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岩土研究院

工程实例-翻车机房附跨基础、空调车基础托换及顶升复位

286 2022-01-17 09:47:41

一、工程概况

内蒙古自治区丰镇发电厂是我国"七五"和"八五"期间的重点能源建设项目。

翻车机房及东西跨总长 34.85m,宽 24.0m 的框架结构。主机房高 15.83m,箱形基础地下室,基础埋深12.30m,东西附跨长分别为5.75m和5.10m,高 13.8m,独立柱基础,基础埋深3m。牵车平台基础埋深2.5m,最大基础宽度3.16m。南北空调车基础埋深 2.1m,最大基础宽度2.6m,牵车平台和南北空调车基础下.埋深6,0~6.9m 是输煤地下转运站的地下室顶板(图 4.5-8)。

二、工程地质条件

电厂施工场地平整前地貌形态是丘陵坡地,地形由西南向东北方向倾斜。

地基土层表层为风积砂;以下是淡黄或褐黄色的粉土层。这两层土的厚度为2.0~4.0m,呈稍湿到湿,粉土呈硬塑到可塑状态;夹粉砂透镜体;4.0~5.0m 以下是棕红色的粉质粘土层、粘土层,湿到饱和,呈可塑状态,厚度较大,从几米到十多米厚,再往下是强风化的砂岩和泥岩。基岩坡度方向和原地形坡度方向一致。由于受风化、剥蚀、搬运、堆积作用,基岩顶面凹凸不平,场地基岩埋深4.0~27.0m不等,形成了软硬不均、压缩层厚度不等的复杂地质条件。

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厂区经过机械平整进行大面积挖方填方后形成的。所需处理的翻车机房附跨基础、牵车平台基础及南北空调车基础止处在填方区,又经过地下室基础开挖.填方最大厚度达12m。

三、事故分析及处理方案选择

翻车机房东西附跨和牵车平台及空调车基础施工方法是采用机械大开挖,开挖的深度超过主跨地下室基底设计标高,开挖的范围也很大。附跨基础、牵车平台基础及南北空调车基础全部落在填方厚度不等和没有处理好的填土上。

在施工过程中就发现东西附跨基础沉降很大,施工单位采用了直径约0.8~1.0m 的人工挖孔灌注桩加抬梁或挑梁的方法进行加固处理。可是当建筑物落成后尚未投人运营时,许多荷载还未加上,又发现东西附跨与主跨机房内的墙体拉裂,沉降缝上部加宽,附跨房发生倾斜,牵车平台下沉,北空调车基础中间挠曲,南空调车基础西南角向下倾斜,最大下沉量20cm,多处出现裂缝。

经过补充勘察和测试,分析事故的主要原因有以下几个方面;

(一)回填土没处理好

由于机械开挖是不容易平整的,在水平方向总要越过主跨机房界线范围多开挖一些;在垂直方向也总会高低不平。在翻车机房东西附跨4个角外边补钻了6个钻孔的资料得知,所有基础全落在填土上。

按规范和设汁要求.回填土应当进行分层夯实或碾压回填。施工时应控制干密度和含水量、可是从实际看到。填土没有处理好,地基与基础脱离造成基础悬空。有些地方基础下产生、勤。

(二)管道跑水浸泡,加剧了基础不均匀沉降的速率。

翻车机房处在全厂比较低的地方,比主厂房低 6m.大量跑水漏水向地势低注的翻车机房及附近渗流,加速了填土地基的沉降。

(三)挖孔灌注桩施工质量有问题

挖灌注析抑拾梁或杯梁杯换的加固思,路是正确的.十多米厚的新壤.土上成孔.成桩

是不容易的,孔壁坍塌和孔底虚土残留问题都不好解决。如果桩坐落在没有完成自重固结的填土上,桩将随着填土的固结而产生负摩擦力,则会增加桩基础的负担。

当出现基础不均匀沉降后,应安装的设备无法就位,已安装好的设备无法调平试车,严重影响了生产。曾设想采用旋喷桩加固,但对基础下的悬空部位怎样成桩?如何把已发生领硕斜挠曲的南北空调基础纠倾复位,还是难以办到,且工程造价 90万元,建设单位也接受不了。

后由呼和浩特建筑设计院地基基础技术服务部所提出的"钢管桩托换及顶升复位方案"被建设单位所接受,以报价 40 万元确保托换后不再发生不均匀沉降和开裂破坏,并能使空调车基础顶升复位而夺标。

四、压人桩托换及顶升复位设计

(一)桩的材料及形状尺寸

由于填土厚度大,预估桩的最大压入深度达13m,为保证桩的垂直度,采用无缝钢管桩 219×7mm。施工前先把桩管加工成所需要长度的平口短节,每根桩的底节端部加工成 60度锥角,节与节间加导向管焊接。

(二)接桩方法

接桩导向管是用钢板预先在工厂车间卷成的,外径略小于桩管内径,长度为10~12cm。每压入一节桩后,加导向管、放上节桩,找正垂直方向,用电焊将上下两节桩周围焊牢。最上一节桩加钢垫板,用粗制螺栓与基础顶紧。并用管内灌满混凝土,管外涂防锈漆的办法防腐,桩周围用包桩混凝土与基础紧固成一体(图 4.5-9)。

