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岩土研究院

钢渣桩加固多层教学楼软土地基

328 2022-05-31 09:13:34

(一)工程和地质概况

某六层框架结构的教学办公楼,占地 1000 多平方米,建筑面积达 5000余平方米,位于以黄浦江淤泥充填的菜地上。原设计开挖后采用筏式基础天然地基方案,但经地质勘探发现。大楼部分基础位于淤泥回填的大十坑上。坑底最深处距自然地表面下5.5m。而目十质结构疏松,均匀度很差,属中~高压缩性土,地基承载力远低于120kPa 的承载力设计要求。不宜作为拟建建筑物的天然地基,因此,必须修改原基础方案或对地基进行加固处理。场地范围自上而下各土层的物理力学性能指标见表 8-37。


(二)地基加固方案的选择

鉴于填土层均匀性差,结构疏松,不宜作为持力层的状况,设计单位提出采用桩基础,以标高为一20.73~一22.76m 以下的暗绿色粘土层作为桩基持力层的加固方案。


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根据计算,若采用设计部门建议的摩擦端承桩方案,需打23m长的钢筋混凝土桩178 根,地基加固费用约36万元,为建设单位难以承受,所以该方案未被采纳;如采用摩擦桩方案,采用10m 长的钢筋混凝土桩,以第 Ⅱ层淤泥质粘土夹粉土层作持力层,以筏式基础作短桩的承台,则需用桩400根,耗资约24万余元,地基加固费用仍过高。而如采用箱形基础,则因第Ⅱ、N层淤泥质土承载力过低,压缩性高,变形和强度验算难以满足要求,此外建设费用也太高,未被采纳。而局部换填方案,则由于土方量过大。运输、换填、材料费用较高,约需16 万元以上,此外场地土的结构性较强,换填开挖过程中可能会对土层产生严重扰动,造成土体结构的破坏、强度的大幅降低,影响地基加固的效果,因此,最后也未被采纳。


经过多种地基加固方案从技术经济等多方面论证后认为,上海地区钢渣资源丰富,价格低廉,而钢渣具有水硬性的特点。成桩后具有介于钢筋混凝土桩与碎石桩之间的半刚性桩受力特征,具有比碎石桩更高的加固效果,经钢渣桩加固,复合地基承载力可较原饱和软土地基提高 100%左右,地基的压缩变形也较碎石桩复合地基小,具有可靠的技术保证,而地基加固费用仅为10.8万元。同时,由于地基表层土经钢渣桩的吸水挤密得到压实,只需挖去几十厘米的松散面层,可大大减少挖方量,加速了施工速度。所以最终确定采用钢渣桩加固方案。


(三)钢渣桩的布置

根据本工程的基础形式及工程地后特点,钢渣桩采用满堂布桩。 桩间距取 沉管百径(采用325mm的桩管)的3.5倍,因本场地土质较差,实际取为1.lm,按正方形布桩。在建筑平面四周再增设一排护桩。桩长根据结构的设计要求及工程地质状况布置,在坑内吹填土5.5m深处采用7m 长的桩,在吹填土为2.5m 深的区域采用4m 长的桩,两区域之间过渡区采用5m长的桩,桩的布设见图8-36 所示,保证桩尖处附加应力小于该处地基承载力设计值。


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(四)钢渣桩的施工

钢渣桩施工采用上海铁路局打桩公司设计改装的汽车式振动打桩机,沉管直径325mm,长10m,振动器功率为40kW,采用管外投料法施工。为避免连续施打对土体产生过大扰动引起土体侧移造成断桩,打桩采用隔排跳打的方式由桩长较长的区域向桩长较短的区域推进。


打桩从1986年4月 25 日开始到5月 24 日结柬,前后一个月共打钢渣桩 935根,其中7m深的桩 289根,5m 深的桩85根,4m 深的桩561 根。总投钢渣量为 2162.85t,7m 深桩实际投钢渣量为 939.88t,平均每根投钢渣量为3.25t;5m深桩实际投钢渣量为210.8t,平均每根投料量为 2.47t;4m 深桩实际投钢渣量为1012.1t,平均每根投料量为1.81t。


(五)地基加固效果

在地基加固结束后 28 天,对复合地基的静力载荷试验表明,复合地基承载力已达160kPa,较原天然地基提高了 167%,达到了预期的加固要求。


在教学大楼基础施工起至竣工后的连续沉降观测表明(见图 8-37),大楼在主体框架结构及楼屋盖结顶后的平均沉降量为6.2cm,在全部墙体砌筑完后的平均沉降量为9.4cm,在全部竣工后平均沉降量为10.4cm,尔后,沉降趋于平缓,沉降曲线收敛于水平切线,最终沉降为11cm。建筑物各沉降观测点的沉降观测表明,沉降差异很小,最大仅0.6cm,满足了规范对变形控制要求。经钢渣桩加固后,地基的沉降量较原天然地基计算沉降量减少了80%左右,并且消除了会给大楼造成破坏的不均匀沉降,地基加固圆满取得了成功。


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