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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】地梁下用钢筋混凝土压入桩进行基础托换

39 2023-08-15 10:00:20

采用直接将设置在地圈梁下的钢管桩逐节压入地基的方法进行基础托换,费用很高,在土中(尤其在地下水往复升降区段),由于钢管桩被腐蚀而影响耐久性;且钢管压入桩在封顶时没有进行预压,需待建筑物进一步下沉后,才能参加工作。为克服上述缺点,在某房屋基础托换施工中采用钢筋混凝土桩代替钢管桩,并在封顶时对桩进行预压,使桩立即参加工作扩有效地阻止了基础继续下沉。


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工程概况


该工程为新建5层办公楼,验收时发现西端山墙窗台下产生了竖向裂缝和水平裂缝,水裂缝宽达10mm。紧连山墙开间的底层纵墙均有上宽下窄的斜裂缝,最大缝宽3mm。由于此处屋顶有一个20m3的水池要装水,因此必须加固才能确保安全。

地质资料表明,工程场地内粘土与亚粘土并存,虽为较厚的匀质土(6~9m),但其工程特征有明显差异,见表9-4-1。西端有裂缝的山墙基础处在亚粘土区域中,埋深仅为1.2m,地基土含水量受地表水影响较大。亚粘土较粘土透水性强,当它含有一定水分时,上部荷载主要由亚粘土中固体颗粒和孔隙水压力来承担;当天气连续干旱时,地基土失水,孔隙水压力逐渐消失,同时固体颗粒压力逐渐增大,亚粘土被压缩,而粘土的含水量相对稳定,

对地基影响并不明显,因而造成地基不均匀沉降。下雨后,地表水很快渗入亚粘土中,孔隙水压力得到补偿,固体颗粒压力减少,亚粘土出现回弹现象,山墙上裂缝便呈现闭合的趋势。因此,地基土含水量的变化,是造成房屋开裂的主要原因。

该工程基础加固,采用地梁下压入桩进行基础托换,不但可以把上部荷载直接传递到含水量相对稳定的深层土中(≥3.5m),避开大气对土层的影响,同时可减轻原基底压力,减少地基下沉,具有工程量小,费用低,结构性能可靠的特点。


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压桩的设置


地梁下钢筋混凝土压人桩的设置根数,主要与单桩承载能力的大小有关。一般单承载力由桩的截面大小、桩长、地基特征值、地梁承顶能力、建筑物自重等诸因素确定。由于地基持力层较浅,承载力较高,预计压入土中的摩擦端承桩不可能很长。考虑到施工简便和经济效益,采用了较小桩的截面(200mm×200mm)和较高的单桩承载能力(200kN)。要求压桩封顶完成后,墙与地梁的空隙用泵压入水泥砂浆填充密实,由于操作导坑也用毛石混凝土恢复充填,因此,可使原有地震承载力得到恢复,与压入桩处于共同工作状态。

原有地基的承载能力,可用轻便触探仪测定,不足部分由压入桩承担。每米长地梁下需设置压入桩的根数n可按下式计算:

式中G+P——每米长基础上恒载与活载之和(kN);

[R]——基础底面的地基承载力(kN/m2);

A——每米长基础底面积(m2);

Pj ——压入桩的单桩承载力(kN)。


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地梁承顶压能力复核


在地梁下,通过千斤顶进行压桩,其反力直接传给地梁。由于一般民用建筑的地圈梁多按构造配置,其截面及配筋普遍偏小,在压桩过程中,地梁被顶裂时有发生。因此,施工前应对地梁的承顶压能力进行复核。

根据结构状况,地梁可看成具有不间断弹性支座的连续梁,以千斤顶反力作外力,直接作用在弹性地基梁上计算内力,并验算其截面强度。但这种计算过于繁琐,不适于施工现场应用。采用倒梁法简化计算过程,一般施工开挖操作导坑宽度约0.8m,故近似取地梁长1.0m,并假定其上作用均布荷载,根据最大压桩力和千斤顶上钢垫板宽度,可求出地梁内力。当复核地梁截面强度为安全时,便可施工。否则,应在地梁下增设钢托梁或钢筋混凝土地梁。一般新增混凝土地梁长1.0m,截面取bh=300mm×250mm,当被加固房屋未设地梁时,在墙下设置这种短地梁,也可以进行压桩作业。

 

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接桩


在压桩过程中,如何逐节将桩连接起来,是基础托换的关键。通常有硬接和软接2种方法。

(1)硬接,即采用常规的硫磺胶泥浆锚接法

(2)软接,即用微膨水泥砂浆错接法,砂浆采用525号普通硅酸盐水泥和中砂,重量配合比为1:1。砂浆中含有水泥重量14%的膨胀剂,膨胀剂中生石灰膏与矾土水泥之比为1:1.1,并适量加入缓凝剂。要求在压桩全过程中,砂浆不凝结。按此配方灌孔砂浆28d的锚固力可达0.9MPa。

(3)软接桩的构造,与硬接桩略有不同,系采用φ70钢管作桦头结合。制作时,应将铜管内注满混凝土。接桩时,将下节桩端面用砂浆找平,灌入下节桩预留孔的砂浆比空隙体积多3%,对孔安装后,轻轻转动上节桩,使砂浆充满缝隙。


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结语


该工程地梁下用钢筋混凝土压入桩进行基础托换,按上述设计,方法,只需压人8根桩,共计38m长,现已投入使用两年多,经复查该房屋基础不均匀下沉已得到控制,原砖墙裂缝修补后闭合完好,未发现异常现象,说明加固方案是成功的。