欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

岩土研究院

树根桩在民用建筑增层中的应用

311 2022-06-01 09:37:24

(一)工程和地质概况

上海市东湖宾馆是30年代建造的一座钢筋混凝土框架结构的三层建筑物,高14m,建筑占地1400m²,总荷载为44370kN,分别由28个独立或条形基础承担。条形基础中最大的面积达135m2,最小的独立基础面积仅1.7m2,基础最大埋深为3.2m,最小仅0.85m。为了适应形势、扩大业务的需要,需在原建筑物上增建三层,将楼高增加到25m。经设计计算,增加荷载约23250kN,使总荷载增至67620kN。


地质勘探表明,原宾馆大楼基底持力层为灰色的淤泥质粉质粘土,局部地段存有暗浜,经50余年的压密,地基土已基本完成固结,地基承载力由原来的90kPa提高到108kPa,但经验算仍不能满足加层后部分条形基础的承载力要求。此外,由于地基的不均匀沉降,使结构也产生了明显的开裂,加层前必须先对地基进行补强,以防建筑物加层后不均匀沉降增大,影响正常使用。


(二)加固方案

根据上述情况,基础托换的目的和要求是∶


(1)提高部分承载力不足的条形基础的承载力,以适应增层的需要;

(2)防止因增层而产生进一步的差异沉降,引起建筑的开裂破坏,影响正常使用。据此要求,初拟方案为扩大基础面积,但因施工时难以实施,故决定改用对原建筑和地基土影响或扰动均较小而承载反应灵敏的树根桩进行加固。


树根桩的设计从桩与地基土共同承担荷载的复合地基理论出发,认为在施工阶段树根桩不起作用;托换结束后,在上部荷载作用下地基发生沉降,为保持桩土变形协调,桩体立即发生反应分担部分荷载。由于桩体模量比桩间土大,在桩体上将产生应力集中,桩体中的竖向应力大于桩间土中的竖向应力,使强度较大的桩体承担较多比例的荷载;从而相应降低地基土中的竖向应力。


随着沉降增大,树根桩承担的荷载也越大,直至全部荷载完全由树根桩来承担。


实际设计树根桩长18m,直径15cm,配置3根φ16的主筋,箍筋为46@300。为避免对地坪的过多开挖,在基础埋深较浅的部分,桩与基础的联接采用基础上增厚混凝土的方式,将树根桩的3根钢筋与基础柱钢筋绑扎在一起(见图9-17a);对埋深较大的基础,采用桩顶扩大直径的方式支承在基础底面(见图9-17b)。


image.png


树根桩采用改装XJ100-1 型地质钻机成孔。当钻孔完成后。放入钢筋笼和φ40~30 的注浆管,填入粒径5~25 的碎石子,然后注入 C20的水泥砂浆,直至桩顶冒浆为止。实际施工共计70 天。


(三)地基加固效果

为了更好地了解加固效果,指导施工,在室内设置了17 个沉降观测点,在建筑物加层施工完毕后未产生大的差异沉降,加固部位沉降为 2cm 左右,与周围未加固区域沉降相协调,说明树根桩在本工程中应用是成功的。


三、树根桩控制建筑物不均匀沉降

(一)工程和地质概况

官厅西牵引变电所位于丰台一沙城一大同电气化铁路线上官厅西站附近,是该线电气化铁路的动力电源控制中枢之一。官厅西牵引变电所主控楼为长 30m、宽 9m,高约10m、基础形式为钢筋混凝土条形基础的二层砖混结构建筑物。 主控楼东南部基底,为密实的粉质粘土和粉土层,地基承载力标准值高达 250kPa;在距主控楼西北山墙 10m左右的主控楼基底下下卧着倾角为 20°的由东南向西北逐渐变厚的松软的素填七。最大厚度为 6.5m,承载力标准值为 100kPa。


由于该建筑物施工前未进行地质钻探,套搬了现成的设计图纸,未进行必要的地基处理,致使主控楼建成后因基底地质条件存在着明显的差异,在重力荷载、机车驶过产生的振动及雨水的浸泡下,地基产生严重的不均匀沉降变形,造成主楼楼体拉裂,纵向裂缝贯穿整个楼体,一层圈梁及二层檐梁全部开裂,危及使用,更重要的是地基还有下沉的趋势,因此必须对地基进行加固处理。


(二)地基的处理1.地基处理方案

由于铁路运输不能中断、主控楼不能停止工作,面加固现场施工场地十分狭窄,且还需在室内作业等原因,经反复分析比较后决定采取以下的地基加固方案进行加固处理;


(1)在素填土范围内,沿基础两侧布置树根桩,树根桩穿透钢筋混凝土条形基础,生根于素填土下的密实的粉质粘土或粉土,利用树根桩将上部结构的部分荷载传递到地基的深部,以减少作用在建筑物条形基础底下的土层的附加应力、控制基础的沉隆变形和由倾斜填土坡滑动可能产生的水平变形;

(2)在素填土中进行压密灌浆,灌注较浓水泥浆,以提高回填土地基的密实性,减少填土的沉降变形及由此对树根桩产生的负摩擦力的影响。

要求经树根桩和注浆加固后,复合地基承载力标准值达140kPa。


2.现场试验

为了获得加固设计的参数,取得较好的加固效果,在地基处理前分别先进行了不同成桩工艺成桩质量和速度的比较试验以及树根桩与钢筋混凝土基础间抗剪强度试验。试验表明∶

(1)采用通常的湿法造孔泥浆护壁时,孔内失水较为严重,孔口有时不能正常向上返水或返水很少。采用这种方法大范围成孔,可能造成回填土地基的浸水湿陷,加剧基础不均匀下沉,因而不宜采用湿法成孔。而利用地质钻干法成孔效率较低,成10m深孔需6~8h,采用人工洛阳铲只需 4h 左右,但洛阳铲无法穿透混凝土,因此最终决定采用地质钻配合金钻头钻穿钢筋混凝土条形基础,然后利用洛阳铲铲至设计孔深。


(2)采用"造孔→吊入钢筋笼→放置灌浆管→灌浆成桩"的新成桩工艺制成的树根桩较采用常规成桩工艺即"造孔→吊入钢筋笼→放置灌浆管→回填碎石子→压力灌浆"制成的树根桩桩身质量更好,同桩长和直径的桩的承载力更高。且浆液中加人适量膨胀剂,有助于提高树根桩的摩阻力和桩体的承载力。


(3)采用图 9-19的联接方式,树根桩与钢筋混凝土条形基础间的抗剪强度极限值可达1070kPa,若树根桩的浆液中加入 10%的膨胀剂,则可进一步提高抗剪强度。


3.树根桩复合地基的设计

假设加固后复合地基的承载力标准值可达140kPa,地基中灌浆后回填土可分担的荷载为100kPa,树根桩则承担其余部分的荷载。则条形基础下树根桩的总数n 可按下式计算


image.png

image.png