cm 。开始时采用夯击成孔，但由于地基温度大，土软，施工困难，改用洛阳铲成孔。
（２）拌料：混合料按水泥：砂子：石子＝1：2.5：2.5拌合均匀，颜色一致。
（３）成桩：成孔后采用重锤夯实，锤重不小于100kg，落距不小于100cm，首先夯实孔底，如孔底有少量水，则先填入大块石、卵石夯实至水位以上，然后填入混合料，每回填300mm夯实至100mm形成直径160mm的桩体。当夯至基础底面垫层底板以下约30cm时加倍夯实，使基底地基土挤密并托住基础。此后正常夯实至桩顶标高。见“夯扩桩桩体示意图”图1。
6试桩结果
为了检验夯扩干硬混凝土桩对饱和软弱填土的加固效果，检验设计的合理性，对载荷试验原始数据进行整理，绘制出P-S曲线的特征，综合分析得出成果见表3。
7基础加固效果
为对地基处理效果进行检验，我公司沿外墙和建筑角点裂缝两侧共布置6个沉降观测点，并在地基处理过程中坚持一天一次，竣工后一周一次连续观测，成桩后，沉降速率明显减缓，经25－30天后,沉降完全停止,部分地段还略有回升现象，反映了地基处理取得了预期的效果。
经处理后建筑物的沉降逐渐停止,反映了处理后地基土的强度提高是有一个过程。即桩体强度通过吸水胶结硬化逐渐提高;桩周土的扰动恢复需要一段时间;同时桩体材料吸水，降低了土层的含水量，提高地基土的强度。正是上述原因，使成桩后建筑物沉降逐渐停止，建筑物裂缝不再发展、扩大。
8结语
1、本工程中，我们结合实际建筑条件在经过综合考虑各方面因素后，采用夯扩桩的地基处理方法，经地基检验和沉降观测，达到了预期的地基处理效果，此后在历经4年多的时间里，建筑物使用状况良好。
2、经本次建筑物采用夯扩干硬混凝土进行基础托换的实例看出，这种方法对含水量较大，饱和度较高的软弱土层有非常好的加固效果，体现了它的独特优点。该托换方法造价低，施工设备简单，有很好的应用价值。
3、由于该方法具有工期短、经济、实用等特点，在已有建筑加固和加层、加载的地基加固中也同样具有很高的应用价值，值得推广。
4、采用该方法进行地基加固处理时，可结合地基土质、基础形式等具体情况采用其他桩体材料及施工工艺等。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002
[2] 中华人民共和国行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94-94
[3] 中兵勘察设计研究院出具的《京石路收费二所宿舍办公楼夯扩桩复合地基载荷试验报告》
[4] 北京京岩工程有限公司出具的《京石路收费二所宿舍办公楼岩土工程勘察报告》（工程编号：99-3045）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：地基加固；夯扩桩；应用
1工程概况
1.1建筑条件
京石高速公路收费二所宿舍、办公楼位于房山区京石高速公路阎村立交桥东南侧约800米。建筑物西侧2层，东侧3层，砖混结构，条形基础，30cm素混凝土基础砖放脚，地基承载力采用100kPa，无地下室，±0.00=50.075m，基底标高47.58 m。
1.2地基条件
根据京石高速公路收费二所宿舍、办公楼岩土工程勘察报告，其土层自上而下简述为：
a.粘质粉土填土①层及房渣土①1层，总厚度1.90～3.50米。b.粉质粘土、粘质粉土②层，褐黄(暗)、中密、饱和、软塑、夹粘质粉土②1层。c.粘质粉土、粉质粘土③层。
拟建场地自地面以下6.5米深度范围内，未见地下水，但在建筑物2层部分的西墙外，土层湿度较大，处于形成自由水的临界状态。
1.3建筑事故
