厚填土不均匀沉降加固.docx

锚杆静压桩技术用于厚填土不匀称沉降工程地基加固石太线白羊塞车辆段工程，是晋煤外运车皮抢修的重点工程，自1979年开工修建以来, 因填土沉陷导致建筑物的开裂，建了七年之久尚未开工。为了彻底整治已沉裂的建筑物， 经多方案比较，最终打算采纳冶金部建筑讨论总院80年月开发的锚杆静压桩新技术进行加 周。在有关设计、施工等单位的协作下，经过10个月的加固处理，完成了 4项沉裂工程的 加固任务，取得了很好的技术经济效果。一、工程概况采纳锚杆静压桩进行地基加固的4项工程是转向架车间、铁利材、锻工弹簧间和 食堂，建筑面积共4105 Hf,其中转向架车间2751 nl二转向架车间是这次重点加固处理的工程。为24m单跨单层工业厂房，地基填土厚 度1-14.2m,原设计在东西山墙的钢筋混凝土条形基础下，设有5.5m-llm长的30x30cm 的钢筋混凝土预制桩，由于桩未穿过填土层，填土遇水后强度降低，致使东、西山墙 严峻开裂，最大沉降量达128mm。接着，南、北墙也发生严峻沉降。其沉降观测纪录 详见以下图：其他3项工程均为钢筋混凝土浅埋条形基础，地基曾进行过强夯处理，建成后由于发 生严峻沉裂，1982年又用旋喷法进行加固，由于对填土湿陷性熟悉缺乏等缘由，也 未能制止沉裂，不得不撤除重建。二、沉裂缘由分析.厂房建在厚度相差悬殊的山坡填土上。填土时未作分层碾压，所以填土质量极差， 遇水湿陷即下沉，这是造成建筑物沉裂的主要缘由。1 .对松散填土浸水后会引起湿陷下沉等特性熟悉缺乏，填土遇水后强度明显下降，并使桩产生负摩阻力；桩长缺乏未穿过填土层，承载力过低，这也是造成建筑物沉裂 的另一个重要缘由。2 .其他三栋建筑物的地基虽做过强夯处理，但因填土含水率较低，压实效果受到影响, 而且强夯的影响深度也是有限的，上层虽已夯实，下层填土仍较松散，当地表水流 入或受毛细水影响时，会造成整个填土层强度降低，所以仍会产生不匀称沉降。3 .填土地基上建筑物排水设施不完善，造成大量地表水流入地基，特殊是施工用水渗本工程共压桩164根，桩长24m,桩段3m,桩截面25x25cm,用C30混凝土制作，桩段连接采纳贴角焊接。柱基桩群的平面及剖面如以下图四、压桩的施工压桩施工标准采纳双控指标，即由压桩力和桩长掌握。本工程压桩力为300KN,桩长为24m。采纳2种压桩方法进行沉桩施工。即压在热轧管基础.上的桩采纳锚杆静压桩，在基础边缘上的桩采纳配重压桩法，压桩各半，其施工挨次如下。锚杆静压桩施工挨次：清除基础面覆土一川风钻开凿压桩孔和锚杆孔一埋设锚杆一安装反力架一吊桩一压桩一接桩一纪录一到达双控指标一撤除反力架。配重压桩施工挨次：场地平整一普碎石10-15cm一铺枕木一铺轨一吊装配重一安装压桩机械一吊桩一 压桩一接桩一纪录一到达双控指标一移动配重架。压桩施工自1987年11月24日1988年5月9日全部完工，总进尺3863m,施工期间未影响热轧管的正常生产，经检验施工质量是好的，压桩施工完全满足了设计要求。入填土内，局部地区消失水坑，造成基础明显下沉。三、锚杆静压桩的工作原理锚杆静压桩是锚杆与压桩技术奇妙的结合，其工作原理就是采用建（构）筑物自重, 先在基础上埋设锚杆，借锚杆反力，通过反力架用千斤顶将桩逐段压入在基础中开 凿或预留的压桩孔内。当压桩力Pp到达1.5Pa （在软粘土中）或2 Pa （在含水量较 低的填土中）时（其中Pa为桩的设计荷载），便可满足设计要求。然后将桩与基础 紧固在一起，该桩便能承受上部荷载，从而削减基础下的地基压力，阻挡建筑物的 不匀称沉降，收到加固地基的效果。这种桩的传荷过程和受理性能特别明确，有利 于设计。