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某办公楼地基基础处理实例

    [摘 要]针对某办公楼出现大量裂缝的现象,进行了事故原因分析,在此基础上提出了压力灌浆加静压的地基基础处理方案,较好地解决了防止裂缝继续开展,保证正常使用。 
    [关键词]地基基础;不均匀沉降;压力灌浆;静压桩 
    中图分类号:TU47  文献标识码:B  文章编号:1004—4345(2006)04—0040—03 

Foundation Treatment on Certain Office Building 
DENG Jian—hua,Wang Huo—zhu,XIAO Xing 
(Ji’an City Planning Administration,Ji’an,Jiangxi 343000,China) 

  Abstract  With regard to occurrence of massive cracks seen in certain office building, the paper presents the analysis on accident causes,based on which the foundation treatment solution of using pressure grouting and static pressure pile is proposed,The solution helps prevent further deterioration of cracks and make sure office building is put into normal service. 
    Keywords  foundation;differential settlement;pressure grouting;static pressure pile
    某办公楼为 4层框架结构,长56m,宽 16m,柱网跨度为 6.8m、2.4m、6.8m,开间8m。(详见图 1)该楼于1999年竣工投入使用,1年后发现房屋中间部位的墙体和梁上出现了多条斜向裂缝(图2),最大裂缝宽度达到 2.5cm,已严重影响了正常使用,经有关部门签定,结构安全存在隐患,需要进行加固处理。



1裂缝情况及产生原因分析 
    裂缝产生的部位较为集中于④~⑤轴线间,基本上由墙洞部位开始沿内外纵墙裂缝呈45°角斜向开展,最大裂缝宽度达2.5cm;框架梁在梁端部位也有大量45°斜裂缝出现,裂缝宽度最大为 5~6mm;横隔墙上有部分裂缝,但宽度较小;楼板面上有通长的基本平行于横墙的裂缝,宽度约为2mm。从裂缝发生部位、形状来看,由不均匀沉降产生的沉降裂缝的可能性很大,据工程地质勘察报告,场地由上至下土层情况依次为: 


  (1)填土:浅黄色,土质松软,组成成分为建筑垃圾及余土,新近填成,层厚0.79—2.00m; 
  (2)粉质粘土:灰~灰黄色,上部 0.40~0.60m为耕土,软塑,N=2击,fk=80~90kPa; 
  (3) 淤泥(泥灰土):黑褐色,局部夹粉土,流塑,N= 1~ 2击,fk=40~60kPa。层厚0.00~ 7.87m,层面埋深1.00~3.75m; 
  (4)花岗岩风化坡积土:土性为砂质粘性土,灰白、浅黄色,含中粗砾,可塑,N=5~13击,fk=100~230kPa,层厚1.70~ 7.30m,层面埋深 2.10~9.07m; 
  (5)花岗岩风化残积土:土性为砂质粘性土,浅黄褐色,含中粗砂,可塑一硬塑,N=13~24击,fk=230~320kPa,层厚 2.90~9.00m,层面埋深 4.00~12.26m; 
  (6)强风化花岗岩:N>50击,层面埋深 8.17~22.68m(详见图 3)。场地地下水丰富,水位埋深约为0.3m。从报告分析,场地东面存在 9m厚的软弱土层,属高压缩性土,在建筑附加压力作用下后期沉降量大。

