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關(guān)于某住宅樓不均勻沉降分析

2018-06-14 09:07陳雪清
建材與裝飾 2018年26期
關(guān)鍵詞:壓樁偏心土層

陳雪清

(福建巖土工程勘察研究院有限公司廈門分公司)

1 工程概況

該住宅樓位于廈門市集美杏林杏濱路,建筑面積為1267m2,建筑物長(zhǎng)度30.9m,寬為8m,層高為3m,為5層的小型砌塊建筑,其平面見圖1。該房屋坐落在軟弱土地基上,設(shè)計(jì)采用不埋式板基礎(chǔ),于當(dāng)年3月開工,8月完工,歷時(shí)僅5個(gè)月??⒐を?yàn)收時(shí),房屋兩端3~5層的縱墻上有正八字細(xì)裂縫出現(xiàn),逐設(shè)點(diǎn)觀測(cè)。當(dāng)年9月22日至次年元月5日共進(jìn)行量測(cè)4次,除證實(shí)了建筑物縱向有明顯鍋底狀變形外,還發(fā)現(xiàn)房屋往南傾斜,板基南面比北面累計(jì)平均多沉降了4.24cm。后因人為原因,未能長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。竣工9年后復(fù)查,發(fā)現(xiàn)該住宅橫向往南最大傾斜達(dá)10.8cm,已超過(guò)《危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(CJ13-86)第2.5.14條,關(guān)于建筑物墻體的最大傾斜不得超過(guò)墻體總高度0.7%的限值;且房屋兩斷的各層縱墻上正八字裂縫發(fā)展較快,頂層D軸線縱墻上的最大裂縫已達(dá)6mm。但該房屋四大角、中部及樓梯間設(shè)有構(gòu)造柱,并層層均有圈梁拉通,頂層圈梁雖多處被拉斷,破壞仍不算嚴(yán)重。因此,決定進(jìn)行加固處理。

圖1 住宅平面及樁位圖

2 工程地質(zhì)

本工程在加固時(shí),又進(jìn)行了一次鉆探,其地質(zhì)情況大致如下:

(1)填土:為棕紅色紅粘土回填,呈軟塑狀。其面層厚0.3~0.6m,為雜填土,含有不均勻雜亂分布的碎石、石塊和碎磚等,下層厚0.8~1.7m為素填土。該層平均厚為1.6m。

(2)粉土:灰黃色,結(jié)構(gòu)松散,呈軟塑狀,含有機(jī)質(zhì),層厚1.2~2.1m,平均厚1.7m。

(3)粘土:褐色,呈可塑——軟塑狀態(tài),層厚2.0~3.8m,平均厚3.0m。

(4)紅粘土:棕紅色,結(jié)構(gòu)致密,呈硬塑狀態(tài),層厚1.6~2.8m,平均層厚2.2m。

(5)砂卵石層:結(jié)構(gòu)緊密,整體性好,層厚2.2~4.5m,平均厚3.3m。本層以下即為基巖。

3 事故分析

(1)住宅南面地基長(zhǎng)期被水浸泡。不埋式板基礎(chǔ)持力層為填土層,在施工中遇雨使土壤含水量過(guò)多,未經(jīng)翻曬就進(jìn)行碾壓,曾形成橡皮土。后雖在面層加石塊、碎磚碾壓,但質(zhì)量未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。填土層下②、③軟弱土層,分布不均勻,厚度差異大,結(jié)構(gòu)松散,土質(zhì)較弱,屬高壓縮性土層。加上建筑物南面中部櫥廁下水道滲漏,其室外水溝(25~40cm深)較淺,長(zhǎng)期又被淤泥堆積堵塞,排水不暢,使附近板基下軟土層長(zhǎng)期被浸泡,更增加土層的壓縮性;而建筑物北面臨道路的水溝深達(dá)2.0m,其地下水位比南面相對(duì)較低(加固鑿開板基也證實(shí)這一情況),土較干燥,壓縮性也較小。因此,地基產(chǎn)生了不均勻沉降。

(2)形心與重心偏差大。住宅設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)板四周的外擴(kuò)長(zhǎng)度,未能按調(diào)整板基形心與上部結(jié)構(gòu)荷載合力點(diǎn)相重合的計(jì)算方法來(lái)確定,在B和D軸線均往外擴(kuò)長(zhǎng)1.6m,房屋兩端擴(kuò)長(zhǎng)1.5m.。從住宅平面橫向布置分析,不難看出荷載偏重于南面,各層荷載較重的櫥廁、樓梯間及屋頂水箱均布置在中心線南側(cè),計(jì)算得橫向偏心距達(dá)12.1cm,上部結(jié)構(gòu)總荷載15378kN,基礎(chǔ)自重3307kN,偏心力距為1861kN·m,致使建筑物向便重的南面傾斜。從住宅平面縱向布置分析,兩端板基外擴(kuò)較長(zhǎng),其上部荷載偏??;而中部擴(kuò)長(zhǎng)板基上,尚有樓梯間和底層陽(yáng)臺(tái)等荷載,地基壓應(yīng)力比兩端大,在板基厚僅25cm、剛度教差的情況下,建筑物縱向會(huì)產(chǎn)生鍋底狀不均勻沉降。

