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岩土研究院

工程实例-软粘土地基上大型筒仓基础托换加固

258 2022-01-07 09:40:18

一、工程概况

上海电化厂二号盐仓位于黄浦江畔,建造在深厚的软粘土地基上,该构筑物坐落在经砂垫层(厚2.Sm)处理过的暗浜上。构筑物总高度为33rm,由五个直径为 8m,高度为25m,盐容量的重量为800t 的简仓所组成,原基础采用钢筋混凝土筏板基础,如图4.1-23所示。

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原设计是在以前建成的一号盐仓图纸的基础上修改而成。原设计意图是为了减少基底压力,而将基础底板加宽{外挑 4m),使基底压力由144kPa降低为129kPa。

盐仓在 1972年6月建成投产后沉降日趋增大,在纵、横向都有显著的不均匀沉降,最后导致盐仓下部围护结构的砖墙严重开裂;柱子发生不同程度的开裂和倾斜;更为严重的是标高6.5m 平台板沿横梁拉开,该仓向东北倾斜,室内地坪也相应开裂,迫使该仓(5号仓)于1961年 4月停止使用。

1983年12月由同济大学接受该盐仓的加固任务,将整个盐仓室内外填土挖除后,发现基础横向已呈"碗形";基础梁JL4 与JL1 交接处顶面钢筋外露并向上弯折,整个梁断面断裂;沿 JL1 梁处室外基础底板也相应开裂,地下水不断向上冒水。

二、事故原因分析

据1969年4月到1980年.9月,推算盐仓总绝对沉降量约为97cm。从1980年6 月重新设立沉降观测点到1983年 2月间,经13次沉降观测资料得出,最大沉降量为65mm,最小沉降量为 Z6mm,最大沉降速率为 0.069mn/d,纵向沉降差达0.015!,横向沉降差达0.0448t,因此都超出了地基规范的容许变形值的指标.可见地基不均匀沉降是造成盐仓发生严重开裂的主要原因∶

原设计基础底板外挑过大,基底压力选用也大,并超过灰色淤泥质粘土层的容许承载力,这也加剧了沉降和不均匀沉降。

盐仓投产后,随着时间的增长,沉降也随之增加,为了保持室内外标高一致,,室外挑出底板上填土相应填高,因而基底压力随之增加,这又进一步促进沉降量增大,形成荷载与沉降间恶性循环,所以室外填土是使盐仓增加沉降量的重要因素之一。

原设计柱子未考虑风荷载和外界其他不利因素(如不均匀装卸盐量和基础不均匀沉降等)所造成的偏心荷载,如按偏心受压柱针算;则柱子配筋量显属不够,因而导致目前柱子发生不同程度的开裂和倾斜;另外,又误将基础梁 IL3作为梁 ILA支座,即将悬臂梁当作简支梁计算,以致造成JL4梁严重破损;当时对处理暗浜要求控到老土.回填砂垫层需分层夯实等要求,而施工质量都未能妥善得到保证,,这也促使地基持力层存在隐患。

三、基础加固方案确定

综上所述,根据盐仓的实际情况,曾对基础加固提出下列两个方案。

(一)桩式托换法

桩式托换是将托换工程所需要的桩打到地基土中达到设计标高后,就可用搁置在桩上的托梁系统来支承,其荷载的传递是靠楔或千斤顶来转移,这种桩在国外都采用桩端开口的钢管桩,以便使桩周的土尽可能不挤出和扰动。

结合盐仓加固,又曾设想采用打入预制桩,钻孔灌注桩或静力压桩三种方案。前两者都遇到一个施工上室内净空高度受限制的问题,后者会遇到一个选择千斤顶反力支座无法解决的问题,而且不论上述何种桩式托换,都要使基础底板遭到削弱,地基土会有一定程度的结构破坏,技术上难度大,施工费用贵,并带来一定的风险性,最后决定放弃桩式托换方案。

