预压托换桩加但固及顶升纠偏工程实践.doc
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1、预压托换桩加固及顶升纠偏工程实践第24卷第l5期2005年8月岩石力学与工程ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringVb1.24NO.15Aug.,2005预压托换桩加固及顶升纠偏工程实践刘丽萍,李向阳一,王德伟4,燕菲(1.西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;2.同济大学地下建筑与工程系,上海2000923.陕西建达疑难工程公司,陕西西安710055;4.陕西现代建筑设计研究院,陕西西安710048)摘要:西安市某住宅楼是在原3层砖混结构上增建至7层框架结构式房屋,两种结构体系没有完全脱离开,又由于设计时地基处理不当,导致建筑物刚
2、封顶即严重倾斜,倾斜率为18.6,沉降速率为9.15mm/d,随时存在倒塌的危险.为使房屋恢复正常使用,经研究后决定采用钢筋混凝土预压托换桩加固及顶升纠偏方案.以此工程为例,提出顶升纠偏中预压托换桩设计公式;详细介绍了纠偏方案的选定,钢筋混凝土预压托换桩顶升纠偏的设计方法,施工工艺,项升监测与控制以及顶升施工中的技术难点及采取的对策等.经过3d顶升施工后,使房屋的倾斜率稳定在0.530,沉降速率小于0.0077mm/d,房屋基本上恢复了正常使用.经过5a多使用证明,在黄土地区采用预压托换桩法加固或纠偏类似工程问题是可行的.关键词.基础工程;顶升纠偏;预压托换桩;地基加固;工程实例中豳分类号:T
3、U472.2文献标识码:A文章编号.10006915(2005)15279507FoUNDATIoNREINFoRCEMENTANDBUILDINGRECTIFICATIoNoFDEVIATIoNBYJACK-UPANDPRELoADINGUNDERPINNINGPILELIULiping,LIXiangyang2一,WANGDewei4,YANFei(1.InstituteofCivilEngineering,XianUniversityofArchitectureandTechnology,Xian710055,China;2.DepartmentofGeotechnicalenginee
4、ring,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;3.ShaanxiJiandaProblemProjectTreatingCompany,Xian710055,China:4.ShaanxiModernArchitectureDesignandResearchInstitute,Xian710048,China)Abstract:A3一storybrickconcretestructuralbuildingwasaddedto7一storyinXianCity,ShaanxiProvince:andthenewaddedpartisaframestruct
5、ure.Becausetwodifferentstructuralsystemsarenotseparatedcompletelyandthedesigneradoptedunsuitablegroundtreatmentmethod,thebuildingbecameleaningseriouslywhenthemajorstructurewascompleted.Theinclinationratioandsettlementrateofbuildingareupto18.6%0and9.15illnlperday,respectively;andthebuildingisboundtoc
6、ollapse.Theschemeofrectifyingdeviationbyjackupandbypreloadingunderpinningpilewasemployedafterinvestigationforsakeofsafety.Basedonthiscase,thefollowingaspectsaleinvestigated:theformulatodeterminethenumbersofunderpinningpilesforrectifyingleaningbuildingispresented;schemechoiceofrectifyingdeviation,des