压桩时力系平衡如以下图所示：四、锚杆静压桩的设计压桩数量主要依据上部荷重大小而定。转向架车间南北墙下每个独立柱基础经 计算需6根静压桩才能承受上部荷载，但依据原有柱基和桩基状况，新增6根桩 难以设置，我们实行在原有基础两侧增设牛腿承台方法解决。即将基础凿毛并露 出钢筋，与牛腿承台钢筋焊接在一起，新老钢筋混凝土能很好结合，再在桩顶 设置钢筋混凝土梁，使其共同承托上部荷载。南北墙基础加固及桩位布置图详见 以下图：东西山墙的条形基础，采纳拓宽基础预留压桩孔，以扁担托梁形式起到压桩加固目 的。共压桩40根，东西山墙承台加固及桩位布置图如以下图：为了保证压桩施工满足设计要求，打算采纳双控标准，即一个桩长掌握，另一个 是压桩力掌握。压桩力依据以往阅历，在粘土中压桩可按下式计算：Pp=1.5Pa在结构破坏的填土中压桩，因压桩力不受时间效应影响，压桩力必需加大，应按 下式计算。Pp=2Pa式中Pp一压桩力；Pa桩的设计荷载。本工程每根桩的压桩力均在450KN以上，接近千斤顶额定值500KN.为了较少压桩时桩的侧阻力和填土浸水后引起的负摩阻力，我们把静压桩设计成变截面桩，即桩尖段截面大，为22X22cm,这种桩实践说明是合理的。桩头与基础的连接是静力压桩极为重要的工序之一，是传递上部荷重、支承基础荷 重的关键部位。本工程由于压桩孔开凿成倒锥形，封桩时浇筑的是掺有微膨胀剂高等 级强度混凝土。为了增加抗冲切力，利于压桩时的4根锚杆，加焊交叉钢筋，浇筑成 700mm宽400mm高250mm的桩头封顶梁。这样设计，桩头与基础连接的质量便有了 牢靠保证。五、锚杆静压桩的施工1 .钻孔压桩施工转向架车间采用建筑物自重进行压桩，但为了穿透填土底面到泥岩层之间的碎石层和新 黄土层，压桩力不够，所以打算实行先钻孔（146mm）,再压桩的方法，实践说明效果是 好的，与无钻孔相比，压桩力可削减,，能增加压入深度。经检查桩尖均落在泥岩面上了， 见图：2 .水箱配重压桩施工其他三幢建筑物均已撤除，无法采用自重进行压桩，因此选用了水箱配重压桩施工法。 依据桩位孔铺设轨道，在特制平台上设置2个25m3水箱，总重为500KN,用水箱配重 进行压桩，由绞车牵引移动位置，当施工另一柱列线柱基时，需用吊车协作转移轨道 和水箱。3 .锚杆的埋设施工转向架车间基础上压桩孔四周锚杆的埋设采纳3种形式。在牛腿承台部位采纳爪式预 埋螺栓；抗拔力较大的螺栓采纳环氧砂浆粘结，4根30螺栓抗拔力可达630KN,抗拔力 较小的螺栓，那么采纳硫磺胶泥粘结，4根30螺栓抗拔力可达460KN。我们在深层厚填土上压桩这还是第一次，经加固后观测沉降已全部稳定，说明在厚填 土上应用这项技术是胜利的。而且经济效果显著，据估算仅转向架工程采纳锚杆静压桩加 固，比采纳其他加固方法可节约投资20余万元。特殊是通过这项工程实践，和结合这项 工程进行的现场试验，基本把握锚杆静压桩技术在填土加固使用的基本性能，为今后在厚 填土上使用这项技术积累了珍贵阅历。采纳锚杆静压桩和掏土技术对建筑物进行纠偏锚杆静压桩掏土技术的纠偏方法，是锚杆静压桩和掏土技术的有机结合。其工作原理是在建（构） 筑物沉降多的一侧先压桩，并马上将桩与基础锚固在一起，快速制止建（构）筑物的下沉，使其处于一 种沉降稳定状态。然后再沉降少的一侧进行掏土，削减受力面积，增大掏土侧的土中应力，使建（构） 筑物缓慢而又匀称的回倾，必要时可在掏土侧设置少量保护桩，以提高回倾的稳定性，最终到达纠偏校 正的目的。这项新技术已与1987年11月通过冶金部部级鉴定。福州市状元新村4号楼基础托换与掏砂纠偏工程一、工程概况该工程为6层大板结构住宅楼，长33m,宽8m,高16.8m,建筑面积2000起。