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广东中青建筑科技有限公司

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    关键词:加固改造,加固改造工程,东莞加固改造公司,东莞房屋加固公司,房屋鉴定公司

    一、工程概况

    该建筑物长为106.1m,14.4m,由五座塔楼和裙楼组成,塔楼为11层,裙楼为3层,基础为筏基,筏基砼为C30,筏基厚800mm,筏基纵横向设有肋梁,肋梁高1.2mm,筏基底下为复合地基基础,复合地基承载力特征值为200KPa,复合地基与筏基之间有300mm的褥垫层,复合地基为淤泥土与搅拌桩组成,搅拌桩桩尖进入砂层,间距1000mm,直径φ500mm,桩长约14m,建筑物在建中有沉降,2004年初封顶未进行全面装修,沉降还在加快,最大沉降达141.8mm,从沉降曲线看,建筑物的沉降在发展中。

    二、场地水文条件

    1.地下水水位

    勘察施工期间,实测钻孔地下水稳定水位埋深为0.00~3.40米,平均埋深1.10米;标高为5.40~6.70米,平均标高为5.88米。由于施工期较短,观测的地下水位不能代表长期地下水位。

    2.地下水类型

    场地地下水来源主要为大气降水,按赋存方式分为第四系、第三系孔隙水和基岩裂隙水。

    ①_x0001_、 第四系、第三系孔隙含水层

    场区内地下水类型为潜水类型。水力特点为无压或局部低压,主要受大气降水及石井河涌影响变化较明显。<2-1>淤泥层为持水层(含水,但不透水),<2-2>层淤泥质粉细砂层、<3-1>细砂层、<3-2>中粗砂层为主要含水层(含水,且强透水)】改为:由上之下分为淤泥层、淤泥质粉细砂层、细砂层、中粗砂层,其中淤泥层为持水层(含水,但不透水)中粗砂层为主要含水层(含水,且强透水)。近岩面上覆土层(标贯击数小)及地下水位受石井河涌影响表明岩土分界线处地下水活跃。

    ②、基岩裂隙水

    基岩裂隙水主要分布在<6>层溶洞及<9-1>石灰岩裂隙带中。场地所揭露基岩溶蚀现象极其发育,其富水性较好。

    三、场地地质条件

    根据野外钻探揭露情况,该场地自上而下分别为人工填土层、耕土层,河流相沉积淤泥层、淤泥质粉细砂层、冲积砂层、冲积土层及石炭系上中统壶天群基岩。现将各土层分层描述如下:

    1.耕填土层

    该层分为三个亚层,即素填土、杂填土、耕土。

    <1-1>层,杂填土:灰褐色、杂色,松散,湿。主要成份为人工堆积的粘性土、砂、生活垃圾。层厚0.60~4.80m,平均2.92m。

    <1-2>层,素填土:灰褐色、杂色,松散,湿。主要成份为人工堆积的粘性土、砂。层厚0.90~3.40m,平均1.77m。

    <1-3>层,耕土:灰褐色、红褐色、可塑,主要为粉质粘土,含少量粉细砂,见植物根茎。绝大多钻孔揭示有该层。层厚0.30~0.805m,平均0.50m。

    2.河流相沉积层

    在勘察场地分为二个亚层,即河流相淤泥层和河流相淤泥质砂层。

    <2-1>层,淤泥层:灰黑色、深灰色,流塑~软塑,饱和。河流相沉积,由含腐殖质,有臭味,局部含粉细砂或夹薄层中、细砂,偶见朽木。层厚0.50~4.40m,平均2.13m。

    <2-2>层,淤泥质砂层:主要为淤泥质粉、细砂、灰黑色、深灰色,松散,饱和。局部夹薄层淤泥质土,偶见云母碎片和朽木。层厚0.70~4.80m,平均2.24m。

    3.冲积砂层

    在勘察场地分为二个亚层,即细砂层和中粗砂层。

    <3-1>层,细砂:灰色、灰白色、浅灰色、浅黄色,松散~稍密,局部中密,饱和。细砂为主,局部含少量粘性土或夹中粗砂层。层厚0.50~5.80m,平均2.14m。

    <3-2>层,中粗砂:灰白、浅灰色、浅黄色、灰黄色,松散~稍密为主,局部中密,饱和。中粗砂为主,粒径不均,含少量粘性土,局部混有砾砂或呈粉土状。层厚0.50~4.10m,平均2.47m。

    4.冲积土层

    在勘察场地分为二个亚层,即软塑~可塑状粉质粘土层和硬塑状粉质粘土层。

    <4-1>层,粉质粘土:黄褐色、浅黄色、浅灰色、灰白色、局部棕红色、棕黄色等,软塑~可塑为主,局部流塑。土质以粉质粘土、粘土为主,局部含石英质砂,较多钻孔揭示该层不均匀含角砾、碎石。层厚0. 45~3.70m,平均1.59m。

    <4-2>层,粉质粘土:黄褐色,局部棕红色、棕黄色,硬塑。土质以粉质粘土、粉土为主,局部为粘土、含细砂,较多钻孔揭露该层不均匀含角砾、碎石。层厚1.40~2.90m,平均2.22m。