(三)单桩承载力R.,的确定

按只承受端阻力的单桩承载力公式计算∶

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(四)桩数确定

确定桩数的原则是∶总荷载的 35%由加固后的地基土承担;总荷载的 65%由托换钢管桩承担。钢管桩的间距为0.60一1.20mp。按柱荷载的大小和沉降程度,对东西附跨 8个柱基分别布置了10~18根桩。附跨基础布桩共 112根,南北牵车平台、南北空调车基础布桩共207根,总计布桩319根。

(五)桩的压人深度

桩的压入深度一般设计为13m,穿过填土进人老粘性土层。牵车平台及空调车基础下地下转运站的地下室部分,只能以平口桩压到地下室钢筋混凝土顶板上,同时还要控制压桩力达到 230~250kN以满足要求,压桩力包括设计单桩轴向承载力的1,5倍,加上从不利因素考虑,,桩穿过松软或被水浸泡过的填土层要克服的负摩擦力。

(六)顶升纠倾复位

对于翻车机房附跨车间、牵车平台基础发生的不均匀沉降,采用了压入桩托换的方法,维持不均匀沉降差不再加大。在附跨 8个同样大小的独立基础下,根据沉降的幅度分别布10~18根密度不同的桩,沉降大的多布,沉降小的少布.用以调整各柱基础的不均匀沉降。对牵车平台基础由于荷载不大,桩的密度很大,考虑维持不再发生大的沉降就可以了,这种托换分类,国外称之为维持性托换。

由于南北空调车基础已发生的倾斜及挠曲较大,如果不纠倾顶升、则基础上的铁轨不平,车皮就无法在上面运行。从顶升的条件分析,只要上面没有车皮通过,基础就不承受附加荷载而只有基础自重。基础本身系现浇的钢筋混凝土,断面很大具有足够的刚度,可以作进行顶升时的顶升梁考虑。五、托换顶升施工

托换顶升施工不同于一般的建筑施工、特别是本工程的基础完全落在机械开挖十多米厚的填土上,开挖导坑会立不住脚,施工面又在基础下,所以要特别小心谨慎,应严格按下述施工顺序施工∶

(一)施工顺序是先托换附跨.后托换牵车平台,最后讲行南北空调车基础的托换及顶升复位,要求采取一块一块逐渐完成的施工方法。相邻的托换坑要间隔式开挖并及时回填;相邻的柱基不能同时开挖,同一根桩基要分几次开挖托换回填。导坑开挖后要注意支护,应边开挖边支护;同时须保护既有基础和上部结构及人身安全。

(二)压桩和接桩是托换中的主要顺序。要认真记录每根桩的压入深度和压桩阻力,随时核正桩的垂直度,导向管接桩的上下节桩管要焊得牢固。

(三)支模浇灌包桩混凝土时,一定要振密实并塞紧基础与地基土之间的空隙,将料与基础紧固成一体。管内的混凝土可以边压桩边灌注,外涂防锈漆,可在压桩前就涂好。

(四)顶升纠倾复位。南北空调车基础顶升复位分两次进行,每个基础先是用常规办法逐根压桩托换,然后再进行顶升。

当每根桩的托换压桩力满足要求及压桩深度到位后,暂不撤出千斤顶。对于顶升复位影响到的桩,暂不浇灌桩周的包桩混凝土。然后在要顶升纠倾沉降较大的地方铺枕木作反力垫,加放100t、200t和 500t 的千斤顶,同托换桩上的十几台32t 的千斤预相配合,同步(预升高度和顶升速度一致)或不同步顶升、接桩、纠倾。纠倾需要的不同顶升高度用千斤顶完成,撤出千斤顶后,加钢管短节或钢垫板用粗制螺栓使桩和基础顶紧。然后在桩周围支模,浇灌包桩混凝土,平整场地,整修基础和墙体,托换顶升复位工作才告结束。

六、技术经济效果及几个问题的讨论

压入钢管桩处理方法简单、直观、可靠、桩形和垂直度好。施工历时75天,竣工结算费用42万元,节资53%。

压桩时每根桩均压至 200kN 以上。从安全的角度减掉压桩过程中可能产生的负摩擦力100kN左右,还是有足够的桩阻力。从压桩挤密加固后的桩间土承重和桩土共承重的观点及桩的滞后时间效应,满足本托换设计单桩垂直承载力 75kN 是有把握的。

关于压桩撤出·千厅顶后基础梁向下回弹的问题 这次托换在每根桩压桩到位后,桩顶都加了粗制螺栓,用来顶升恢复撤出千斤顶后下降的顶升力。

对桩长 10~13m 的钢管桩,经过许多根平口桩和带锥角的桩的桩测力比较。表明"土塞作用"的空钢管桩与灌满混凝土带键角的钢管桩的压力是一样的,至于桩长小于10m的压桩力是否一致,还有待于今后在;工程中试验比较。

经竣工后的沉降观测表明,本托换工程方案正确,满足了预计的设计要求的各项指标。