钢筋混凝土条形 基础，底层室内为现浇架空板，其下无填土，基础下铺设0.7m厚砂垫层。1981年建成交付使用，建 筑物逐年发生沉降、偏斜，直至1985年纠偏前，东北角沉降量为37.5cm,西北角沉降量为31.5cm, 房屋倾斜率到达223%。，远远超过法律规范规定的4%。的规定。居民惶恐度口，严峻危及居民的生命 财产和建筑物的平安使用。二、房屋沉降倾斜的缘由1 .该建筑物建筑在土质很差的厚层淤泥质粘土 I'.,地基土承载力较低；2 .建筑物荷重不对称，南轻北重，建筑物形心在南侧，而重心在北侧，从基础设计状况来看，反而南大北小（南侧基础宽1.6m,北侧宽仅1m）,设计不合理。三、纠偏加固方案1 .加固地基为了快速制止建筑物连续向北倾斜，在北墙基础上布置了锚杆静压桩，依据静力触探资料，桩长选 用11m,压桩力掌握在250KN左右。依据计算，北侧基础上需压桩52根，桩总长572m,当压桩完工 后，马上把桩与基础一较接形式连接在一起，便可承受上部荷载，制止北侧的沉降，为南侧掏砂纠偏 制造了必要的条件。锚杆静压桩桩位布置及其剖面图见以下图：2 .掏土纠偏为了快速制止建筑物连续向北倾斜，我们从基础下的砂垫层进行掏砂纠偏。在整个纠偏施工过程中， 对建筑物的沉降、倾斜、裂缝进行系统观测，准时把握建筑物各部位的沉降状况，以便指导掏土施工。 建筑物在回倾时，应严格遵守缓慢、匀称、掌握调整速率原那么，尽量不使建筑物重新产生不匀称沉降。 为此，在分析本工程大板结构现状后，提出了沉降速率应掌握在5-10mm/d,最终倾斜率满足3%。的要 求。依据计算，东西两侧卜沉量分别为150mm和170mm,竖向回倾值应为246mm和270mm。纠偏后倾斜率和水平沉降值见图：3 .设置保护桩为了防止纠偏超量，使南侧上部荷载传递到深层土中，建筑物回倾后能快速稳定，以及增加建筑物 和居民的平安感，本方案设置了保护桩。保护桩的数量依据计算确定为28根，总桩长为323m,桩断面和施工方法均与北侧相同。四、纠偏加固的效果建筑物纠偏是在居民未搬迁的状况下进行的，经过纠偏，倾斜率由原来的22.3%。回倾倒3%。，完全 满足使用要求。在纠偏加固过程中，上部结构裂缝没有进展，纠偏效果较为抱负。在工程纠偏加固刚刚结束，曾经受一次福州沿海6.2级地震的考验，经对建筑物的全面检杳，一切 完好。于1986年10月9日通过了福州市组织有关部门参与的验收。会上福州市房管局领导赞扬说“冶 建讨论总院为我们卸掉背了 7年的包袱。锚杆静压桩掏土纠偏技术，第一次在福州应用获得胜利”。福 建日报于1986年10月24日在第一版，以建筑“魔师“扶正斜楼为题，赞誉了这项新技术改造 的奇迹。use配重静压桩技术在宝钢的应用use（在特殊状况下）配重静力压桩技术,是冶金部建筑讨论总院综合宝钢一、二期工程交界处 相邻建（构）筑物地基加固，研制出的一项新技术，已于1987年12月通过部级鉴定。这项技术的基本原理是通过特殊设计的一套反力架装置借助千斤顶、压桩架将配重的重量传到 桩上，再由桩传到地基土上，迫使土体侧向变形，到达沉桩的目的。配重静压桩压桩时的静力平 衡如以下图所示：这项新技术适应于大、中型工业厂房和高层建筑的地基加固处理,特殊适用于相邻建筑的地基 加固。配200吨级大型液压压桩设施,可施工中406mm的钢管桩和4（）（）mm、0550mm的预应力钢 筋混凝土离心管桩（桩节长为5m）,桩的入土深度在宝钢地区可达58m,施工时无振动、无噪音、 无污染，侧向挤土小，可在密集住宅区及不能有震惊的环境中使用。在生产厂房内施工时可不影 响生产。压桩设施简洁，压桩架系自行设计制造，配上国产大吨位长冲程千斤顶和大流量高压油泵，即 组成大型液压压桩设施，具有重量轻、操作便利、到位效率高、能自动吊装等特点。