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岩土研究院

工程实例-钢渣垫层处理工程实例

338 2022-02-22 14:14:17

钢渣垫层是一种半刚性材料,具有水硬性,它的强度随时间增长,能提高工程的安全度。钢渣垫层已在道路路面中长期使用,但未见应用于房屋工程。实际上钢渣垫层不仅能增加地基的承载力,而且通过钢渣垫层能使上部建筑荷载应力均匀,可以减少沉降特别是不均匀沉降。为此,将杭州市城建设计院金咸清先生介绍的钢渣垫层作为房屋建筑复合地基工程实例介绍给读者。

在一些软土地基中.往往地表面有一层较薄的硬壳层。其下是深厚的软弱淤泥质粘土层。结合具体的工程实际,如何合理地采用复合地基,节约造价,缩短工期,达到工程建设的目的∶

一、工程的地貌和地质

该工程位于杭州教工路南端,场地平坦。拟建房屋临近街面,城区的一条煤气主干管就在拟建房屋基脚边由南向北通过,因此不宜打沉管灌注桩。如果采用钻孔(挖孔)灌注桩,则投入的成本又太大。基于上述原因,决定采用改良地基方案。

该地区原属武林门与古荡之间的农田水塘范围,地质分布简述如下(图 2.8.1);地表由人工填土和菱白塘泥①组成。人工填土不很密实且厚度较薄;塘泥极软,不宜采用。②号土系粉质粘土,天然孔隙比较①稍小,饱和度为0.85,尚未饱和.其性质稍优于城区常见的淤泥质粘十的标准。可作为复合地基的基底位置,但是②号土下有较深的淤质土壤.压缩性较高。特别是③A 土质较差,厚约3m,会使所建工程产生较大沉降,所以在考虑采用复合地基时,必须考虑有相应的设计和施工措施,以减少沉降。②号土作为复合地基的持力层。根据钻探资料,②号土顶层标高计算列于表2.8.1。场地地质情况如图2.8.1所示。

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标高按黄海基准。

②号土最高标高为3.33m,最低标高为2.60m。除个别地区外,②号土标高相差甚小。

主要压缩层为③A,③A层的顶部标高及层厚计算列于表2.8.2。

顶高指黄海标高。从表中可见,③A压缩层的起伏及层厚均相差不大。由此得出结论,如果采用复合地基虽有一定的绝对沉降,但相对沉降较小。

二、采用复合地基的主要技术措施

采用复合地基有多种方法,如碎石桩、石灰桩、水泥搅拌桩等,对饱和粘土效果不大,重锤夯实的方法可加密表层瓦砾填土,但不能使饱和土密实,结合该工程的实际情况,采用的方法是钢渣混合料垫层。

钢渣混合料由钢渣、煤渣、石灰渣、本土及少量水泥掺和料组合而成。石灰渣指石灰塘中消石灰余留的渣粒;本土指含水量不高的本地土壤,如该工程所挖出的人工填土即可使用。由于混合料的原料都是利用工业废料和本地土壤,因此大大节约了基础工程费用。

钢渣混合料与水泥混凝土和沥青材料均有所不同。水泥混凝土强度大,变形小,是刚性材料;沥青材料允许较大的变形,是柔性材料。而钢渣混合料是介于两者之间的半刚性材料。钢渣混合料因含有各种粒料和本土允许施工加载时所产生的各种变形,同时因钢渣混合料中含有石灰和水泥,具有水硬性和气硬性,材料浇捣后强度会不断提高,能增强使用阶段的承载能力和减少不均匀沉降,保证使用阶段有足够的安全强度。

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该工程改良地基的主要措施就是采用刚性钢渣垫层。

三、地基承载力和建筑物沉降的估计

工程地基的可靠性与否主要取决于是否有足够的承载能力和允许的沉降值。

该工程是一幢3层框架结构的综合楼,层高分别为4.2m、3.9m 和3.4m。单柱荷载最大值为 800kN。按照勘察钻探资料指出的∶②号土的地基承载力特征值是 90kPa,③A号土的特征值是50kPa。

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复合地基(钢渣垫层)厚1m,能使建筑物的荷载传布到整个建筑平面面积内。在此面积内单位面积的荷载小于40kPa,远小于②号土的承载力特征值,从地基规范的观点来论证已经符合安全范围。如果从土力学基本理论极限平衡的观点来看,按照双层土地基理论则更加属于安全范围。

关于沉降的估计和预算∶由于所建工程所处的场地上下部粘土敏感性较高,试验室所取土样难免发生扰动,因而由此所求得的压缩模量值偏低,这在杭州多项建筑工程中都反映了这个问题。

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四、地基处理与结构措施

(一)设计要求

1,在建筑物基底外轮廓线四周范围内,凡遇①A 素填土及①B耕植土全部挖除于净,开挖时注意放坡(控制在 45左右)。

2.挖除后,铺设 20cm 厚砂垫层,砂垫层外圈随45°坡回填,顶部和内侧需用块石叠放(块石厚 30cm),块石间空隙用细石(3~5cm粒径)填入灌实,作为泄水层盲沟,基底以下开挖部分用钢渣混合料(按一定级配)分层夯实回填,基底以上至室外用纯钢渣分层夯实回填。

3。基础下钢渣厚度 H=1000mm,由石灰渣、粉煤灰及水泥拌合而成。重量配合比为粉煤灰∶石灰∶钢渣=23∶7∶70.另外加 2.5%水泥;石灰需充分消化,钢渣粒径不大于7cm;采用人工扒匀,不得在雨天施工,每填1皮(厚度不得超过 30cm),用12t 压路机来回压实,施工时要有专人控制。

4.基础标高以上,室外回填钢渣可不用水泥作掺合料。

(二)结构措施

1.基础采用独立式基础,为减少不均匀沉降,在柱基础间用拉梁进行联结。

2.外墙采用实砌墙,由于窗间墙开得过大,为避免不均匀沉降产生裂缝,故在外墙窗下墙采用双面网片拉结,形成整体。另设胡须筋与柱进行联结。3.内墙采用轻质砌体(加气混凝土)以减轻重量。

4. 荷载不均匀部分设置后浇混凝土接头,待施工最后阶段补浇接头。

5.该工程的建筑平面为L形,对结构刚度及不均匀沉降均产生不利影响。故将L形平面分成两个矩形建筑平面,中间设沉降缝,为减小留缝宽度而设置橡胶碰撞设施。

6.为避免建筑内外沉降差异造成管道破损,内外给排水管接头特别采用柔性接头。

五、施工中应注意的问题

要求施工单位配合作出周密的施工计划,妥善地采用原料,对过大的钢渣给予清除。严格按照重量配合比配料,对垫层组合料作出 20cm×20cm 的多组试块,分期试压。并设置水准基点以注意观测沉降。

六、技术经济效果

该丁程已于1995年3月竣工交付使用,仅基础投资费用就节约 20多万元,占总基础投资费用的40%。此外,该工程使用效果也很好,沉降值最大处为4.5cm,最小处为2.5cm,差异沉降(相邻两个柱)值1.5cm。