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岩土研究院

树根桩加固黄土地区厂房地基

333 2022-06-01 10:07:08

(一)工程和地质概况

该钢铁公司第一轧钢厂是一座始建于本世纪30年代、扩建于1958年的老厂房。其中中小型精整车间为每跨均为27m的三跨单层工业厂房。厂房上部结构为钢筋混凝土吊车梁或钢吊车梁,12~18m的钢筋混凝土托架及27m的预应力钢筋混凝土梯形屋架,1.5m ×6m大型屋面板,少部分为钢柱、钢托架及钢屋面板,钢筋混凝土单独基础、基础底面积为4m×6m~2.5m×5m不等,柱基埋深为2.9~3.4m。厂房每跨中均有4~8台15t的重级工作制桥式吊车。由于第33轴线至第36轴线部分柱基位于厚薄不匀的人工填土层上,地基又未经处理,致使地基产生不均匀沉降,而且长期不能稳定,导致重级工作制天车运行困难,托架节点及屋架上下弦均出现多道裂缝,柱间支撑压曲或拉断,成为该厂生产运行中的重大隐患,必须予以加固修复。


加固前对场地的勘探表明,场地系由第四纪冲洪积层组成;为汾河早期冲积的及东山山涧冲刷携带下来的粘性土及许多连续或不连续呈透镜体状的砂砾及卵石夹层,场地自上而下各土层分别为∶


(1)1.8~4.0m厚的人工杂填土,主要由粘性土组成,松软且不均匀,压缩性极大。

(2)5.7~6.6m厚的软塑~流塑状粉土,呈黄褐色,局部含粉细砂、饱和,灵敏度高,平均标准贯人击数NGs.5为2.3击,地基承载力标准值为90kPa。

(3)11.0~12.0m厚的可塑~硬塑状粉土,呈黄褐色——红褐色、饱和、含铁锰质黑斑及姜结石,压缩性中等偏低,平均标准贯人击数Na.5为11.5击,地基承载力标准值为200kPa。

(4)在28m~30m深度以下为砂、砾石层,混少量卵石,夹粉土薄层,处于中密状态。

地下水位稳定深度为一2.8m。


(二)地基加固方案

由于太原钢铁公司第一轧钢厂中小型精整车间部分下沉柱基如A.-33、bx-33以及BA-33的基础台阶上有两根直径为300mm的上水管通过,无法进行基础顶升,因此决定和其余八个柱基AA-34、Ax-35、Ax-36,bx-36、BK-36、Ex-34、Ex-35、Ex-37共11个柱基采用树根桩进行加固。


榆根桩设置的数量根据各柱基承受荷载的大小而定,多则)36根、少则 6根,桩体的布置要求桩群重心与原柱基重心基本吻合,不致产生过大附加弯矩。桩的布置形式见图9-21,桩长 18m,桩径150mm,采用三角形钢筋笼,纵向主筋为3 根中14mm 螺纹钢,箍筋为φ6mm,间距 250mm,以 XJ-100 型百米油压钻机成孔。


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钻孔不加套管护壁,采用泥浆循环护壁。当钻孔达到设计深度后,压水进行洗孔,待泛出的水变清为止,然后下钢筋笼、注浆管并填入粒径5~15mm 石子至充满为止。石子填

满后继续压水清洗。注浆采用UB3 型灰浆泵,注浆压力可达1.5MPa。水泥浆水灰比控制在 0.5~0.6 之间。注浆到水泥浆从孔口泛出为止,一般每孔注入水泥量约400~500kg,个别孔达 900kg,表明基底局部有空洞。


(三)加固效果

在施工结束后,在施工现场进行了不同长度树根桩竖向抗压及抗拔承载力试验。试桩共作8根,其中 7根为抗压试验,桩长为12m、15m、18m、21m 不等,另1根为抗拔试验,桩长 21m。在桩身不同深度处埋设电阻应变片及混凝土应变计以测定桩身应力,桩端埋压力盒以测定桩端反力。由于采用的水泥为矿渣水泥,而试验加载前的养护龄期较短(18~26天),因此试验加压时,均为桩身混凝土强度破坏,纵向钢筋压曲,桩身下部的电阻片及混凝土应变计反映出的桩身应变均较小,桩端压力盒也没有多少反映,表明桩身磨阻力尚未充分发挥。根据按相对沉降量 s=0.03d的标准确定的单桩竖向承载力标准值为140kN,单桩抗拔承载力标准值为125kN。由于矿渣水泥早期强度低而晚期强度高,随着时间增长,可以预计单桩承载力还将有所提高。抗拔试验时,单桩极限抗拔力为 225kN,最后纵向钢筋屈服被拉断,桩身未拔出,表明桩身与土层之间摩阻力远未充分发挥。