(二)基础减玉和加强刚度法

本方案主要是卸去室内外国填土,借以降低基底压力,满足地基土的强度要求;同时增加纵、横向基础梁的空间刚度,以减少地基不均匀沉降。

从基底压力计算表明,加固前盐仓的回填土约为3000t.占盐仓总重的 27.6%。根据当时沉降观测资料分析,个别盐仓卸空后,地基土有回弹现象,这说明采用卸载措施具有实际意义;同时,加厚基础底板和增大基础梁,形成近似一个箱形基础,使基础刚度大大加强。这样既不改变原结构受力体系,又不破坏原基础底板和扰动地基土结构,施工方便,费用减少,方案稳妥安全,经深人研究讨论后,最后通过此方案。

四、基础加固设计

(一)基底反力确定

原设计盐仓的基底反力是按平均分布计算,鉴于上海某高层建筑的箱形基础基底反力实测资料证明是中间大而两边小。为了简化起见,采用边跨基底反力为平均反力的0.8倍. 中跨基底为平均反力的.1.2倍。

(二)处理基础梁JL4 开裂问题曾产生过三个方案∶

1.在基础梁两侧增设两根梁,以代替JL4梁的作用;2.在两根JL4梁间的外挑基础板上增设一根梁;

3.在原有基础外挑板上增设新的底板,基底反力通过悬臂板而直接传到纵向JL1上,此时JLA 梁可不予考虑受力,最后决定采用这个力的传递系统。

(三)支座反力与柱压力不符的问题

确定盐仓基底压力后,一般以柱子为支柱,地基的净反力为荷载,按普通的平面楼盖进行计算。这种反力与柱压力往往存在不相等的矛盾。究其原因,一方面是反力按直线分布及视柱子为不动支座都可能与实际情况不符;另一方面,柱压力数值本身亦未必可靠,厌为在确定这些柱压力值时,并未考虑盐仓(包括基础)的整体刚度和地基变形对荷载在上部结构中传递和分配所起的共同工作。因而应着重于结合实际情况,可在配筋和构造上作某些必要的措施,力求合理可靠,

(四)构造措施

在盐仓基础底板、梁和柱的加固中,都要涉及新旧混凝土结合连成整体起共同工作的问题。

在基础底板加固方面,由于板接触面大。对旧混凝土板面可稍加凿毛即可新旧板面结合连成整体起共同工作。

基础染的顶而与两侧面都要求粗凿毛.并在梁的两侧面每隔 750rom.凿一条竖向齿槽(宽 50nmm,深10~15mm),在梁中凿一条水平齿槽。另外,在梁面每隔400rm 凿出原有主筋与钢箍,增加 φ14的U 形钢筋与原有主筋焊接。

对柱子的加固,要求将开裂处混凝土和被盐水腐蚀的混凝土全部凿掉。其他部位要求粗凿毛。同时,对已发生倾斜的柱子采用外包混凝士的不同厚度来加以校正,力求使其连成整体共同工作。

原盐仓下部围护结构几平全部开裂,要求全部拆除。为了加强下部结构的刚度,除将砖柱改为钢筋混凝土柱外,并增设角柱与圈梁和过梁连成整体。同时,为了减轻自重.将窗户扩大,并将新填充墙改用大孔砖砌置。

盐仓基础加固后的剖而图如图4.1-24所示。五、效果与评价

盐仓基础加固工程于1985年3月全部完成,7月开始加载试压,加载时采用分仓分级、

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对称、均匀的措施,荷载由少到多,到达一定数量级时再卸载,继后又逐步加载。经四个月来试压结果,其全部满仓的最大沉降量为 27mor.,最小沉降量为 7mm。从试压沉降曲线分析,沉降大致趋于均匀,在结构上未发现有任何开裂现象。实践证明,盐仓基础经加固后,可起到预期减少沉降和调整不均匀沉降的作用;基础结构可靠,沉降日趋稳定,确已达到加固的预期目的。

加固费用共17万元,如用静力压桩方案估计需要 60万元,节约造价 43 万元。盐为电化厂生产主要原料,加固前该仓面临全面停产,加固后盐仓重新投人生产,每年可减少盐损失7600 吨,以每吨 200元计,每年可为国家节省152万元。