(3)房屋整體剛度較差,施工速度過(guò)快。該建筑物的長(zhǎng)高比L/H=2.05﹤2.5,當(dāng)房屋整體剛度好時(shí),一般不會(huì)產(chǎn)生裂縫。但從住宅平面可看到,其兩外縱墻所開門窗洞口過(guò)多,又無(wú)直連通的內(nèi)縱墻,因而整體剛度欠佳,對(duì)不均勻沉降調(diào)節(jié)能力差;加上該房屋施工速度過(guò)快。一般經(jīng)驗(yàn),對(duì)高壓縮土在施工期間,沉降約完成沉降量15~20%。施工加荷過(guò)速,使砌筑過(guò)程中釋放大部分變形能量;還有小砌塊砌體的抗剪能力比粘土磚又低近兩倍。因此,導(dǎo)致房屋墻體開裂更為嚴(yán)重。

4 加固設(shè)計(jì)

綜上所述,造成住宅產(chǎn)生橫向傾斜、縱向鍋底狀不均勻沉降的主要原因是:板基下軟土層局部被水浸泡,及上部結(jié)構(gòu)荷載的合力點(diǎn)與板基形心不重合而產(chǎn)生較大偏心力矩而造成。針對(duì)這些原因,除需清理水溝及修補(bǔ)有滲漏的下水道,使水流暢,避免水向板基滲透外,決定采用在板基內(nèi)壓入少量鋼筋混凝土樁,使之形成疏樁基礎(chǔ),來(lái)進(jìn)行糾偏。疏樁基礎(chǔ)中樁與樁間土工作,主要有如下特點(diǎn):

(1)疏樁基礎(chǔ)需樁數(shù)比一般常規(guī)樁基要少,當(dāng)樁距大于6d(樁徑)且樁徑小時(shí),形不成群樁塊體基礎(chǔ),因而樁承載力可不考慮群樁效應(yīng),即單樁承載力之和就是樁的總承載力。

(2)為了使樁與板基共同工作,要求樁間土與板基不能脫空,即樁的沉降量不能小于板基的沉降量。因此,要求持力層不一定堅(jiān)硬,需使樁有足夠的刺入量。一般這種樁是摩擦樁,只要樁距足夠大,即可不考慮它們之間的相互影響。

(3)當(dāng)板基產(chǎn)生一定沉降時(shí),樁應(yīng)能充分發(fā)揮并開始始終保持其全部極限承載力,能分擔(dān)板基部分荷載,并把它傳到深層較好的土層中去,起到應(yīng)力擴(kuò)散作用,從而能有效地減少地基的沉降量。

將上述特點(diǎn),應(yīng)用到加固工程設(shè)計(jì)中,具體實(shí)施方法如下:

(1)在板基內(nèi)布樁時(shí),樁數(shù)與樁徑要疏而小,使壓入樁的總承載力即為單樁承載力之和。并且,樁在荷載便重的板基中部及南面多設(shè),壓樁力也是中部大兩端??;要通過(guò)試算來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)钠木啵箟喝霕兜姆戳?,盡量與上部結(jié)構(gòu)荷載偏心力矩相等。本住宅板基加固,我們僅選擇了21根樁,壓樁力兩端及中部分別為250kN及300kN,總壓樁力為5.9×103kN,是上部結(jié)構(gòu)荷載的38.3%,布樁位置見圖1,這里僅計(jì)算壓入樁的橫向偏心距及偏心反力距。

偏心距:

y=(1200×2.3+1600×2.7+600×5.2)/5900+(300×5.5+2200×8.5)/5900=5.18m

e=11÷2-5.18=0.32m

偏心反力距:

M=5900×0.32=1888kN.m>1881kN·m

即與上部荷載偏心造成的力矩很接近。

(2)從地基容許承載力驗(yàn)算可知,對(duì)板基下持力土層及軟弱下臥層的承載力均可滿足設(shè)計(jì)要求,唯板基底面地基的平均壓力P=50.1kPa,雖小于地基容許承載力f=60kPa,但考慮到地基壓力不均衡性,實(shí)際富余并不多;加上住宅竣工已使用9年,板基下雜填土已固結(jié),沉降量不會(huì)很大。因此,壓入樁應(yīng)采取預(yù)壓再封頂施工。這時(shí),由于總壓樁力占上部結(jié)構(gòu)荷載比例不大,既不會(huì)造成板基與樁間土脫空而影響樁土共同工作,又可使樁不必在等待板基產(chǎn)生一定沉降后才參與工作。樁一封頂就能始終保持達(dá)到壓樁力,立即能分擔(dān)板基上部部分荷載,傳入深層紅粘土層中去,板基下地基壓力減少12.7~18.2kPa,從而使地基壓縮變形減少。

5 施工方法

本工程采用住宅底層開墻洞,在洞口上增設(shè)承頂梁,利用上部結(jié)構(gòu)自重壓樁的一種方法。工程中使用了21根樁,壓入室內(nèi)地坪下總長(zhǎng)148m,其具體施工程序如下:

