软土地区某多层房屋纠倾加固技术研究

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  摘要:综合上部结构、桩基础、地基土体3方面对南宁某住宅楼的倾斜原因进行分析。根据下部土体及建筑结构形式,对建筑物采用锚杆静压桩止倾加固,采用截桩迫降的处理方法对该建筑物进行纠倾施工。工程实践表明,本工程截桩迫降法纠倾速度快、沉降稳定易控制且能保证整幢房屋均匀地回倾; 在截桩结束封桩后,沉降能迅速稳定,工后沉降较小。
  关键词:混凝土结构; 纠倾; 锚杆静压桩; 地基加固
  1工程概况
  南宁某住宅楼结构形式为地上6层(局部7层) ,无地下室的普通砖混结构,东西长106m,南北宽12m,楼顶标高20.700m。该建筑采用墙下单排桩基础,桩基为桩径500mm 的水泥土加芯搅拌桩 A(s) 型,芯桩采用预制混凝土方桩,截面尺寸250mm×250mm,混凝土强度等级为C30,搅拌桩长度为11. 1~17. 6m,芯桩长度均为9. 0m。该建筑结构平面及各沉降观测点位置(J1~J28)如图1所示。
  图1建筑结构平面布置及各沉降观测点位置 ( J1~J28)
  该住宅楼自2012年10月完成桩基施工,2012年11月—2013 年4月进行主体结构施工。2011年4月主体结构完成后,沉降观测结果显示:南侧外纵墙 8个沉降观测点沉降量为6~9mm,北侧外纵墙8沉降观测点沉降量为6~8mm,沉降量及沉降差均较小。2013年8月主体竣工时,沉降观测结果显示:南侧外纵墙8个沉降观测点沉降量为24~29mm,北侧外纵墙8个沉降观测点沉降量为164~291mm,建筑物明显向北侧倾斜。最大倾斜率16. 9‰,平均倾斜率14. 4‰,远高于规范 4‰的允许值。在此期间,该建筑物北侧相邻工程于 2012年11月中旬开挖基坑土方并持续抽水施工,基坑周边未作支护处理,2013年2—7月开始进行桩基、基础承台以及底板施工。经过后续持续沉降观测发现,该房屋沉降还未稳定,其沉降量和沉降差还在持续增长且沉降速率有增大的趋势,综合该楼的倾斜现状,需对该楼进行加固纠倾处理。
  2工程地质概况
  根据岩土工程勘察报告,该住宅楼主要地层自上而下分别为杂填土、淤泥、有机质黏土、粉质黏土及圆砾层,且杂填土及软弱土层较厚; 稳定地下水位于地面下1~2.5m,且对混凝土结构及钢筋具微腐蚀性。3. 1上部结构荷载
  该建筑物局部7层位于北侧,结构局部高差明显。且其平面布置中,靠近北侧主要为书房与厨房,外纵墙房间布置小,纵、横墙较多,结构自重大,而南侧主要为客厅、卧室,其开间大、自重轻,造成结构重心与形心不重合,结构对抗倾覆不利。在建筑物发生向北倾斜的不均匀沉降后,由于上部结构重心北移,将加剧结构向北倾斜。
  3. 2结构基础
  通过查阅该住宅楼岩土工程勘察报告、有关施工记录、建设工程施工图设计文件审查报告书以及相关规范,该工程结构基础存在以下问题。
  (1)建筑结构措施
  该建筑纵向总长106m,长高比远大于3,应当设置沉降缝但基础未断开,不满足建筑地基基础设计规范对沉降缝的设置要求。
  (2)桩基基础
  该工程设计采用夹芯搅拌桩作为上部砖混结构基础,其中芯桩长9m,属短芯搅拌桩A(s) 型,不满足规范对加芯搅拌桩用作桩基时预制混凝土芯桩的长度比不宜小于0. 87的规定。
  3. 3建筑地基土体
  (1)建筑土体欠固结
  该楼所在场地为山间冲洪积小盆地地貌,地层主要由典型的冲洪积淤泥、有机质黏土等软土组成。且该区域原为大面积稻田和水塘,场地内存在 3m 厚的杂填土,在地基土回填时未进行夯实处理,土体尚处于次固结状态,回填土堆载将导致下部软土产生固结沉降,且该楼所在位置回填较晚,回填后2个月即开始楼体施工。
  (2)邻近建筑影响
  该建筑场地地下水位较浅,场地内主要为承载力较低的软土层覆盖,地下水位对建筑沉降影响显著。北侧相邻工程基坑开挖边缘距北侧地基梁较近,为7. 5~11. 0m;基坑开挖后搁置时间较长,基坑周边未采取支护措施,并且在其基础施工过程中对基坑进行了抽水处理,导致基坑土体开裂、坍塌,进而引起建筑北侧地基土体所受主动土压力过大,北侧土体沿水平向挤出并带动上部结构向北侧倾斜。
  4倾斜加固方案
  4. 1止倾加固
  4. 1. 1北侧高压旋喷桩施工
