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岩土研究院

【加固纠偏工程案例】柱基倾斜位移的支顶矫正

119 2023-09-15 10:00:48

辽宁营口中型轧板厂原厂房柱基和设备基础埋置深度各为-3.40m和-6.50m,新扩建厂房柱基和四辗轧机基础、主电室基础埋深分别为-6.50m、-11.60m和-8.20m。

新旧柱基边缘接壤处相距很近(约1.5m),且基底高差较大(约3.1m)。新柱基施工前在其中间施打一排板桩挡土墙,以保护原柱基的稳定和使用安全。新建基础土方开挖施工周期较长,人工降水期近1年,受其影响原厂房柱基底面以下土壤中孔隙水被大量排出,在生产使用荷载作用下土壤逐渐被压密而沉陷,原柱基开始沉降而位移。其中B轴l9号柱基向西移位182mm,倾斜夹角为49’38",危及原厂房结构的稳定和安全使用。


1、柱基位移倾斜的几种矫正方法


原柱基础整体向西位移倾斜,有3个矫正方案:

1.托柱换基法

先将混凝土预制柱与基础杯口凿开使它们脱离,拆除旧基础后柱身向东推移复位,重新浇注新基础。这样做难度大,须适量吊柱使其移位,这是旧基础杯口上部宽度不足、偏心荷载过大、难以加固补强所致。

2.托梁换柱换基法

先将原厂房屋架梁托起更换柱及基础,其中相邻两根吊车梁随之拆除,待新基、新柱安装完毕再安装吊车梁。这是考虑由于预制柱倾斜位移,侧向受到扭曲,复位时有可能因拉裂而损坏,及柱身因使用多年表面腐蚀脱皮而需更换。

上述两个方案经论证都是可行的,在鞍钢改造扩建工程中曾采用过,但施工周期长,耗资较大,且影响正常生产。

3.支顶法

经过现场实际调查,新扩建基础已经回填完毕,原打入土层中的挡土极桩还未拔出,且与原倾斜位移柱基外边缘有2m多的距离,又可用做支点。故决定采用水平支顶矫正、柱与基础整体同时复位的方法。

首先将倾斜位移柱基础四周土挖开,以减少基础矫正时推顶的摩擦阻力,西侧沿板桩挖至所需深度。初步确定利用原板桩挡土墙作反力的靠背,如果以板桩墙后面的填土(山坡土与碎石混合物)为被动土压力与板桩本身原嵌固深度所建立的抵抗水平推力之和大于使原柱基推移的水平荷载(土与基础底面或上部荷载作用下的摩擦阻力),便有可能完成矫正工作。


2、原柱基荷载、有关参数及位移矫正反力计算


2.1、原柱基荷载组合

N=1060kN,Q=21kN,m=193kN·m,a=4.8m,b=3.8m,h=0.4m,

γ=19kN/m3,Ku=2.5,f1=2.0,f2=0.5,φB=28。(含c值)。

2.2、支顶柱基位移的反力计算

(1)大放脚下垫层的被动土压力

(2)大放脚下部垫层两侧壁摩擦阻力

(3)基底与土壤的摩擦阻力

(4)柱基支顶水平总推力

根据计算结果选用2台100t级的卧式液压千斤顶。


3、支顶柱基矫正复位法


将倾斜移位的B轴19号柱基四周土挖开后,基底以下尚有400mm厚的素混凝土垫层与原柱基分期浇筑成整体,混凝土层之间附着力较强,接触面积大,所以矫正时须整体水平推移。

3.1、支顶点位置的确定

原杯口件基由斜坡硅面和一级大放脚组成,基础(含其下垫层)重心合力点水平位置在一步大放脚台阶偏上一点。同样根据垫层附加被动土压力(挤压剪切破坏),在一步台阶竖向居中处建立水平支顶点。在同一水平面上设置2个点,即纵向由中心向南、北两侧各1m位置定点,并作为柱基,使其向东侧水平推移复位时易于整体矫正顶进,以防止平面移位时产生倾斜。

3.2、柱基水平支顶结构的布置

在已挖好的基坑内,为使挡土板桩承受较为均匀的支顶反力,在板桩与柱基大放脚的水平支顶点标高和位置的相对应部位,设置一道双工字钢组合横梁,长度为4m。横梁与竖向板桩接触不严处用钢板补焊堵缝,使板桩成为整体。另一方面在柱基大放脚台阶立面设立的2个支顶点上,为防止着力点过分集中使混凝土面层破坏,安放l根3.2m长的双工字钢组合横梁,使集中荷载较均匀地分布在基础侧面上,在侧面与组合梁间的空隙处用中砂或粉砂填满并捣实。在卧式液压千斤顶底座设置2根双工字钢组合支撑短柱,长度为1.25m。

在水平支顶移位之前,将吊车梁以下的2根剪刀叉防风架节点切开,以防其因临近20号柱受拉而产生位移或被拉断。

3.3、支顶推进位移的观测

对倾斜位移柱基用经纬仪测定柱身:外边线的控制垂线,找出水平位移差值。在支顶推移过程中分3个阶段进行,并用水准仪观测柱基在矫正复位时的沉降量。第一阶段水平推移60mm,停留l0min,退回20mm。第二阶段推移90mm,停留15min,退回30mm。第三阶段推移顶进100mm,停留30min,退回20mm。分阶段分层次推移顶进或卸荷回移的主要目的,是松弛或消除推移顶进所产生的内应力。如果发现在推进支顶进程中原柱基各有关部位出现异常(混凝土微裂缝等),须及时纠正或采取必要的技术措施。

挡土板桩作为提供支撑反力的靠背,在液压千斤顶加荷支顶推移桩基复位的同时,相对位移将会发生变化,即倾斜桩基逐渐向东复位,而靠背板桩在反力作用下也向西位移,靠背板桩位移达到98mm时趋于稳定,倾斜柱基则继续向东位移。这一测量结果与原来预讨的情况基本一致。

最终测试结果是:支顶推进倾斜柱和基础复位前进共计181mm,而原控制垂直线重合靠背板桩向西位移只有113mm。柱基复位后由水准仪测得沉降量为2.15mm。

3.4、柱基水平加荷支顶控制方法

为观察和防止在液压千斤顶加荷支顶推进过程中柱基、柱身与吊车梁各部节点处等主要部位产生裂缝,顶进控制速度为每分钟不大于5mm,并且按3个阶段的停留时间进行跟踪检查,发现问题及时处理,以确保安全顶进复位的顺利进行和正常生产。

一切准备就绪后,正式破土挖掘柱基四周土方并运至指定位置,安装前、后两道横梁,支顶短柱和2台100t级液压千斤顶调整加劲后,开始加荷支顶并保持柱基水平移位。

2台液压千斤顶是用组合钢支柱支顶交替更换重复使用的。最后将钢支柱焊固于板桩与柱基各自的横梁上,以保持支顶牢固且不位移。


4、处理效果


营口中板厂原厂房柱基倾斜位移危及建筑物的安全使用,采用水平支顶推移复位的方法矫正获得成功。与前两个方案比较,可节省投资1.65~2.46万元,并缩短工期15~21d。