这种方法已在宝钢3项工程中胜利得到应用,解决了其他工法难以解决的施工技术难题，具有显著的经济效益和社会效益。现将在宝钢应用状况简介如下。宝钢炼钢厂钢包喷粉站是无缝钢管厂轧制各种钢管供应枉料的重要设施之一，其工艺设施均由 西德引进，原属期同步建设工程，因种种缘由延期，后来要求在已经投产的炼钢厂厂房内300T 转炉旁新建喷粉站。在该时该地区新建喷粉站对加固地基的设计和施T.带来的难度都是很大的。 其特点如下：1 .要确保300T转炉正常生产，不能影响440T吊车吊运钢水包的频繁进行，和地面上大型钢包 平台车的往复行驶。2 .在转炉基础边缘1m处进行压桩施工时不能影响邻近建筑物的沉降和倾斜,其相邻基础位置图 如以下图.拟建区地下有电缆、下水道及5m多厚的杂填土；高度受到限制，场地狭窄，环境很差；噪音 大、温度高、粉尘多。3 .上部荷载较大，要求单桩承载力800KN,生产要求不允许有较大的沉降。经多方案比较，其中包括：旋喷桩、钻孔灌注桩等，最终打算采纳静力压桩施工方案。因采纳这 个方案可解决上述难题，满足上述要求。压桩的设计与施工由我院担当，现将压桩设计施工状况 作概要介绍。1 .压桩数量及桩位布置依据设计计算和构造的要求，钢包喷粉站打算压35根钢管桩，经估算确定压桩深度为46.8m, 桩径为mm,桩总进尺为1638nb压桩桩位布置图见以下图.压桩力的计算将桩压入土中时，必需克服土体对桩的阻力，所以压桩力就是压桩阻力，压桩阻力P由两部 分组成，一局部是桩侧阻力，另一局部是桩尖阻力。其表达式为：式中U一桩周长(m)Fl各土层的桩摩阻力(KN/m2)A一桩尖面积(以)Rj-桩尖阻力(KN/m2)依据宝钢以往的试桩资料，将测得各土层的桩侧摩阻力代入式中厚，得到压桩力约为900KN.2 .压桩架的设计依据压桩力为900KN,压桩深度为46.8m的要求和场地条件，确定设计1台大吨位的配重 压桩架。新压桩架可承受2000KN的反力，其高度为9m,可施工5m长的桩段。该压桩架 结构简洁，占地面积小，可在离障碍物很近处施工，并能自行吊起反力梁和千斤顶，自行 吊桩就位，施工操作简便。3 .桩段和接头设计由于压桩架受到厂房高度限制，所以需将桩分段，每节桩段设计为5.2m,那么46.8m的桩长需由9节组成，有8个接头，接头构造如以下图：4 .选用的压桩设施主要设施除自行设计制造的2000KN级的压桩架外，还配备有500mm冲程的800KN千斤顶和 200mm冲程1000KN千斤顶，以及大量油泵、电动葫芦等。5 .压桩施工挨次确定桩位-在混凝土底板上开凿压桩孔-安放路基箱-压桩架就位-安放配重-吊桩入位-压桩一数据 纪录-接桩-压桩-直至到达设计深度。此外，该项技术还相继在热轧厂煤气管道支架边缘进行了压桩施工，压桩58根,总进尺2050m,在连 铸与炼钢交接处进行了桩基和烟囱工程压桩施工，压桩21根,总进尺1037m,都取得满足的效果，说明 这项技术是胜利的、有效的，在特殊状况下使用本项技术可优越于其他地基加固方法。3项工程压桩状况如 图所示：宝钢三项工程压桩状况一览表序号工程名称施工日期桩径/桩长桩数（根）桩总长（m）备注1炼钢厂内300T 转炉边缘钢包 喷粉站桩基工 程1986.80406.4mm46.8m351638基础边相邻1m2已建煤气管道 边缘热轧管道 支架桩基工程1987.50550mm30m 和 45m582050基础边相邻3m3在已建炼钢厂 边缘连铸车间 柱子和烟囱基 础工程19870406.4mm55m 和 45m211037在栈桥底下， 四周是公路上钢X空分塔改建的基础托换加固工程一、工程概况上钢某场拟将原3350m3制氧机空分塔撤除，并在原地改建成6000m3制氧机空分塔，空分塔基础的底面积为厚1.8m的钢筋混凝土整体基础。