  针对北侧基坑内因建筑桩基基础施工基坑持续抽水以及该楼沉降仍在增长的问题,在建筑北侧外纵墙以外3m左右,施工2排格栅式加芯旋喷桩,桩径为600mm,桩与桩之间咬合 150mm,桩长为进入第⑥层圆砾层≥4m,在成桩完成后及时压入截面尺寸为300mm×300mm 的预制钢筋混凝土芯桩,芯桩通长配制,混凝土强度等级为C30,以减小或消除北侧工程基坑开挖及施工对该楼的影响。
  4. 1. 2 锚杆静压桩施工
  针对原设计桩基承载力不足的情况,在建筑物地基梁两侧植筋并增补锚杆静压桩,锚杆静压桩数量通过计算确定。同时,为达到止倾效果,首先在建筑物北侧沿纵墙施工锚杆静压桩,并在施工完成后立即封桩处理; 再在建筑物南侧施工锚杆静压桩,待建筑物回倾至规范允许范围内,对南侧锚杆静压桩进行封桩处理,以及时止倾。
  4. 2纠倾施工
  结合该建筑倾斜原因分析,本工程截桩纠倾采用分批次截桩施工,为促使建筑物快速回倾,根据现场实际情况在上部结构南侧施加偏心荷载。
  4. 2. 1截桩纠倾
  (1)截桩设计
  根据结构受力特点,在建筑物南侧外纵墙下及靠近外纵墙的横墙下选桩截断。断桩数量根据单桩静载力试验结果确定,并满足剩余桩基受力在静载试验Q-s曲线发生较大沉降量所对应的荷载值或桩基极限承载力的0.7倍左右,以保证截桩后各桩受力均不超过其极限荷载。   (2)截桩施工截桩时,同一个单元或同一批次中,每次只允许截断1根桩。在断桩桩顶垫块放置完成后,再截断下1根桩。断桩迫降过程中,应加大沉降观测和倾斜测量次数,观测频率可为0. 5d/次,并保证建筑物沉降速率控制在5mm/d 以内。初期沉降较小时,可在建筑物南侧各房间内灌水加载; 若沉降速率较大,应将钢垫板放入部分所断桩预留的空隙,使其重新受力,使沉降速率始终处在可控范围内。截桩完成,建筑物回倾至倾斜值4‰范围后,及时对南侧锚杆静压桩封桩,并对断桩进行接桩处理。
  4. 2. 2上部结构南侧加载
  鉴于首次截桩后沉降速度过缓,考虑到该楼未进行室内装修,上部荷载未达到设计值,且上部结构荷载偏心,结构重心北移,因此本工程在结构南侧各层采用灌水加载,使结构重心向南偏移,以促使结构截桩后快速回倾。
  5效果分析
  5. 1止倾效果分析从图4可以看出: ①高压旋喷桩施工于第5天完成,施工过程中,建筑北侧仍有小幅沉降。自第5天起,北侧锚杆静压桩施工过程中,建筑北侧出现较明显的附加沉降,并于第1次截桩时沉降趋于缓和,经分析认为该附加沉降原因主要为锚杆静压桩施工过程中引起原桩基周围土体扰动,桩侧摩阻力降低,原土体自平衡打乱所致。②第1批截桩后,北侧沉降趋于稳定,但在对上部结构南侧加载处理后,北侧沉降出现小幅波动,但总体仍有下沉趋势,这说明在南侧桩体沉降过程中,结构自身整体性较好,整体调控能力较强。③在第2批截桩完成特别是第3批截桩施工中期,建筑北侧有翘起的趋势,并出现了锚杆静压桩受拔的现象,经分析认为其可能为回倾预留时间短、回倾速度过快所致。在第55天对南侧锚杆静压桩封桩以及对断桩接桩处理后,北侧建筑沉降又逐渐回落并保持稳定。
  5. 2 纠倾效果分析
  该纠倾工程自北侧高压旋喷桩施工开始,针对南侧外纵墙12个沉降点也进行了沉降观测,沉降曲线如图4所示。
  从图5可以看出: ①自高压旋喷桩施工到第1批截桩开始,建筑南侧沉降曲线较平缓,但总体有下沉趋势。初步截桩时,由于剩余桩体较多,沉降量非常小,经分析认为可能为桩间土体对上部结构具有较强的约束作用,同时截桩数量过少,上部结构自重尚不足以促使桩体沉降。②在对上部结构各楼层南侧灌水加载并掏去南侧桩间土后,南侧产生了较明显的附加沉降,并在第2次截桩时出现显著沉降。在第55天时建筑南侧回倾至4‰规范要求后,开始止倾工作,止倾工作历时16d。③南侧锚杆静压桩全部封桩完成后,自第59天开始,南侧锚杆静压桩与原桩体发挥作用,南侧建筑物沉降趋于平缓。在随后近半月的沉降观测,建筑整体基本无沉降,纠倾工作结束。
  本工程纠倾工作自2013-11-03开始,纠倾时间共计43d。其中,房屋共计459根桩,截桩291根,纠倾结束时建筑物最大倾斜率已降至3‰以内,建筑变形亦趋于稳定。纠倾过程中,北侧纵墙出现少量裂缝,虽然裂缝并未开展,但在今后截桩纠倾中,应注意对于沉降量较大一侧进行整体加强处理。
  6结语
  通过对本工程采用锚杆静压桩止倾加固和截桩纠倾相结合的处理方法对该建筑物进行纠倾施工,验证了在软土地基上采用截桩纠倾法进行纠倾施工,其具有纠倾速度快,沉降稳定容易控制,整幢房屋能均匀地回倾,在截桩结束封桩后,沉降能迅速稳定,工后沉降较小的特点。
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