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岩土研究院

电子商厦建筑物桩箱基础逆作法施工新技术

357 2022-05-16 09:29:33

工程概况

上海电子商厦地上七层,地下一层,建筑面积为4400m²,上部为框架结构,下部为箱基,箱基底板厚为70cm。电子商厦位于南京东路,东邻蔡同德药店,南靠南京路,西傍灯具总店,北挨居民楼,施工场地狭窄,周围有纵横交叉的地下管网,且工程施工周期短。


工程地质条件

箱基下为淤泥质粉质粘土及淤泥质粘土,深达近10m,其土层厚度及沿深度的静力触探比贯入阻力曲线见图19-22。



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设计计算

一、方案选择

商厦总荷载80000kN,单位面积压力达132 kN/m2,按工程地质条件,无法设计为天然地基,必须采取地基加固或采用桩基。基于施工场地狭窄,并且不能污染环境,四周有建筑物,并有结构刚度差的建筑(蔡同德药店)等特点,在其它各种方案无法实施的情况下,经过多次论证,在考虑工程工期必须短的前提下,由作者大力推荐并承担了技术风险,决定采用锚杆静压桩逆作法施工的桩基方案。


二、桩箱土共同作用

桩箱基础设计应考虑桩箱土共同作用的因素。根据以往经验,可考虑2.5~3层建筑物自重由桩间土承担。所以本工程的桩间土与桩分担比取30%,箱基承受上部30%荷载,即为24000kN,基底反力约为39.6kN/m2,远小于土的承载能力,也小于40kPa,桩承受70%荷载,即为56000kN。


三、桩数及桩位设计

桩截面取250mm×250mm,单桩承载力取300kN/根,需用桩数187根,实际布桩192根,桩距(中一中)为1.8m×2m,短边为7.2b,长边为8b(b为桩边长),可见桩布置得较稀疏,其桩位布置见图19-23。


四、桩长设计

箱型基础结构刚度大,可作为刚性基础考虑,其基底反力呈马鞍形,据基底反力分布的特点,对商厦桩基长度作了相应的调整,基础边缘周围二排桩采用桩长29.4m,并为焊接接桩,其余的桩长为25m,并为硫磺胶泥接桩,参见图19-23,桩段长采用2.2m。

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施工方法

本工程在上部建到二层后,地下室开始压桩,并与上部结构同步施工,改变了过去先打桩后建房的传统施工工艺(常称逆作法)。逆作施工需解决两大技术问题;一是解决挤土效应,并尽力设法变挤土的负效应为正效应;二是解决桩位孔的地下水渗漏问题。


一、挤土效应及其技术措施

在饱和软粘土中沉桩瞬间,其挤压力全部转为超孔隙水压力,随着时间的推延,超孔隙水压力逐渐消失而转为有效压力,土体得到挤密,沉桩瞬同孔隙水未排出,土体不可压缩,桩入土时将挤开相应体积的土体,表现为土体向上隆起和侧向位移。过大的侧向位移会危及临近建筑物。本工程桩体混凝土量达324m³,邻近三边都是建筑物。为此,必须十分重视挤土的不良后果。挤土效应与沉桩数量、沉桩速度、沉桩方法、沉桩施工流程和土质等因素有关。在其他条件无法改变的情况下,沉桩方法、沉桩速度、施工流程则是考虑技术措施的出发点。

本工程为解决挤土效应所采取的技术措施及手段为∶


(一)闭门压桩施工法

先将桩基四周的边缘桩施工完毕,从而形成抗挤排桩,可有效地控制内部压桩所产生的土体侧向变形,然后再按施工流程分批压完中间内部桩。为此,该工程分三批压人,第一批最外围为80根,第二批为60根,第三批为52根。


(二)缓慢沉桩

锚杆静压桩压人的是小断面桩250mm×250mm,且锚杆静压桩施工需分段接桩,接桩需要时间。因此,锚杆静压桩的施工工艺决定了较小的排土速度及缓慢的沉桩,这对整体降低超孔隙水压力非常有利。


(三)多点压桩施工

为了防止在集中一处压桩引起过大的超孔隙水压力,本工程把四台压桩机分布在箱基四角、相距较远的四处进行压桩,这样可大大降低超孔隙水压力的增长。


(四)情报化施工

除采用上述的技术措施外,尚需借助于专项仪器(测斜仪、孔隙水压力计、沉降观测的水准仪等)进行系统观测,以便随时掌握压桩施工中所引起的挤土效应和孔隙水压力增长与消散状况,以此指导压桩施工,使施工顺利进行。


采取了上述的技术措施及手段后,不仅有效地控制了土体侧向变形,而且呈现了向上隆起并挤密了桩间土,在一定程度上变挤土的负效应为正效应。


二、压桩孔的封桩及防渗漏

桩基施工逆作法的特点,就是在基础底板上预留许多呈截头锥形桩位孔,对处于地下水位中的箱基来说,压完桩后的封桩显得十分重要。工程的封桩材料选用C35微膨胀早强混凝土,由于压桩过程把基础底面下的表面土带了下去,产生“拖带”现象。“拖带”形状呈倒圆锥形,见图19-24,使封桩混凝土量增大了30%,两个上下混凝土锥形体连成一体,既有利于抗冲切,又起到防渗封闭作用。工程实践表明,用微膨胀早强混凝土封桩是相当成功的。

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质量检验质量检验应包含的内容为∶

1. 桩体制作所用原材料;

2.桩体制作配合比及试块强度;

3.压桩过程的桩体垂直度;

4. 接桩的硫磺胶泥熬制温度以及焊接质量;

5.最终压桩力及压桩深度;

6.封桩的微膨胀早强混凝土的配合比以及浇捣的质量。


技术经济效果

商厦在拔除南、西二侧钢板桩后,箱基向西南方向倾斜,东北角和西南角沉降差为4cm,工程施工中采用西南侧先封桩,东北角后封桩的时间差方法,使箱基得到回倾,最终沉降趋于平均,总沉降量为5.6cm,施工过程中的回倾功能,体现了锚杆静压桩的优越性是其它加固方法所无法比拟的。

商厦由于采用锚杆静压桩逆作法施工的桩基方案,并在设计中考虑了桩箱土共同作用,不仅减少了桩的用量,节省了工程投资,并还为商厦夺回了两个月的地基处理工期,提前60d开业,创利达上百万元。

工程结束,达到了预期的效果;在其它各种方案无法实施的情况下,决定国内首次采用锚杆静压桩逆作法施工的桩基方案是成功的,该工程获得了非常理想的技术经济效果。


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