(1)構(gòu)件制作。構(gòu)件有3種:承頂梁長(zhǎng)1.0m,截面190mm×250mm,短挑梁長(zhǎng)0.4m,截面同承頂梁;短樁截面為200mm×200mm,除有樁靴的頭節(jié)樁長(zhǎng)1.5m外,其余均為1.0m,接樁采用頭連接。

(2)安裝承頂梁。在住宅底層樁位處扒開墻0.8m×1.8mm的缺口,安裝承頂梁,并在梁面上用M10早強(qiáng)砂漿砌兩皮K4的實(shí)心砌塊。

(3)鑿樁位孔。在樁位孔處將板基鑿開500mm×500mm孔洞,坑深要求50cm,并將板基下孔周邊各再擴(kuò)寬10cm。在影響壓樁的原板基配筋處,應(yīng)從中燒斷,扳彎后繞過(guò)樁位外,再用短筋接長(zhǎng)焊接??拥讛U(kuò)寬部分也應(yīng)先放入812,綁扎成井字筋備用。

(4)壓樁。采用千斤頂加工具墊塊進(jìn)行壓樁。壓樁時(shí),不宜中途停歇,否則因間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng),使壓樁阻力增大,難以壓入。用壓樁力及壓入深度雙控制來(lái)保證壓樁質(zhì)量。當(dāng)壓樁滿足壓樁力時(shí),要查明是否碰到障礙物,必要時(shí)需進(jìn)行補(bǔ)樁處理;當(dāng)樁壓入紅粘土持力層而未達(dá)到壓樁力時(shí),采用增加壓入樁長(zhǎng)度,直至滿足雙控制標(biāo)準(zhǔn)為止。

壓樁順序:先壓住宅南面樓梯間及中部9根樁,其次壓北面中部的4跟樁,最后再壓兩端的8根樁。這樣可以避免板基南面及中部沉降,促進(jìn)北面及兩端的板基在壓樁前下沉,從而達(dá)到糾偏的目的。

(5)封頂。當(dāng)樁加荷壓到標(biāo)準(zhǔn)后,安裝上樁頂短挑梁,在壓樁力不變的情況下再維持10min,作為提高樁尖段摩阻力和對(duì)樁尖嵌入深度的補(bǔ)償。然后,在千斤頂兩側(cè),用2根工字鋼(或鋼管)支雜樁頂短挑梁上,頂住承頂梁,并同時(shí)打緊鋼楔,只要轉(zhuǎn)移10%荷載,就能有效的阻止樁的回彈,使樁立即參加工作。接著,將板基處樁身鑿毛,清洗樁位孔浮渣,澆C25微膨脹混凝土,在墻兩側(cè)立模用C15混凝土灌滿,封頂即告結(jié)束。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)基礎(chǔ)加固前后測(cè)量結(jié)果顯示,板基南面B軸線上,幾乎沒有再發(fā)生沉降。而北面C軸線上平均沉降量為37.7mm,板基東、西兩端平均沉降量分別為30.4mm,及29.3mm。該建筑物橫向往南傾斜已減少到61mm,加固后是內(nèi)原裂縫作過(guò)修補(bǔ),一年后回訪未發(fā)現(xiàn)異常,說(shuō)明加固措施是有效的。

(2)在軟弱土地基上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì),有時(shí)不能采用天然地基牽地基方案,其原因并不是天然地基強(qiáng)度明顯不足,而是由于天然地基會(huì)產(chǎn)生過(guò)大沉降的緣故。因此設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)忽略計(jì)算沉降量,并應(yīng)注意加強(qiáng)房屋的整體剛度;特別對(duì)上部結(jié)構(gòu)荷載合力作用點(diǎn)與基礎(chǔ)平面形心不重合而產(chǎn)生偏心距時(shí),在設(shè)計(jì)上地基承載力不宜用足。而且,一定要采取切實(shí)可行的措施,來(lái)避免導(dǎo)致建筑物傾斜的現(xiàn)象發(fā)生。

(3)對(duì)軟弱土地基不埋式板基的不均勻沉降事故,用本文介紹的壓入樁來(lái)承擔(dān)上部荷載30~70%,使之形成疏樁基礎(chǔ)的加固糾偏方案,對(duì)控制板基不均勻沉降有顯著效果。施工方法簡(jiǎn)單,安全經(jīng)濟(jì),質(zhì)量可開,可在不搬遷的情況下進(jìn)行工程處理,是行之有效的方法之一,有一定的推廣價(jià)值。

[1]李彰明.軟土地基加固與質(zhì)量控制.2011.

[2]李彰明.地基處理理論與工程技術(shù).2014.

[3]張蔭.土木工程地基處理.2009.

[4]肖軍華,王炳龍,王長(zhǎng)丹,楊龍才,宮全美.高速鐵路路基不均勻沉降及其控制.2015.

[5]卜良桃.建筑結(jié)構(gòu)加固工程設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量驗(yàn)收手冊(cè),2008.

[6]李國(guó)勝.建筑結(jié)構(gòu)裂縫及加層加固疑難問(wèn)題的處理.2013.

[7]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn),2000.

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