  建设场地土层变化较大,淤泥(含腐木)等软土的分布极不均匀,层厚由西向东递增。花岗岩风化层层面由西向东倾斜,西面埋深较浅,为1.0~3.0m,而东面最深处为9.07m。基础设计①轴~④轴采用了人工挖孔桩,⑤~⑧轴由于花岗岩埋深较深,且上部土层含水丰富。人工挖孔桩无法成孔,设计采用挖除杂填土换填粗沙(1.0m厚)方法进行地基处理,然后采用柱下独立基础(图3),基础埋置深度为-1.5m。
    基础设计在同一结构单元内采用了2种不同的基础形式和选择不同的持力层。地质条件较好的西段,采用了人工挖孔桩基础,桩端支承在坚硬的花岗岩残积土层里,沉降量很小;而地质条件差有较厚软弱土层的东段,则采用了独立基础,基底落在杂填土层上,仅在基础底采用换填砂垫层,对下部6~8m深的软弱土层未作任何处理。采取这种不正常的基础做法反映设计者缺乏对地基沉降概念以及沉降造成的危害缺乏足够的认识,对设计规范要求也不熟悉,没有严格遵守.尽管在设计中采用了加大地梁的做法,但也于事无补。事后根据规范进行地基沉降计算,桩基础的最终沉降量为 1.4mm(桩长10m,进入坚硬状花岗岩风化层),独立基础最大沉降量为⑤线柱基达200mm,④-⑤线沉降差约为0.023L。根据实际裂缝发现时的沉降观测,④轴线处桩基沉降量为0.7mm,⑤轴线处独立基础的沉降量为 100mm,相邻柱基沉降差达到0.01L,远远超过规范规定0.003L的限值。考虑到下部的淤泥质土属高压缩性土层,压缩沉降需要一个较长的过程,因此裂缝发现时,沉降尚未稳定(估计完成 60%),裂缝仍将继续开展,结构存在严重的安全隐患,必须尽快进行处理。
2 基础处理方案与施工 
2.1 处理方案 
    淤泥质土在自重作用下由于失水会产生固结沉降,在建筑物附加重力的作用下固结沉降加速,首先对淤泥质土进行处理,控制地基的继续沉降。经对土层情况的分析,经多方案比选后,决定采用压力灌浆加固法,通过水泥浆体在淤泥土中的渗透和固化作用改善软土土体结构,提高压缩(变形)模量,从而控制住沉降:其次采用静力压桩方法将独立基础荷载扩散传至下部经压力灌浆处理后的土层和花岗岩残积土中,使其与人工挖孔桩部份在后期的沉降趋于一致,避免后期不均匀沉降继续发展,确保结构安全。 
    采取压力灌浆与静压桩相结合的处理方法,主要是考虑如果仅进行压力灌浆处理,半刚性的复合地基与刚性的人工挖孔桩相比压缩模量之间的差异仍然存在,后期沉降及裂缝难以保证得到控制。压力灌浆的主要目的是解决淤泥质土长期固结沉降带来的使用期间地面沉陷问题,同时能够为静压桩提供侧摩阻力,提高单桩承载力。而采用静压桩,桩端落至坚硬的花岗岩风化层上,能更有效地避免沉降不均匀发展。
2.2 压力灌浆施工 
    压力灌浆的工作机理是以一定的压力,将水泥浆通过双液管注入土中,对软土进行割裂、扩散挤压和充填,并经一定的化学作用凝固后在软土中形成脉状充填,降低空隙率,同时能使土体产生压缩和脱水固结,工艺流程为:制浆 成孔下管 液压注浆土体割裂 挤压与充填 固结。 
    灌浆孔的布置:④~⑧轴线范围内每个柱周围布置8个孔,孔距小于2.0m,其余范围按纵横间距3m网格布孔;加固深度4.0~10.5m,孔底部进入花岗岩风化残积土层中;注浆采用跳孔和冒浆回灌以及低压、慢灌、多量的工艺方法,尽量注入较多的浆体;二次注浆: 在软土较厚的孔段,为增强灌浆效果,经第一次灌浆在土体一定的范围内形成一道不规则的帷幕后再进行二次注浆,使水泥浆能充分而有效的充填。采取先下后上的注浆方式:成孔后注浆管下落至孔底,并由孔底开始注浆,而后一边注浆一边上拔灌浆管。 
    压力灌浆施工期间的沉降观测:为了保证压力灌浆的效果,同时也为了随时掌握建筑的沉降情况预防意外发生,施工期间共进行了44d的沉降观测,每天取得一组数据。施工期间(20d)的总沉降量为 (每一轴线柱上设一个观测点):⑤轴沉降6.5mm,⑥轴8.7mm,⑦轴8.0mm,⑧轴9.6mm。此期间,由于灌浆施工导致有效喷射范围内地基受到扰动而强度降低,沉降有所加大。灌浆后期静压桩施工前的沉降(44d);⑤轴沉降7.0mm,⑥轴沉降 9.5mm,⑦轴8.6mm,⑧轴10.5mm。上述数据说明,压力灌浆处理既有建筑物地基。施工期间的附加沉降必须引起重视。本工程施工采取了相应的措施防止和减少附加变形的措施,仍然有较大的附加沉降。在施工期间对地基和建筑物进行变形监测也是十分必要的,以对施工和建筑安全进行全过程的掌握。 
2.3 静压桩施工 
    静压桩的工作机理是采用油压千斤顶将预制小桩压入土体中,压反力是利用建筑物的自重。压桩力选用 1000kN,设计单桩承载力550kN,预制方桩尺寸为250mmx250mm,长 3m,混凝土强度 C30,桩端进入花岗岩风化层中2d(图4)。 

    其工作原理是通过一套油压设备,将预制桩分节(每节 2.0~ 3.0m)压入土中,节与节间预埋角铁焊接,静压桩施工前,在每个独立基础四个角上开凿 4个 300x300的洞口,洞口周边采取植筋的方法植入4根φ32的反力锚杆,压桩由液压控制,压桩速度2cm/s,压桩桩位允许偏差 100mm;接桩处理桩轴线倾斜度<1%。当桩压至预定深度时,收桩沉降控制标准为:压桩荷载保持 50MPa,每隔5min冲击 1次,共冲击 3次,下沉量≤3mm,并需稳定 1h,做好记录,最终允许沉降量≤lmm。 
    静压桩的采用改变了原独立基础的受力状况,需要对原基础进行抗冲切,抗弯计算,在压桩口位置的选择上应尽量靠近柱(满足施工要求的前提下)。由于原基础设计较为保守,抗冲切和抗弯经复核满足要求,不需另增加基础高度和增加钢筋。 
    桩静压完毕后采用 C40微膨胀细石砼将桩与原基础承台开洞灌捣密实,保证上部荷载通过静压桩顺利传至地基中。
    施工完毕后,对上部已产生裂缝的填充墙体以及结构柱、梁构件进行闭缝处理。 
3 结 语 
    为检验加固效果,地基基础处理施工完毕后继续进行沉降观测,第 1次沉降观测(33d),平均沉降量为-27mm,第2次观测(90d),平均沉降量为-25mm。净沉降为lmm/月,达到了预期的加固效果,质量良好,上部裂缝经闭缝处理后也未再发展。从加固后至今使用 5年的情况来看,不均匀沉降继续发生的现象已经得到消除,使用正常。
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