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岩土研究院

振冲置换碎石桩加固高层建筑下软土地基

351 2022-05-27 10:40:19

(一)工程地质概况

该饭店主楼高12层,副楼10层,长75.6m,宽12.5m。场地上部为全新世沉积物,下部为晚更新世古滇池河湖相沉积物。自上而下场地土大致分为∶


(1)杂填土层,厚0.3~1.2m;

(2)粘土~粉质粘土层,可塑~硬塑状,厚 0.95~3.6m,承载力为160kPa;部分地段粘土中含有机质,呈可塑状,层厚0~1.55m;

(3)淤泥~淤泥质粘土层,含较多水草,软塑~流塑状,在场区内普遍存在,厚度2~4.5m;含水量 52.6%,承载力为80kPa;

(4)粉土层,呈可塑~流塑状,厚度0~1.95m;

(5)砾砂层,含砾量15%~50%,砾径一般1~2cm,最大4~6cm 砂粒含量约占20%,含泥量较多,小于0.1mm 粒径占30%以上,厚度2~6.65m,中间夹有 0~3.7m 厚的流塑状粉土层;

(6)粉土、粘土、粉质粘土、细砂互层,粘性土处于硬塑~流塑状。各土层的物理力学性能指标见表7-42。


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(二)地基加固方案

云新饭店原设计在条形基础下布设18m 深的混凝土预制桩,桩截面积为 0.4m×0.4m。在开挖基槽时,由于淤泥具有流动和触变性,导致边坡失稳,基坑积水达6m深,工程无法进行。根据地质勘探报告,淤泥埋深在地表下3~4m,厚度2~4.5m,天然条件下地下水位仅1.0m左右,但淤泥下的砾砂层却处于不饱和状态,可见由于淤泥的隔水作用,使淤泥以上存在的上层滞水,如人为的设置排水通道,即可使上层滞水沿竖向排水通道流入下部砾砂层,使上部土体排水固结,强度得到显著提高。因此,决定将桩基方案改为振冲碎石桩方案,将条形基础改为箱形基础,增加地下室1000m²。基础方案变更后,基础埋深为4.1m,落在第3层淤泥层上,部分在第2层或第2亚层上。根据上部结构的要求,地基承载力标准值应不小于294kPa。


(三)振冲加固设计

根据水电部昆明勘测设计院的大型三轴试验成果,在围压为100~200kPa,碎石体重度为20kN/m³时,碎石桩内摩擦角大于50°。

由于碎石桩的极限承载力可按式(7-37)估算,

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取安全系数为 2,则碎石桩承载力标准值为547.8kPa。

根据复合地基承载力计算式。当淤泥中置换率为0.4.时。复合地基承载力标准值可达294kPa。根据地质勘探报告,确定振冲加固深度一般取 8m,进入砾砂层深度不小干1m。对第5层中粉土层厚度大于lm 的地区,为防止地基的不均匀沉降,振冲加固深度加大到11m,穿透粉土层达下部砾砂层。


云新饭店基底面积945m²,按1.8m 孔距呈梅花形布孔,共 383孔,桩径 1.1m,平均单孔控制面积为2.47m2²,置换率为0.4。


考虑基底应力扩散及为减少边缘土侧向变形,在基础外布置二排碎石桩作为保护桩。


(四)振冲加固施工

由于云新饭店地基表层有3~4m粘聚力在 38.2~43.1kPa 的硬壳层。在水中不易崩解和湿化,采用连续投料法施工,振冲器与周围土没有足够的空隙可让石料落到孔底,必须将振冲器提出孔口,采用分段投料法施工。采用分段投料法施工,必须是填料后振冲器能下降到原来的位置使填料能自上而下连续加密。由于 30kW振冲器自重较小(小于1t),振动力仅 78.4kN,电机额定电流仅60A,要使直径为1.1m 的碎石桩致密有一定困难,因此,决定采用自重大于 2t,电机额定电流 150A,振动力156.8kN的75kW的振冲器进行施工。

整个工程共造桩5228 延米,用碎石料 6273.6m3,平均每延米1.26m3。


(五)加固效果

为了检验加固效果,分别在地表下1.5m 深处(粘土、粉质粘十)和3.5m 深处(淤泥顶面)进行了静载荷试验,载荷板面积为 2500cm²。试验的 p-s曲线见图7-51。取相对沉降

量的百分之二为承载力基本值,则三组静载试验的单桩承载 力基 本值在 512.5~538. 2kPa。基槽开挖后,在淤泥地层中实测了91根碎石桩,桩径最小大于90cm,最大超过1.4m,平均桩径 1.13m,单桩面积1m²,置换率达0.4,达到了设计要求。


在基槽开挖时,还对淤泥取样进行了室内土工试验,试验表明。经排水固结后土的物理力学性能有了明显改善,见表 7-43。由干 上层滞水通过碎石桩得以渗漏到l砾矿层。 地下水位降低。淤泥层也得到固结。振冲前开挖基槽因淤泥具有流动性而边坡失稳;振冲后,因排水固结地基土物理力学性能得到改善,基槽开挖深度超过4.1m 时,没有采用支挡措施,基坑仍未产生失稳趋向,基槽干燥,在雨季也没有发生积水,碎石桩的排水性能得到良好的发挥。


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大楼自箱基建成后开始沉降观测。在大楼四周设置 10个沉降观测点。每增加一层观测一次沉降量,成果见图7-52。1~5层沉降量很小,每层平均沉降量 2.6mm。5~12 层沉降量较大,平均每层沉降量为 6mm,地基处于弹塑性变形阶段。各观测点之间不均匀沉降斜率最大为1.8%,最小为0.185%。饭店1987年春落成开业,实测最大沉降量为7.9cm,最小沉降量为 3.7cm,各测点间不均匀沉降倾斜率均在 2‰以内,被评为优质工程。