7、igningmethod,constructionprocedureofpreloadingunderpinningpile,jackingmonitoringandcontrollingareintroducedinderail;difficultfactorsandcorrespondingproblemsduringjackingconstructionareprovided.After3-dayjackupconstruction,theinclinationratioofbuildingissteadyat0.53%0andsettlementrateislessthan0.0077
8、millperdayandtendstobestable.Afterfiveyearsregularservice,itCanbeconcludedthatpreloadingunderpinningpileisfeasibletoreinforceorrectifysimilarstructuresandprojectinloessregion.收藕日期:20040330:傣回日期:20040419作者简介:刘丽萍(1971一),女,1994年毕业于西安建筑科技大学工业与民用建筑专业,现为讲师,博士研究生,主要从事岩土工程方面的教学与研究工作.Email:liliuliping126.COI
9、1),liping8790sina.conl.?2796?岩石力学与工程2005年Keywords:foundationengineering:rectifyingdeviationbyjackup;preloadingunderpinningpile:foundationreinforcement:engineeringcase1引言该7层住宅楼位于西安市南郊,原为3层砖混结构房屋,长28.44m,宽12.42m,层高3.00m,建筑面积约1080m2,建于1992年.地基采用灰土井处理,井深5.7m.砖强度为MU10,砂浆标号为M5.1997年开始在原3层砖房上增加4层,使其扩建至7层,新
10、增面积约为2600m2,总面积约3700m.后增部分为框架结构,跨过原3层砖房,地基平面见图1.B(B),1,10,H等轴线的框架柱紧贴3层砖房的外墙,柱下为钢筋混凝土条形基础,基础宽为1.0和1.8m,埋深为2.0m,A(A)轴基础宽3.6m,埋深同上.条基下为1.2m厚的灰土垫层,宽度与基础相同.由于加层时未对其进行正规的设计与施工,图中一部分尺寸为现场丈量所得.该楼也未见工程地质勘察报告.据西边相邻楼可知,该场地为II级自重湿陷性黄土场地.在主体结构的施工过程中该楼即出现南北沉降不均匀,北边沉降大,从而造成楼面标高南高北低,而施工单位为找平楼面标高,竞采取将北边楼面粉刷层增厚的措施,以致
11、更加剧了不均匀沉降发展.事故发生后经开凿发现,北面楼面粉刷层厚约13cm,而南面仅有1cm.在室内装修期间,楼房向北倾斜加剧并出现地面渗水,北面,西面混凝土地面出现数条平行于楼房外墙的通长裂缝.经调查,事故原因是地基处理深度不够,每柱所受的竖向荷载很大,而基底附加应力大于地基承载力;另外基础处于偏心受力,导致基础沉降量过大,压断了位于西北角的上水管,以致大量水浸入地基引起地基土湿陷变形.1999年1月1目对该楼进行沉降观测(观测点见图1),北侧N1N8观测点48h的平均沉降量为18.03mm,南侧S1S4观测点的平均沉降量为3.32mm,南,北沉降速率分别为9.15和1.66mm/d,相差了5
12、倍多.切断水源后,下沉有所趋缓,但沉降速率仍很大.1月4日,北侧向北倾斜率为18.60/o0,顶点偏离轴线的水平位移达到40.2cm.为避免该楼因倾斜发展加剧而倒塌,需立即采取有效加固措施.2纠偏方案对倾斜房屋进行纠偏主要有迫降和顶升两类方法IJJ,迫降法中根据采取的手段不同又可细分为掏土纠偏35】,注水纠偏f6一】和压重纠偏法等;顶升法中可分为截桩纠偏【8和托换纠偏法【9】等,而这些方法又可组合使用【】.每种方法都有其适用性,可根据房屋的结构类型,倾斜程度和地基情况等来灵活选用.通过结构检查发现该楼除3层砖混房屋墙体有裂缝外,框架柱,梁均未出现明显的开裂,表明该楼整体性较好,对进行加固有利.
13、针对该楼的特点,提出了使用迫降法和顶升法这2种方案以.盥二I:1:!量HllI/,厂氍:宝tIIlII/l一IlIIl./lj_I/K/l蹇-(丰,)-一-(,厂l,厂-,/,/,H/;/一/;/墨;:I,!,厂N,/l一一,E葶!llil曩ll-s4-b-SIIs2F330oI3300l3000I300033003300270030003300470IIll凹14o图l增建后基础平面及沉降观测点Fig.1Foundationplanofbuildingandsettlementobservationpointsafterstoriesareadded第24卷第15期刘丽萍等.预压托换桩加固及
