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岩土研究院

工程实例-基础钻孔注水加压法纠倾

253 2022-02-09 09:44:31

一、工程概况

某工程的钢筋混凝土烟囱距采暖锅炉房净距 6m。烟囱高29m,顶部净直径1.6m,采用直径7m. 的钢筋混凝土圆板基础,基础埋深3.5m,下做100mm.厚的素混凝土垫层。烟囱和基础总重量为191t。

该烟囱于1959年建成使用,1962年9月测得顶部中心与-1.5m 高程内地坪中心的偏移量为370mm(倾斜率12.1%o),至1963年4月增加到 430mm(倾斜率14.1%),大大超过规范的允许值。考虑倾斜产生较大的偏心力矩。会进一部加剧烟囱倾斜。决定进行纠倾。

二、工程地质条件

建筑场地位于黄河以南的二级阶地上,地势较平坦,第四纪黄土洪积层覆盖约 26m 厚,其中 15n.内夹有很薄的卵石夹砂互层。黄土的塑性指数7~8,天然孔隙比1.0~1.2,天然含水量 10.0%~14.8%,相对下沉系数0.033一0.068,参考原苏联HNTY 137一56规范的规定(编注;本工程实施较早),假定湿陷量为637.2mm.,属Ⅲ级湿陷性黄土地基。

当地的地下水位一般在地表下27m左右的卵石层内。探井钻至 18m 深,未见地下水和卵石层。

三、倾斜原因分析

明显是地基浸水湿陷所引起。1961年夏季山洪冲入锅炉房,井在烟囱西南边地面形成三个直径 30~40cm.的陷洞,山洪过后仅将陷洞作了填塞处理。1962年7月锅炉房上、下水管漏水,锅炉附近经常有 30cm 深的积水,致使锅炉房地基下沉,两端相对变形达570mm,墙身严重开裂。由于大面积的地基湿陷波及烟囱基础,引起烟囱倾斜。

四.纠倾设计和施工

(一)方案选择

考虑钢筋混凝土烟囱整体刚度较大,且该烟囱在纠倾期间并不影响使用,对纠倾期限无严格要求。浸水纠倾法简单经济,但在当时很少进行,希望通过本工程实施取得处理湿陷性黄土地基事故的有关经验。故决定采用浸水结合堆载方法纠倾。

(二)方案设计和施工

1.方案设计

在沉降较少的一侧布置五个注水孔(图6-11),根据烟囱倾斜情况和各孔所处位置,计

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算需要的纠倾沉降量和浸水量。为此,在现场做了无压浸水试验确定渗透速度和范围.并参照有关资料做以下计算假设;α)用原苏联 HNTY127--55 规范的单独基础沉降计算公式和各注水孔位置所需要的纠倾沉降值推算压缩层厚度,作为被水浸湿的球体直径,并假定为土层所需的浸湿范围,各注水孔湿球分别计算注水量,搭接部分不予扣除;b}考虑在沉降较小的一侧堆载对压缩层厚度的影响;c)浸湿程度控制在土的塑限范围内。计算的注水量为;1 号孔3t,2a,2b号孔各2t,3a、3b号孔各0.7t。

要求注水分三次进行,第一次为计算注水量的 50%,第二、三次各为25%,每次间隔四昼夜,观测到烟囱无异常变位时才进行下一次注水。

为防止纠倾过程中地基的突沉,在沉降较大一侧距基础底板边缘 700mmi 的半圆上施打石灰桩,桩距50cm,深7m,以降低该侧地基土水分;在烟囱简身上加设缆风绳。纠倾速率要求控制在 10mm/d的偏移量内,当烟囱倾斜值回复到允许值时停止注水,保留一定的滞后沉降量。

2.实施过程

(1)淮备工作

在烟囱筒身上打抱箍固定缆风绳;设置基准水准点、沉降观测点、经纬仪观测点和垂球观测网格;按设计要求施打石灰桩等。

(2)堆载加压

在烟囱浸水一侧地表堆载约 500kN。

(3)布设注水孔

按设计平面布孔。钻孔深 5m,在钻孔中插入 100~150mm 直径的注水钢管,插至基底标高以下 1.2m 处。孔底以上1.2m内填充卵石,上部填以素土。在钢管内安装水位测定浮标(参见图6-12)。

(4)分阶段注水

先按设计的第一次注水量注水,历时12d,烟囱顶部中心仅向北移位6mm,纠倾速度太慢。决定不按设计注水量注水,而根据现场监测资料控制注水量和注水速度。

注水分两个阶段进行∶第一阶段从1963年10月21 日至1964年1月7日,历时78d.注水 31.2t,该阶段注水量较少,纠偏缓慢,日偏移回复量最大值4mm,平均值1.3mm,总回复量102mm;第二阶段从1964年4月28日至7月5日,历时68d,注水 46.7t,该阶段注水量较大、纠倾速率较快,日偏移回复量最大值12.5mm,平均值3mm,总回复量185mm。各孔浸水时间和数量见表6-9,注水过程用浮标控制,管中保持85cm 的水头。

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(5)结束纠倾

第二阶段注水结束时烟囱倾斜已减小到规范允许的范围内,于7月5日停止注水,继续监测,至7月15日偏移值又回复了19mm,随后逐步趋于稳定。

3.监测工作(1倾斜观测

用垂球法测定烟囱上口中心点在烟囱内地坪上投影点的移动轨迹,为避免温度和日照影响,每天定时观测,图6-13是烟囱上口中心点投影点在纠倾过程中的移动轨迹图。此外还用经纬仪在烟囱外部观测倾斜的变化。垂球法和经纬仪观测的结果是一致的。

(2)沉绛观测

在烟囱南、北筒身上设置两个沉降观测点 A.B,两点间的距离为2.6m,沉降观测纪录见表6-10。沉降观测数据用于校核倾斜值,并作为控制烟囱绝对沉降值的依据。

(3)土的含水量测定

距1 号孔 5m处设有11m深的探井,注水前期每天在探井不同深度取样做含水量试验意图摸清土的浸湿情况。'但该项测定数据分散,未起到指导作用。

(4)烟囱简身裂缝观测

从注水开始到1963年11月2日,在烟囱与烟道接口处出现微细裂缝,至11月10日裂缝扩展到3~4mm,呈上宽下窄状。施工结束时裂缝宽增至12mm,并在烟道上出现两道宽7~10mm 的新裂缝。

4.问题分析

本次纠倾中的辅助措施(拉缆风绳、打石灰桩、堆载加压)因缺乏经验而采用,在本工程中实际效果不大,以后是否采用宜视不同工程而定。

计算注水量与实际注水量存在很大差别,分析是由于计算假定与实际存在着差别和水在土中有较大的扩散所致。根据监测结果确定注水量和注水速度的决定是正确的。

五、纠倾效果

停止注水后 10d(1964年7月15日),烟囱顶部中心的剩余偏移量减少到124mm,剩余倾斜率为 4.07%,且变形已趋于稳定,达到纠倾目的。


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