    <4>层,土洞:深度13.00~14.30m,洞高1.30m。填充流塑状软土,钻具自动下落。

    5.基岩

    勘察范围内的基岩为石碳系上中统壶天群石灰岩。基岩埋藏深度变化大。

    <5-1>溶洞:该场地溶洞发育。溶洞发育位置、发育程度及表现形式不一。或为空洞(无充填物),或为松散粉细砂、流塑~可塑状粉质粘土混砂、角砾、碎石组成的充填物。洞高1.00~7.00m,平均2.37m。

    <5-2>微风化石灰岩:浅灰色~灰白色,隐晶质结构,厚层状构造。局部见有溶蚀现象。平均深度12.13m。场地基岩面变化大。

    四、下沉原因分析

    1.该场地采用淤泥土与搅拌桩形成的复合地基形式,淤泥土虽然为不透水层,但淤泥土底下的砂土为较好的透水层,是较好的流水通道,荷载从筏板传向淤泥土与搅拌桩形成的复合地基上,搅拌桩为柔性桩体首先产生变形,使得淤泥土在荷载作用下产生压缩变形和排水下沉,水从砂土层排出,由于淤泥土的下沉,对搅拌桩形成负摩擦力造成桩体一方面产生变形,另一方面桩体下沉(桩体进入砂层较少,不能成为较尖硬的持力层),桩尖砂土被剪切破坏。此场地表面看来做过压板试验能满足承载力要求,但由于有较厚淤泥土和砂土的存在,使得试验荷载的承载力现象是假象的、暂时的。

    2.由于场地生活垃圾和工业垃圾的影响,给搅拌桩施工质量带来问题,垃圾中的布料、胶袋等对搅拌桩机钻头处的注浆口的注浆均匀性的阻止很大,在施工工人不注意的情况下,会造成局部桩体不成形,这些桩在荷载的作用下会产生过大的变形,使得建筑物下沉。

    3.搅拌桩体进入淤泥土层以外的其它土层较少,淤泥土较厚,搅拌桩周土对搅拌桩的约束较差,搅拌桩尖局部进入斜坡的砂土上,在荷载和负摩擦作用下其桩端被剪切破坏的可能性极大,这些将会造成桩体倾斜、纵横向变形加大,甚至折断。

    4.淤泥土在荷载作用下,由于通过砂土排水,一方面压缩变形或排水固结下沉,另一方面向外挤压流动,对搅拌桩可造成侧向压力产生侧向位移,搅拌桩无约束产生倾斜或破坏。

    五、基础加固方案的比选

    鉴于场地地质情况复杂,筏板底下搅拌桩体较多,而且产生变形后的桩体位置很难确定,筏板较厚,经过技术人员与专家的多次讨论,作出比选方案如下:

    (一)在筏板下进行地基加固方法

    地基加固方法是使搅拌桩周土固结的任何灌浆处理,但由于搅拌桩间距仅为1m,桩直径为550mm,桩间土仅为1000mm,一般桩位施工产生的偏位较大,而且桩已产生变形,甚至有的移位、倾斜,筏板较厚,无法直接找到桩间土处钻孔灌浆,若钻孔多处移位对筏板破坏较大,若钻到搅拌桩上灌浆又不可能将浆液注入搅拌桩外的土中,所以凡是选用筏板底进行注浆的工艺都是无法实现的。

    (二)在筏板下进行桩式托换方法

    在筏板下进行桩式托换,不管桩径大小,此桩必须是端承桩,桩可以落在搅拌桩内或桩间土内,但托换桩尖必须进入可靠的持力层,同时还必须考虑淤泥土对托换桩的负摩擦力的影响,但由于场地岩溶发育,若钻孔时桩尖通过溶洞,会造成大量的水、砂、淤泥土向溶洞中流入,使建筑物很快下沉发生危险,但若桩尖置于砂土上,可以对砂土进行适当灌浆,形成桩尖扩大头,但由于底下有溶洞,砂土与水泥浆形成的扩大头不可靠,加上淤泥土的负摩擦力较大,也无法进行有效的托换,当然可采用套管内进钻法施工使桩进入可靠的持力层,但溶洞大小难测,施工难度较大。

    (三)静压桩托换法

    由于桩进入砂层后无法压入,淤泥土负摩擦力较大,会使桩下沉,此外,进入砂层产生较小的锚固端,由于桩直径受限,桩在淤泥土中产生的变形大;负摩擦力的存在和桩身的变形,使得静压桩有假象的承载力。

    (四)外围加大基底面积和复合地基加固处理综合方法

    此方法是通过复合地基处理来达到加固目的,但必须注意以下几个问题:

    1.淤泥土与搅拌桩的复合形式已有前车之鉴,不可取。

    2.将淤泥土体整体固结,形成整体固结复合体,利用整体固结复合体。一方面,通过延伸筏板和肋梁压在整体固结复合体上,使基础底面积增大,荷载通过扩大的基础底面积传递到复合体上,实践基础托换;另一方面,由于建筑物一周整体固结复合体的存在,约束原筏板基础底下的淤泥土和搅拌桩构成的复合地基。

