唐 君，雷飞龙，江 宁

(1.建筑安全与环境国家重点实验室，北京 100013； 2.中国建筑科学研究院有限公司地基基础研究所，北京 100013； 3.北京市地基基础与地下空间开发利用工程技术研究中心，北京 100013； 4.五矿地产有限公司，北京 100010)

0 引言

随着我国经济的发展、城市功能的更新，既有建筑老龄化问题日益突出。国务院参事、住房和城乡建设部原副部长、中国城市科学研究会理事长仇保兴于2018年表示，我国城市现有400 亿m2旧建筑中约有1/3需进行抗震、节能、适老、节水等方面的改造[1-2]。对既有建筑进行增设电梯加固改造以解决垂直交通问题，是城市高质量发展的必然要求。

由于设计要求或施工条件限制，既有建筑地基基础加固工程一般对施工设备及施工工艺有特殊要求[3-4]。微型桩适用于狭小施工场地条件[5]，其中，小型钻孔注浆钢管桩[6-7]是在静压钢管桩技术基础上发展起来的一种新的加固方法，通过压力注浆可有效提高桩侧摩阻力，具备施工灵活、适应性强、可靠、耐久等特点。

桩底、桩侧后压浆技术通过压浆方式，使桩周及桩底松软土体得到有效加强，从而大大提高桩侧和桩端阻力，达到提高单桩竖向承载力的目的。其作用机理是在桩体形成后，通过预设的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，通过浆液渗扩、挤密和劈裂压密等方式，消除泥皮和桩底沉渣的固有缺陷，改善桩土界面，使桩端、桩侧土体(包括沉渣和泥皮)得到加固，从而提高单桩承载力，减小沉降[8]。

为有效提升既有建筑使用功能，本项目在保证既有建筑物安全的前提下，在有限施工空间内，运用改装的套管跟进锚杆钻机成孔，采用注浆钢管桩联合桩端、桩侧复式注浆工艺的地基基础加固方案，成功实现了既有建筑微型桩地基基础加固改造。

1 工程概况

1.1 既有建筑概况

为解决既有建筑垂直交通问题，北京某高校拟在5号教学楼原结构外加建5层电梯。±0.000绝对标高为42.730m，筏板基础，基础底标高为-2.650m。 根据岩土工程勘察报告及结构设计要求，拟加建电梯地基承载力及变形均不满足设计要求，考虑邻近既有建筑施工空间有限，采用注浆钢管桩联合桩端、桩侧复式注浆工艺的地基基础加固方案。

目前，既有建筑改造项目已完成并投入使用，第三方检测数据显示该方案满足规范[8-10]及设计要求。

1.2 工程地质及水文地质条件

根据地质勘察报告，勘探深度范围内(最深20.00m)的地层，按成因类型、沉积年代可划分为人工堆积层及第四纪沉积层，并按其岩性及工程特性进一步划分为5个大层及亚层：①层房渣土，①1层黏质粉土素填土，②层黏质粉土～粉质黏土，②1层砂质粉土～黏质粉土，②2层重粉质黏土～黏土，②3层粉砂～细砂，③层粉质黏土～黏质粉土，③1层砂质粉土～黏质粉土，③2层重粉质黏土～黏土，④层细砂～中砂，⑤层粉质黏土～黏质粉土，⑤1层黏土～重粉质黏土，⑤2层黏质粉土～砂质粉土。

工程典型地质剖面如图1所示，地层物理力学性质如表1所示。

表1 地层物理力学性质

图1 工程典型地质剖面

根据地质勘察报告，场地地下水分布情况如表2所示。

表2 地下水分布情况

2 既有建筑地基基础加固设计

2.1 加固方案

既有建筑地基基础加固方案以安全可靠、技术先进、经济合理、保护环境等为原则，综合考虑教学楼结构、地基基础及邻近既有建筑有限施工空间等因素，采用注浆钢管桩联合桩端、桩侧复式注浆工艺的地基基础加固方案。

2.2 桩基竖向承载力计算

依据荷载效应标准组合下作用于承台顶面的竖向力，微型桩采用直径219mm、壁厚3.5mm钢管桩，布桩平面如图2所示。

图2 钢管桩布桩平面

在荷载效应标准组合轴心竖向力及偏心竖向力作用下，通过式(1)，(2)计算出柱下群桩中桩基的桩顶作用效应如表3所示。

表3 桩基竖向力结果统计 kN

钢管桩桩顶嵌入承台50mm，即设计桩顶标高为-2.600m。综合考虑有限空间施工条件及桩端持力层参数，钢管桩设计桩长为8.0m，桩端持力层为④层细砂～中砂层。为有效提高单桩承载力，减小沉降，钢管桩采用桩端、桩侧后压浆技术，依据JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》[9]，采用二次注浆工艺的注浆钢管桩桩侧摩阻力特征值取值可乘以1.3的系数，计算出钢管桩单桩竖向承载力特征值为175kN。

在荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，桩基平均竖向力Nk≤R(R为竖向承载力特征值，下同)；在荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，基桩最大竖向力Nkmax≤1.2R，满足JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》[8]和结构设计要求。同时，钢管桩抗压强度及稳定性满足GB 50017—2017《钢结构设计标准》[11]要求。

2.3 桩基沉降计算

钢管桩桩中心距小于6倍桩径，桩基最终沉降量计算可采用等效作用分层总和法，根据角点法计算。桩基沉降计算深度Zn按应力比法确定。计算结果如表4所示，满足《建筑桩基技术规范》[8]和结构设计要求。

表4 桩基沉降结果统计

3 微型桩施工

考虑邻近既有建筑施工空间有限，钢管桩施工采用改装的套管跟进锚杆钻机成孔及桩端、桩侧复式注浆工艺，施工步骤为：施工准备→操作面开挖→钢管桩定位放线→钻机就位→钻进成孔→灌注水泥浆→拔外套筒→下放钢管→下后压浆导管→放置桩顶钢筋笼→桩端、桩侧后压浆。

3.1 钢管桩施工

邻近既有建筑有限空间内进行施工作业，对小型化设备尺寸要求较高。对锚杆钻机进行改装，以满足钢管桩施工要求。同时，根据地质勘察报告，②1层砂质粉土～黏质粉土及②3层粉砂～细砂中存在潜水；④层细砂～中砂存在层间水，采用套管跟进锚杆钻机成孔以防塌孔。现场根据既有建筑物轴线施测桩位，为保证钢管桩垂直度偏差≤1%，施工钻机要做到三脚架顶、钻杆轴线、桩孔中线在同一铅垂线上，钻杆轴线同桩孔中心位置偏差≤2mm。

钢管桩桩长不得小于设计桩长且桩端应进入持力层④层细砂～中砂≥30cm，当钢管下放至孔底后，采用锤击或静压钢管方式，以确保钢管下端与桩底地基土紧密接触(见图3)。钢管桩内采用水灰比0.5～0.6 的P·S·A32.5纯水泥浆压力灌浆，水泥用量约70kg/m。钢管内水泥浆接近桩顶时，放置桩顶钢筋笼，钢筋笼采取固定措施以防下沉。

图3 现场钢管桩施工照片

3.2 后压浆施工

为有效提高单桩承载力、减小沉降，钢管桩采用桩端、桩侧复式注浆工艺。沿钢管桩外壁圆周对称设置2根桩端后注浆导管和2根桩侧后注浆导管，并于桩侧后注浆导管上距桩底4m位置设置1道桩侧注浆阀。后注浆导管采用国标低压流体输送用焊接钢管，桩端注浆导管公称口径25mm、壁厚3.25mm，桩侧注浆导管公称口径20mm、壁厚2.75mm。注浆作业于成桩2d后开始，注浆流量宜≤75L/min 且注浆作业与成孔作业点的距离宜≥10～15m， 注浆参数如表5所示。当注浆总量和注浆压力均达到设计要求，或注浆总量已达到设计值的75%以上且注浆压力超过设计值2倍时终止注浆。

表5 注浆参数

4 桩基检测

依据规范[8-10]，检测单位对3根钢管桩进行单桩竖向抗压承载力检测。检测结果表明，在最大试验荷载350kN作用下，受检的3根钢管桩单桩竖向抗压沉降位移分别为10.25，11.98，10.69mm，单桩竖向抗压承载力特征值满足350kN的设计要求。其中，P4号钢管桩Q-s曲线如图4所示。由图4可知，荷载为175kN时，钢管桩累计沉降量为4.32mm；荷载为350kN时，钢管桩最终累计沉降量为11.98mm。

图4 P4号钢管桩Q-s曲线

5 结语

针对北京某既有建筑于原结构外加建电梯工程，采用注浆钢管桩联合桩端、桩侧后压浆方案对地基基础进行加固。通过微型桩技术在既有建筑加固改造工程中的成功实施，可得出以下结论。

1)采用注浆钢管桩联合桩端、桩侧复式注浆工艺的地基基础加固方案，对有限空间既有建筑加固改造合理、有效。

2)相较于单一钢管桩方案，结合后压浆技术，可有效提高桩基单桩竖向承载力，控制沉降变形。

3)对于有类似工程地质条件的既有建筑加固改造工程，改装的套管跟进锚杆钻机可在有限空间内有效完成成孔作业。