1982年曾发生液氮泄漏事故，历时3各月之久，觉察基础向西和偏西南方向倾斜，经堵漏修复，调整了设 施倾斜度后恢复正常生产。基础倾斜的主要缘由是1977年改建时，基础仅作了放大处理，造成在同一基础 底面下有两种不同刚度的地基土，导致基础向软的一方倾斜，此外，新老基础形心又不在同一位置，形成偏 心受力，以及液氮泄漏，使地基土冻胀，加剧了地基的下沉和倾斜。1987年厂房拟采用大修的机会，对局部设施进行更新改造，托付冶金部建筑讨论总院对基础进行加固。二、地基加固的任务与难度地基加固的任务是：1 .提高承载力，由于对局部设施进行技术改造，空分塔需加高5m达25m高，增加重量80余吨， 总重力达6000KN。2 .确保空分塔基础不再有连续下沉倾斜的可能。地基加固的难度有：1 .无地质资料，基础下地质状况不详；.基础曾放大过，基础套基础，应力分布简单，且地基曾被冻胀过；2 .不能在基础本体上进行加固；.场地狭窄，四周都是障碍物，在压桩施工时，不能影响上部进行焊接等施工作业；由于难度较大，设计部门不愿担当此项加固任务。三、加固方案1 .在无法查清基础和地基土的状况下，选用锚杆静压桩加固方案是稳妥的，压桩数应作偏向于平 安考虑；依据计算，设计确定22根钢筋混凝土桩，19号桩因受总气管的影响无法施工，实际压 桩21根，桩长为17m。设计要求压桩力为300-350KN,实际到达420KN,说明桩尖已经进入较好的持力层（亚砂层）。压桩桩位布置图如以下图。2.由于基础本体无法加固，需在基础四周设牛腿承台。承台宽700cm,高800cm,将原基础凿毛露 出钢筋与牛腿承台钢筋焊接在起，并加焊锚固筋。牛腿承台混凝土等级为C25,承台.上要预留上小 卜大的锥形压桩孔和预埋锚杆螺栓。牛腿承台的构造图如以下图：3.依据工程实际状况，桩与基础连接采纳钢板焊接方法封桩。钢板与锚杆焊接，可使锚杆直接承受 桩头的冲切力。当然这种封桩方法造价较高，需依据详细状况选用。于1988年2月27日至3月20日完成了加固施工任务，施工质量到达了设计要求，已与9月9日投 产，使用状况良好，基础沉降已经稳定。上钢X厂扩建工程的基础加固一、工程概况上钢X厂U型管车间属钢管分厂的扩建工程。该车间长150m,跨度30m,净高11.7m,钢筋混凝土结构。柱子承受荷载较大，自然地基不能满足设计要求，车间南面和热轧管车间紧邻， 北面与728蒸发管车间相依，即在两车间之间扩建一跨新厂房。二、基础加固的难度. U型管柱子中心与热轧车间柱子相距很近，两柱中心距仅130cm。采纳锚杆静压桩 加固的桩位距热轧管车间杯口仅15cm。1 .进行地基加固时，肯定不能因振动挤土等影响热轧管车间的正常生产。2 .大型打桩机械不能靠近热轧管车间，无法在设计桩位上沉桩施工。3 .地表土含有大量机油，影响开凿压桩孔和埋设锚杆。三、加固方案开头时曾选用过打钢筋混凝土长桩再设统长地梁，在地梁上设柱子的方案，但因打桩机无法靠近，施工时将影响热轧管车间正常生产,地梁将隔断两车间通行联系，以及造价高等缘由，经多方案比 较打算采纳锚杆静压桩方案。由于与热轧管车间相距太近，我们大胆地将3根，桩设置在热轧管车间的柱基上，此外3根设在热轧管 的柱基基础边缘，由6根桩组成柱基桩群，承受U型管桩管车间柱子的荷重,这种作法不仅解决了“相 距太近”的难题,还可缓解热轧管车间柱基内倾问题，热轧管车间因车间内大面积堆载（不锈钢管）己引 起柱基内倾。为了防止两车间不同下沉时相互影响，设置在热轧管车间柱基上的3根桩,要与基础分别，不予锚固。