该办公楼1994年10月建成并投入使用，于1999年使用中发现该楼2层及2层与3层交接处出现墙体开裂现象。为进一步查明该楼地基土的物理力学性质，分析裂缝的原因，北京市公路局京石分局(甲方)委托北京京岩工程有限公司于1999年6月上旬对该楼建筑场地进行了岩土工程勘察工作，初步查明了建筑物开裂原因。受业主委托，北京市地质工程设计研究院地质基础工程公司依据最新的勘察成果及现场实际情况，对几种地基加固方案进行了技术经济方面的分析论证，最终确定了采用夯扩干硬混凝土桩地基加固方案，并组织了施工过程，最后通过压桩试验，承载力满足设计要求。该加固过程完成后至今，一直持续发展的沉降已经停止，并正常使用，效果良好。本文即是对该建筑物进行地基加固的经验总结。
2建筑物沉降原因分析
2.1建筑物裂缝情况
裂缝均出现在该楼西侧2层部分，主要裂缝出现在2层部分与3层部分相接处，即⑤轴线处，裂缝最宽处位于二层，达15mm，裂缝自首层地面延伸至二层屋顶，其它裂缝分布于外墙及内墙：A轴及H轴的窗户上下墙体有45°角的裂缝，倾向东，大小不等；C轴墙体西端自地面出现45度裂缝；A轴、B轴与②轴、③轴之间的房间墙体至屋顶出现水平裂缝，屋内地面也出现呈45角的裂缝。
2.2建筑物沉降原因分析
根据已初步查明的地基土的成因年代，岩性及工程特性，以及场地环境，经初步分析导致裂缝出现的地基与环境因素为地基土的不均匀性及管道漏水使填土湿陷而形成的不均匀沉降。
2.2.1地基土的不均匀性
该楼基底标高47.58米(建筑标高-2.50 m)，根据勘察报告所揭示的地层，建筑物基础跨越两个不同的工程地质单元。Ⅰ区(即该楼3层部分)基底以下持力层土质为新近沉积的粘质粉土②1层，该土层具中高～中压缩性。综合考虑地基承载力标准值fka=120 kPa。Ⅱ区(即该楼2层部分)基底以下持力层土质为人工堆积的粘质粉土填土①层，厚度0.85～1.51米(西部厚、东部薄)，其中3#、5#钻孔附近为0.85～0.92米，1#、2#钻孔附近为1.37～1.50米，该层土质密实度差，且不均匀，具有中高～高压缩性，地基承载力标准值fka=60 kPa,在浸水情况下地基土有湿陷性。Ⅰ区与Ⅱ区持力层成因不同，在地基的强度及变形特征上存在着显著差异，Ⅱ区的地基变形明显要大于Ⅰ区，且Ⅱ区填土厚度、湿度变化较大。（具体可参考表1）
通过对上表的分析，Ⅰ区与Ⅱ区持力层土质成因明显不同，在地基的强度及变形特征上存在着显著差异，Ⅱ区的地基变形明显要大于Ⅰ区且Ⅱ区填土厚度、湿度变化较大，地基均匀性差。
2.2.2环境影响因素
由于沿建筑外墙内侧设有暖气沟，且①轴基础内侧的暖气沟内有积水，从土层的湿度看，1#、2#及5#孔持力层土层的湿度明显大于其他孔同一层位土层，说明暖气沟内积水已不可避免地渗入并积聚到地基土中并导致Ⅱ区(即2层部分)的持力层粘质粉土填土①层湿陷。
2.2.3出现裂缝的原因
建筑物基础跨两个不同工程地质单元，两个不同地质单元内的持力层无论从地基强度、变形特征上，还是在地基土对环境因素的敏感程度上都存在着明显差异，而暖气沟漏水使Ⅱ区(即2层部分)持力层粘质粉土填土①层湿陷，加剧了两个区的地基差异变形，最终超过建筑物所能承受的地基差异变形而导致墙体出裂缝。
3设计方案的选择
基础加固的目的是提高地基土强度，使Ⅱ区地基土承载力达到120 kPa以上，同时控制住建筑物的地基差异变形以达到建筑物正常使用。最初我們考虑的是用碱液法加固，但分析基础下有较厚的填土，结构松散，且不均匀，有大孔隙存在，易造成碱液漏失，不能保持碱液呈柱状向四周扩散，碱液与土作用形成的络合物仅能起到局部胶结作用，地基土强度难以得到明显改善。考虑到以上原因，而且考虑到碱液托换造价较高，预计材料费10万元左右，因此决定采用桩式托换。在桩式托换设计中，考虑地基土层合水量、饱和度高，决定采用夯扩干硬混凝土桩的方法。
本次基础托换选用夯扩干硬混凝土桩是基于以下机理：⑴回填夯实由水泥、水、砂和石子按一定比例的拌合物成桩；⑵回填时分层夯实，土体垂向上的软硬变化造成桩体与土凹凸交错，使软弱土层充分挤密增大摩擦,挤密土体,同时干硬混凝土吸水可使土层含水量降低，桩体硬化，强度提高。该方法造价很低，整个建筑范围的200多根桩，材料费造价不足3万元，且施工方便，质量容易控制。