14、项升纠偏工程实践?2797?供选择.介绍如下:迫降法是采取适当的措施使南边沉降大于北边沉降,从而使房屋逐渐恢复垂直.对于该楼拟采用钢筋混凝土托换桩(以下简称托换桩)an固北部的地基基础,以制止沉降进一步发展,然后在A轴南侧打排孔,预埋塑料管后用碎石封填,并向里注水,使地基湿陷,软化下沉从而达到纠偏的目的.顶升法是保持南侧A轴柱基础不动,整栋楼以此轴为转动轴,在A轴以北的柱及墙下进行顶升使之恢复垂直.该法须对A轴以北部分地基基础进行托换桩加固,待托换桩施工完毕后在桩顶上放置千斤顶,同时把建筑物基础与周围地面脱开,千斤顶同时顶升,使整栋建筑物绕A轴转动而达到纠偏的目的.两种方法各有利弊,迫降法工期
15、长,地下情况不明,注水对周围建筑物有影响;楼房东西向较长,注水纠偏不易做到两边沉降一致,反而易引起上部结构开裂;纠偏后,由于沉降量过大,底楼地坪标高将会降低,可能引起室外地面高出室内地面,使下水管标高与市政下水管不一致,从而造成下水排泄困难等问题.另外,迫降沉降量不能准确控制,难以达到理想的纠偏效果,纠偏不成功的可能性也较大.但迫降法的优点是所需的施工人员少;基础不脱离地基,楼房的安全性较高;所需的托换桩较少,造价较低.相比之下,顶升法纠偏所需的劳动力多;基础全部脱离,使建筑物的荷载将全部由顶升点支撑,水平约束减小,风险性增加.由于增建部分设计及施工不正规,基础梁,柱及上部结构配筋,混凝土强度
16、等级等均存在不确定因素,在顶升外力作用下,局部有开裂或压碎的可能.顶升法的优点是工期短;顶升量能准确控制,纠偏效果理想,成功率高;地面标高能基本恢复.经比较后,决定采用顶升法纠偏.3顶升纠偏设计3.1钢筋混凝土预压托换桩加固介绍预压托换桩加固法是由西安建筑科技大学涂光祉(1988年)开发并成功应用于西北黄土地区的地基基础加固方法,该法是对桩式托换法的改进和扩展,非常适用于低水位地区危房地基基础加固,目前已成为黄土地区加固危房地基基础的首选方案.该法的优点是压桩压力能准确控制和量测,不用大型机具,非常适合室内施工,且受力合理明确,工期短,造价低,对环境无污染.现在,预压托换桩法又逐渐推广到紧邻基
17、坑的建筑物的保护,建筑物的加层等领域.设计方法和施工工艺如下所述:(1)加固机理及计算方法在地基承载力不足的建筑物基础底面下,静力压入钢筋混凝土预制桩或者钢管,使得桩端置入地基深部较好的持力层中,并将建筑物的全部或部分荷载传到该土层,从而达到减小基底下地基土的附加应力,制止沉降的发展,达到加固的目的.该法虽成功地解决了许多工程问题,但理论研究较少,设计计算多为半经验法.根据以往的工程经验及相关的托换桩静载荷试验资料,建议按以下方法设计托换桩数:,z=F(1)式中:n为设计桩数;F为上部结构传至拟加固基础的竖向荷载;为单桩承载力设计值,R=RJV为单桩极限承载力,可取压桩终止压力,为承载力分项系
18、数,一般可取1.5,对于顶升桩数设计,因项升力是短时荷载,可取1.4;k为托换率,即托换桩承载力与被加固建筑物基础竖向荷载之比,一般取0.61.0,顶升设计时取1.0.从已有的载荷试验可知,单桩压桩终止压力接近单桩极限承载力.压桩终止压力是由建筑物的层数,层高,基础埋深及建筑物整体性综合来确定的.目前,限于设备及操作条件,一般压桩终止压力均不超过500kN.托换率是托换设计中非常重要的系数,其大小直接影响加固效果及工程造价.影响托换率的因素很多,需综合考虑建筑物的沉降,倾斜量,墙体开裂程度,建筑物的重要性,地基土特性等.(2)施工工艺在设计桩位处挖边长约0.8m的方坑,深度为基底下2.1m,确
19、定桩位后放第一节桩,桩顶放置千斤顶,千斤顶与电动油泵相连,泵上装有压力表,开动油泵,利用建筑物基础自重作反力向下压桩.第一节桩压到坑底后接桩,桩段之问通过预埋钢板焊接连接,如此反复,直到压桩终止压力达到设计要求即终止压桩.卸下桩顶千斤顶,在桩顶两侧安装钢支架,支架两端安放千斤顶,同时施压,达到预定的压力后,量取桩顶与基底之间的空隙,截取钢管塞入,然后同时卸下两侧千斤顶,桩身反弹而顶紧基础.托换示意见图2.由于采用上述的托换工艺而使桩身受到了预压力,在基础不需要产生附?2798?岩石力学与工程2005年主千斤顶图2托换示意图Fig.2Sketchofunderpinning加沉降的前提下就获得了
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