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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】柳锻厂房柱子下沉倾斜的纠偏方法

23 2023-09-01 10:54:25

佳木斯煤矿机械厂锄锻车间1975年投产使用,建筑面积20l6m2其结构为杯形基础,钢筋混凝土柱子,钢屋架,车间内安装1台自由锻锤,l台模锻锤及0.75t锤、0.25t锤。锻锤基础底面尺寸为4.5m×5.5m,基底标高-4.0m,与柱基础底面同深。锤基础中心线与柱基础中心线距离6.5m。

经过l年的锤基振动,发现靠近锻锤的2~6号柱均有不同程度的下沉倾斜,3、4号柱较为严重。3号柱下沉l60mm,向内倾斜60mm;4号柱下沉l40mm,倾斜40mm。自由锻锤基础下沉310mm,没有发生倾斜现象,不影响生产使用。

到1988年4月,下沉与倾斜数值加大,其中3号柱下沉218mm,向内倾斜100mm;4号柱下沉178mm,向内倾斜80mm,吊车运输受阻,其他柱子也均有不同程度的下沉。1t锻锤基础下沉390mm,但没发生倾斜现象,屋盖钢架系统完好无损。

1990年4月之后,这些柱子不再下沉,处于稳定状态。


1、柱基下沉倾斜、锤基下沉的原因


(1)工程地质条件较差。该车间所处地区的工程地质柱状图表明:15m深度内均为砂质、砾砂质,[R]=220~280kN/m2,e=0.7,中密。由于锻锤冲击产生较大的冲击波和应力,这时砂层中的细砂、粉砂将锤的振幅增高,由于速度的冲击产生竖向位移和水平滑动,不断灌注到砾砂层空隙中。砂层本身及其上的覆盖层将逐渐产生沉陷现象,这是基础下沉倾斜的主要原因。柱基础内侧大放角和外侧大放角的砂土层受到锻锤冲击波、振幅和产生的振动应力加速度大小不同,两侧砂层的下沉量也不同(内侧距基础近,外侧较远),所以柱基会向车间内侧倾斜。

(2)砂层在振动力的影响下,内摩擦角减小,柱基下砂粒向锤基础方向移动(因锤基础下沉值大),使柱基发生倾斜。

(3)由于该车间内的设备防水不好,大量渗漏到地下,基础底部较细小的砂粒随水流注入到砂层孔隙中,使锤基、柱基发生沉陷和倾斜。研究分析证明,对较疏松的砂土层,锻锤振动时间越长,下沉量越大,砂层逐渐趋于密实,但当超过一定时间后,下沉就会停止,砂层变得密实稳定。


2、处理方法选择


(1)将柱子及基础、砖墙、圈梁等全部拆除,重新浇注混凝土基础并浇注预制桩,重新砌墙。该方法所需时间较长、资金多,影响车间生产,故未采用。

(2)加大柱基底面积,提高柱基础质量,即在下沉与倾斜较严重的柱子外部加大柱基础,并浇注钢筋混凝土附墙柱至原柱牛腿时,将牛腿上部短柱破碎,保留钢筋,并将其弯成一定角度纠偏,然后通过横向拉筋、箍筋和外附墙柱浇捣成一个龙门架形正体柱,直至设计标高。此方案不用拆除砖墙(只在原柱牛腿上部将墙凿成0.5m宽、4m高的槽即可),保留原柱,并达到使用功能要求;柱子下沉与倾斜均得到解决;施工时间短,节约资金,基本不影响生产,但浇注混凝土时需掺早强剂。此方案被采纳。


3、柱子加固、纠偏、屋架顶升实施方法


(1)根据图纸要求,首先在2~4号柱北侧打钢桩(工18@1000,L=7000mm),防止柱基土壤滑移。

(2)浇注钢管立柱混凝土基础(掺早强剂),并按图纸要求预埋钢板(500mm×500mm×15mm)、螺栓(4φ18)。

(3)同时在车间外侧按施工图要求挖附墙柱基础土方,绑钢筋,浇注混凝土基础。及时回填土,将地面夯实找平。

(4)在车间内外搭设脚手架,按高度要求铺跳板,设置操作平台和安全网。

(5)在吊车梁上设方木顶柱(400mm×400mm),长度实测,并用铁丝将其固定在短柱上。方木柱顶部放置千斤顶(3根需要加固的柱子同时放置50t千斤顶)。

(6)车间外部附墙柱混凝土浇注到牛腿处时,暂停施工,并用草袋盖上。

(7)在车间外侧利用搭设好的脚手架平台及风动工具,自牛腿至标高11.0m处,将砖墙破碎打通,露出车间内柱。

(8)根据实测数据,2号柱下沉133mm,3号柱下沉218mm,4号柱下沉178mm。3名千斤顶操作人员同时站在操作平台上,水平仪架设在吊车平台上,在施工负责人员统一指挥下,先将3号钢屋架顶升40mm,与4号钢屋架下沉值齐平,然后,同时启动3、4号柱上的千斤顶,将钢屋架同时顶升45mm,与2号钢屋架下沉值齐平;最后2、3、4号柱上的千斤顶同时启动顶升138mm,超过设计标高5mm,预留下沉值。

(9)用绞车将3根钢管柱(按设计事先做好)起吊安装就位,顶在加固好的钢架节点处,用硬木方模紧,8号铁丝临时固定,然后焊接角钢支撑。经检查无误后,千斤顶卸载,拆除木方顶柱。这时屋盖全部荷载由钢柱承担。

(10)用风动工具迅速将混凝土短柱破碎,保留钢筋,并将外侧钢筋向内弯折60mm,经焊接加强,全部短柱钢筋垂直度(附墙柱筋垂直度测量在外面进行)无误后,按设计要求安放预埋铁件。外侧附墙柱钢筋按图与内短柱钢筋绑扎成一个正体柱(龙门架形),检查合格后,支模板,浇注C30混凝土直到设计标高(掺早强剂)。

(11)拆除模板,调整吊车梁和钢轨,达到要求为止。

(12)堵砌墙洞口,待混凝土达到设计强度之后,拆除钢管柱,屋盖荷载由加固后的柱子承担。


4、处理效果


该车间柱基础及柱子经此法加固处理后,经17个月的跟踪观测未发现异常现象,效果良好。柱子下沉与倾斜得到纠正,吊车能正常运行。