4有关设计计算
4.1基本参数
基本参数为：±0.00（50.075m），基础垫层底标高-2.50m(47.58m)，桩顶标高-2.00m（48.08m）,桩端土为粘质粉土、粉质粘土③层，桩端标高-6.50m（43.58m），极限桩端阻力qp=300 kPa，桩周土极限摩阻力：粘质粉土填土①层，qs1=20 kPa，厚度1.5m；粉质粘土、粘质粉土②层，qs2=40 kPa，厚度2.5m；粘质粉土、粉质粘土③层，qs3=40 kPa。天然地基(桩间土)承载力标准值fka=60 kPa，要求处理后复合地基承载力特征值fspk≥120 kPa。采用桩径160mm,成孔直径100mm。
4.2单桩承载力标准值
Ra=(Up∑liqsi+Ap·qp)/k
=40.79 KNK=1.75
单桩承载力标准值取Ra=40 KN
4.3面积置换率
4.7夯扩桩材料
水泥采用普硅425#，砂土采用中粗砂，石子采用3～5mm石屑。
5地基处理施工工艺
（１）成孔：孔径100mm,孔身垂直度误差≦1%;孔径误差≦±2%；孔深误差≦10cm 。开始时采用夯击成孔，但由于地基温度大，土软，施工困难，改用洛阳铲成孔。
（２）拌料：混合料按水泥：砂子：石子＝1：2.5：2.5拌合均匀，颜色一致。
（３）成桩：成孔后采用重锤夯实，锤重不小于100kg，落距不小于100cm，首先夯实孔底，如孔底有少量水，则先填入大块石、卵石夯实至水位以上，然后填入混合料，每回填300mm夯实至100mm形成直径160mm的桩体。当夯至基础底面垫层底板以下约30cm时加倍夯实，使基底地基土挤密并托住基础。此后正常夯实至桩顶标高。见“夯扩桩桩体示意图”图1。
6试桩结果
为了检验夯扩干硬混凝土桩对饱和软弱填土的加固效果，检验设计的合理性，对载荷试验原始数据进行整理，绘制出P-S曲线的特征，综合分析得出成果见表3。
7基础加固效果
为对地基处理效果进行检验，我公司沿外墙和建筑角点裂缝两侧共布置6个沉降观测点，并在地基处理过程中坚持一天一次，竣工后一周一次连续观测，成桩后，沉降速率明显减缓，经25－30天后,沉降完全停止,部分地段还略有回升现象，反映了地基处理取得了预期的效果。
经处理后建筑物的沉降逐渐停止,反映了处理后地基土的强度提高是有一个过程。即桩体强度通过吸水胶结硬化逐渐提高;桩周土的扰动恢复需要一段时间;同时桩体材料吸水，降低了土层的含水量，提高地基土的强度。正是上述原因，使成桩后建筑物沉降逐渐停止，建筑物裂缝不再发展、扩大。
8结语
1、本工程中，我们结合实际建筑条件在经过综合考虑各方面因素后，采用夯扩桩的地基处理方法，经地基检验和沉降观测，达到了预期的地基处理效果，此后在历经4年多的时间里，建筑物使用状况良好。
2、经本次建筑物采用夯扩干硬混凝土进行基础托换的实例看出，这种方法对含水量较大，饱和度较高的软弱土层有非常好的加固效果，体现了它的独特优点。该托换方法造价低，施工设备简单，有很好的应用价值。
3、由于该方法具有工期短、经济、实用等特点，在已有建筑加固和加层、加载的地基加固中也同样具有很高的应用价值，值得推广。
4、采用该方法进行地基加固处理时，可结合地基土质、基础形式等具体情况采用其他桩体材料及施工工艺等。
参考文献
[1] 中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002
[2] 中华人民共和国行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94-94
[3] 中兵勘察设计研究院出具的《京石路收费二所宿舍办公楼夯扩桩复合地基载荷试验报告》
[4] 北京京岩工程有限公司出具的《京石路收费二所宿舍办公楼岩土工程勘察报告》（工程编号：99-3045）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。