    为保险起见,明了加固目的,提出采用较为可靠的群体搅拌桩固凝体,在建筑物外围做搅拌桩,桩与桩之间相连,直径为550mm,共计桩排为6-7排,桩长以进入砂土约1m为宜,在建筑物周边形成约4.0m的固结土体带,固结土体带上设置筏板和肋梁与原筏板、肋梁连成一体,使原复合基础和新的固结土体共同工作。但由于室外市政设施已基本完成,筏板加宽托换无法进行。

    (五)群体小桩托换法

    1.加固思路

    1)在筏板下做扩底(扩大头)小桩托换法进行托换,由于钻孔成桩对筏板造成伤害,故对筏板进行加厚处理。

    2)由于通过成桩后桩底灌浆,使桩尖土体,特别是砂土固结,形成扩大头,使桩尖土体强度得到提高,土体被冲切破坏的可能性减少,提高托换桩承载能力的可靠度。

    3)由于场地地质情况复杂,桩尖无法进入可靠的持力层,虽然采用桩底灌浆法来提高桩尖土的承载力,但也无法保证桩下的土洞和容洞对桩承载力造成的影响,故只能采用桩间距较小的群桩托换办法,由于群桩效应的形成,托换桩与搅拌桩的共同工作,加上托换桩尖有可靠的端承土体(成桩后灌浆形成),可快速的控制沉降。

    2.加固方式

    1)采用扩底(扩大头)小桩托换法进行桩式托换。

    2)采用加大截面法对筏板进行加固。

    3.施工技术参数及施工要求

    1)桩径φ250,桩身强度M15,桩排距1.5m,现场施工时根据建筑物不均匀沉降的大小,桩距作适当调整;

    2)桩长约15m,桩尖进入砂土和粘性土共计不小于2m,考虑局部不均匀沉降,部分桩长视地质条件作适当调整;

    3)桩配筋4φ18,箍筋φ8@200,注浆管2个,内径不小于30mm;

    4)桩身材料为粉煤灰水泥砂浆,粉煤灰掺和量为5%~8%,水泥:砂为1:1;

    5)砂浆灌入过程,埋管高度不小于1m,孔底第一次灌浆料灌入时提升管口与孔底高度不大于200mm,灌入砂浆压力为0.3~2Mpa;

    6)待孔内砂浆灌注成桩24小时初凝后,再通过灌浆管高压灌注水泥浆,水灰比为0.5~1,当灌入水泥量达300kg,压力还未达到2.5Mpa时,加入适量的水玻璃灌入固结后再进行灌注水泥浆,最终压力为2.5~3Mpa;

    7)由于工程工期紧,需多台施工机具作业,为防止局部成孔较多对建筑物产生负加下沉引起的不均匀沉降和过大下沉,施工作业机具成孔应分散布置进行施工;

    8)由于考虑到施工小桩对筏板会造成破坏,对小桩的施工分两个阶段进行。第一阶段先施工3m间距的桩,然后加固筏板,加厚筏板时预留另外3m间距的小桩位孔,待加厚钢筋砼达到70%强度后,再进行第二阶段的小桩施工,然后进行第二阶段的桩顶封口处理。托换桩施工完成后,加厚筏板300mm,新砼与旧砼采用短筋连接,短筋φ12@400,短筋植入旧砼15d,新加砼的钢筋单层双向配筋φ20@150,砼强度C30。

    4.施工步聚:

    钻机成孔φ250(采用泥浆护壁 )→ 钢筋笼及注浆管至孔底 →下灌注管到孔底后上提100mm → 粉煤灰水泥砂浆(粉煤灰起流动作用)→ 高压注入砂浆料 → 边提管边灌注砂浆料(保持砂浆埋管头不小于1m)至孔口 → 24小时后通过设置好的注浆管高压注入水泥浆(注浆压力为2.5~3Mpa。当注浆水泥每孔超过300kg时,加入水玻璃灌入固结后进行二次灌注)。

    六、结束语

    上述加固方案的比较,笔者认为采用群体小桩托换法是比较安全可靠的,但由于专家意见不一致,加上业主考虑经济原因,导致未采用此方法,最后采用小型静压钢管桩托换法进行加固,静压钢管桩完成后,桩底进行局部灌浆处理,小型静压桩托换总荷载量按20~30%考虑,小型静压桩仅在柱位处布桩,这种静压桩方案的施工,存在以下几个问题:

    1.由于淤泥的负摩擦作用,假象承载力是必然的,承载力不可靠;

    2.桩的锚固端较小,桩在淤泥土中不太稳定,布桩太少无法保证安全;

    3.托换总荷载量仅按20~30%考虑,无法达到加固效果;

    1)该建筑物下沉是复合地基变形造成,而不是复合地基承载力不足造成的。

    2)静压桩为钢性桩与淤泥和搅拌桩复合体进行分摊,这种分摊方式很难得到实现。

    总之,该工程采用小型静压桩托换要获得成功,笔者认为还是要采用群桩托换,而且原来的复合地基只能作为安全储备,不参与荷载承担分摊较为稳妥。

     

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