经树根桩加固后,柱基沉降迅速稳定,有效地制止了地基的继续沉降。地基加固竣工后,试车畅通投产,后经多年使用,一直正常。由于树根桩具有扰动性小,施工进度快,造价较低等优点,在老厂改扩建中显示出良好的经济技术效益。


五、树根桩加固污水处理池

(一)工程和地质概况

上海龙华污水处理厂位于第四纪全新世滨海~浅海相成因的深厚软土地基上,场地范围内自上而下各土层分别为∶


(1)黄褐色粉质粘土。厚 2.6~3.2m,可塑状,含铁质锈斑及结构。

(2)灰色淤泥质粉质粘土。厚3.0~3.7m,呈软塑~流塑状,含云母。

(3)灰色淤泥质粘土。厚8.0~8.5m,呈流塑状,含有机质及粉砂团粒,局部夹贝壳碎屑。

(4)灰色粉质粘土夹粘砂。厚 2.5m,呈软塑~可塑状,含黄褐色泥质~钙质结构,粉砂薄层呈稍密~中密状。

(5)灰色粉砂夹粘土。钻孔进入该层 8m 仍未穿透,呈稍密~中密状。各土层的物理力学性能指标见表9-9,地下水静水面离地表仅0.5m。


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龙华污水厂拟建造的四只二次沉淀池直径为 40.8m,埋入土中 5.2m。天然地基承载力显然不能满足沉淀池的满负载,因此必须进行地基加固处理,以提高地基承载力,减少沉淀池的下沉量。


(二)地基处理方案

经对多种地基加固方案经济技术比较讨证后,决定采用树根桩加固地基,以满足工程要求沉淀池在满载时,桩土能承受压力,减少沉降量,在空载时,树根桩能起抗浮作用,抵抗地下水对沉淀池的上浮力。


承受竖向抗压承载力设计时,按桩土协同工作的复合地基原理进行计算,认为桩土承受荷载时变形协调,应力向桩身集中;随着荷载的增加,沉降的增大,桩土承受的竖向应力逐渐增大,桩体分担荷载的份额增长率远快于土体分担的荷载份额增长率,直至桩体承受的荷载为其极限荷载,桩体发生刺入破坏。复合地基的极限承载力为桩体和桩间土极限承载力之和。树根桩的承载力按摩擦桩的经验公式估算,桩周各土层的极限摩阻力按上海市《地基基础设计规范》推荐的灌注桩桩周土极限摩阻力上限取用,对于桩间距大于 6倍桩径时,不考虑群桩效应的影响。


在树根桩承受拔力即抗浮力时,树根桩的作用可作为锚桩,其承载力可参照上海市《地基基础设计规范》推荐的灌注桩桩周土极限瘴阻力下限取用。

设计实际采用树根桩桩径为 18cm,桩长18.95m,抵达第V层灰色粉砂层,间距 2.4m (大于6倍桩径),呈正方形满堂布置,主筋为 3φ20,箍筋为φ6@250。为了增大桩径、提高桩体的承载力,施工设计为水泥砂浆二次注浆成桩工艺。图 9-22为树根桩的布置示意。


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施工时,树根桩的主筋直接深人污水池底板中,和池底底板钢筋相联接。 实际设计每只污水沉淀池布桩 257根,四只沉淀池共计布桩 1028根。


(三)加固效果

四只污水沉淀池工程竣工后,每池经充水 5000m³;预压15天后,观测到的平均沉降量仅5mm,排水抽空后,回弹仅 2mm,永久沉降仅 3mm,完全达到了设计加固的目的,建设、设计施工单位均表示满意,加固获得了成功。