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岩土研究院

工程实例-房管所住宅楼预压桩托换加固

275 2022-01-17 15:40:48

一、工.程概述

西安市东北街房管所二层住宅楼,建筑面积192m²,高7m,砖混结构,灰土条形基础,埋深 1.6mn。1990年8月建成,9 月使用时突然发现基础下沉,导致地基悬空桡曲,地基土下沉脱开达300~600mm.上部墙体出现宽达5~40mm.的裂缝,裂缝从墙底向基础沉降大的部位延伸上升,有的直至屋顶,住户纷纷搬迁,建筑物面临倒塌危险。

分析开裂原因是;设计前未进行工程地质勘察,未发现在基础底面下持力层为松散杂填土,该杂填土也未进行妥善处理;另外。由于地下管道大量漏水。使地基十严重被水浸泡软弱,加剧了地基不均匀沉降。二、工程地质条件

经补探得知.地梁悬空最大部位的基础底面下 3'.6m 为松散杂填土,由素粘性土含大量.腐殖物及生活垃圾所组成,处于软塑及流塑状态,承载力低;3.6~8.0m为湿陷性黄土,处于可塑状态;8r 以下属于非湿陷性黄土.处于硬塑状态,承载力高,是桩基的较为理想的持力层。地下水稳定水位的深度为16.2m。

三、设计方案

经研究后,设计分别采用预制钢筋混凝土方桩和钢管桩。

(一)预制钢筋混凝土方桩的断面为 200mm×200mm,混凝土强度C30,第一节带桩尖的桩(锥角60度),长1.2m;中间桩的桩长均为1m;

(二)钢管桩外径φ4159rmm,壁厚6mm;

(三)压桩入土深度按压桩阻力和地梁变形双控制的方法,即压桩的终止压力达 1.5倍的设计荷载和观测地梁变形不超过 3mm。

四、施工方法

(一)对地梁悬空部位首先采用千斤顶支顶住∶

((二}在室外靠墙侧开挖长x宽×高为1.5m×1.2m×2.2m 的竖向导坑,并逐步扩展到地梁底面,再从基础下挖掉0.6~0.8m 宽的洞口;

(三)在洞口中垂直放进第一节带桩尖的预制钢筋混凝土方桩或开口钢管桩,桩顶上放钢垫板,钢垫板上安放 50t千斤顶,千斤顶的上端顶住地梁底面下的钢垫板;

(四)驱动千斤顶加压,加压时每次顶升不得超过千斤顶安全行程 180murn.一个行程完后立即回油恢复到最低高度,垫上垫块再压,节与节间用电焊连接。当桩端达到非湿陷性黄土层中,且压桩力达到设计要求或地基反力超过上部荷载(可观察到千斤顶的顶梁微微上抬)时,应立即停止加压,然后保持压力稳定;

(五)压桩结束后撤出千斤顶。如采用钢管桩,应向桩内空腹中浇灌 C20素混凝土填充,并用电动软轴振动器振实,然后将带有压力表的 50t 千斤顶坐落在桩顶钢板上,调整千斤顶螺杆,在其上端放置钢垫板支顶在地梁底面下,于桩端下0.5m处对称固定两只百分表;

(六)在地梁底面下按上述第一根的做法,继续顶第 2、3、4根桩,面后将桩上的千斤顶同步加压,使地梁恢复原位;

(七)取下桩顶上千斤顶,然后在桩顶上安置好托换支架进行托换(图4.5-13),再在托换支架上安放两台同吨位千斤顶,垫好垫块后同步加压至等于压桩终止压力后,将已截好的钢管塞入桩顶与地梁底面间,调整垂直、并用铁锤将钢楔打紧,此时托换支架两侧千斤顶应同步卸荷至零;

(八)撤出千斤顶,撤除托换支架,对填塞钢管的上下两端周边进行电焊,随后用原土回填夯实工作坑至桩顶下0.2m为止;

(九)在桩顶下0.2m.到地梁底面下部分支模,浇灌强度为 C20 的混凝土承台,并用电动软轴振动棒振实,不得留有空隙,最后将桩和基础浇灌在一起连成整体。

五、桩式托换成果及其分析

本工程桩式托换压桩7根,3根钢管桩(1,3,6),4 根预制钢筋混凝土桩(2,4,6,7),布置在地梁悬空和墙体开裂基础底面下部位(图4.5-14),桩距为1.5~2.0m;观测两根桩上地梁变形。为可靠地确定单桩容许承载力,选择一根代表性桩进行了试桩。为了解托换后阻止证顶回弹变化和桩顶存在反力,对三根预制桩托换后进行了回弹试验,有关成果分析如下∶

(一)压桩

压桩 P-H关系曲线如图4.5-15所示,其结果如下;

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1.压桩入土深度为8.47~14.22m,平均11.85m。压桩终止压力为146.0~256.0kN,平均 192.3kN。压桩终止压力是设计荷载的1.83及 2.45倍,由此可见所压的桩可确保建筑物的安全;

2.压桩阻力随压桩深度增加面增大、但并不成比例关系;当桩进入不同土层时,压桩阻力将发生明显变化,当桩身穿过同一类型土层时,压桩阻力也有较大的变化。分析原因主要是土层不均匀,土层受水浸泡影响程度不同和桩型不同所致;

3.预制钢筋混凝土桩桩阻力由深度8.0m下开始明显增大;钢管桩的桩阻力由深度9.0m下开始明显增大,相比表明预制桩承载力为大。

(二)地梁变形观测

根据P-△s 关系曲线如图4.5-16所示,可见地梁变形 As 随压桩阻力P增加而增大,近似线性关系。当荷载加至 203kN与256kN时,变形量最大达1.38mm和 2.25mm。在压桩过程中经详细观察地梁未出现新的裂缝,说明压桩过程中对上部结构无损;可见采用桩式托换技术是可行的。

(三)桩身垂直度与焊接质量

经检杳所压的桩绝大多数保持垂直,仅少数产生偏差,最大值为8~1Smmn,远小于容许偏差值(桩长0.5%);桩段之间接头和桩顶所垫的钢板与托换钢管的焊接,质量良好。

(匹)试桩

根据试桩资料,绘制 P-s曲线如图 4.5-17 所示。分析如下∶

image.png

1.荷载最大加至 200kN时,相应沉降仅达2.48rm,P-s曲线近似直线未发现拐点,表明强度较高;

2.鉴于钢管桩承载力比预制桩低,考虑不利因素。从控制建筑物加固后不再产生新的沉降角度出发,取桩顶容许沉降s=2mm 时对应荷载 150kN 为单桩容许承载力,则7根桩总的容许承载力达 1050kN,是压桩部位上部结构荷载 650kN的1.62倍,这样按变形和强度双控制方法确定的单桩容许承载力是安全可靠的。

(五)托换卸荷后回弹试验

根据三根预制桩回弹试验测得回弹为1.02、1.24及1.72mm,平均为1.32mm。根据试桩回弹曲线得知,托换后阻止桩顶回弹占总回弹为52%。

六,技术经济效果

本工程所采用的托换技术,桩的传力最为直接,适用于地基土压缩层范围内有较硬持力层的地方使用。对于占城西安市区地表下局部杂填土坑、古井和黄土地基被水浸湿陷,承载力显著降低所造成的不均匀沉降,都会达到理想的效果。尤其对地基产生不均匀沉降导致地梁悬空.造成墙体开裂的建筑物,是一种治本的方法。本工程竣工后,未发现产生新的沉降,使用正常,节约了造价,又保证了安全。