張德芳
本文通過構筑物某旗桿糾偏實例,介紹了利用自然地面施工靜壓鋼管樁、抬升基礎法實施糾偏的詳細工藝流程。其中糾偏方案設計、靜壓鋼管樁承載力計算、施工方法及過程、抬升法糾偏的具體操作等,都可作為其它糾偏項目的借鑒和參考。
某集團上市公司廣場旗桿,共11根,中心距均為2.000m。因基礎不均勻沉降,旗桿頂端向南偏移200~300mm,影響該集團形象。
該旗桿基礎為C20鋼筋混凝土結構,全長22.500m,底寬2.300m,為三階獨立基礎,上階高0.550m,中階高0.600m,下階高0.700m;臺階面第二級寬0.300m,第三級寬0.450m;上覆土0.500m,鋼筋混凝土基礎下有0.200m高素砼墊層,基礎埋深-2.550m,基礎下及周邊為回填土?;靥钔恋鼗休d力特征值qpa=80kPa、qsia=12kPa;地面3.700m下為花崗巖殘積礫質性粘土,qpa=180kPa、qsia=63kPa(其余資料不詳)。不利于也不允許布置大型施工機械,故決定:采用在自然地面的表面直接施工靜壓鋼管樁,局部挖土,露出基礎頂面,在基礎頂面埋植反力錨桿,抬升基礎進行糾偏的處理,后高壓灌注1:1水泥砂漿對地基加固的方案。
圖1 原旗桿傾斜
靜壓樁抬升基礎的原理是:當鋼管樁總承載力>旗桿基礎及其附加重力時,繼續(xù)增加千斤頂壓力,鋼管樁不再下沉,而旗桿基礎則被抬升。
1.鋼管樁豎向承載力最大值的確定
選用Q235、φ=150mm,δ=5mm鋼管樁,單樁極限承載力:
式中:
Rmax—承載力設計最大值N。
f—鋼材強度設計值N/mm2。
AP—樁底端橫截面面積;2
2.樁長設計
∵根據(jù)《規(guī)范》,設計單樁豎向承載力特征值可按下式估算,取其中較小值:
式中:
Ra—單樁豎向承載力特征值;
qpa,qsia—樁端端阻力,樁側阻力特征值,由當?shù)仂o載荷試驗結果統(tǒng)計分析算得(或地勘報告提供);
Ap—樁底端橫截面面積;
up—樁身周邊長度;
li—第i層巖土層的厚度。
查相關地質資料顯示:雜填土qpa=8 0 k pa,qsia=12kpa;
花崗巖殘積礫質性粘土qpa=180kpa,qsia=63kpa
設進入礫質性粘土層鋼管樁長度為L:
化簡得:506.6×103=0.4×103+ 20.9×103+ 29.7L
解之得: L=16.3×103mm≈16.300m
即:單根鋼管樁設計長度為:3.700+16.300=20.000m
3.鋼管樁布置方式
計算基礎及覆土的總荷載:(切斷法孤立覆土,其分項系數(shù)取1)
實際設計6根20m長的Q235、φ=150mm,δ=5mm鋼管樁,均勻布置。
1.旗桿基礎面上鉆樁孔
首先用經緯儀投點放線,確定6個靜壓鋼管樁的中心位置。
不用開挖基礎,直接在自然地(表)面,用φ200mm直徑的金剛石鉆頭在旗桿基礎面上鉆孔,一直鉆穿整個旗桿基礎。樁孔上部砼碎塊要取出,靠近基礎下部的樁孔中砼碎塊不必取出,靜壓樁時可直接壓進入巖土中。
圖2 旗桿基礎面上鉆樁孔
2.埋植反力錨桿
局部挖土,露出基礎頂面,在旗桿基礎頂面鉆孔中心各250mm處,各鉆一φ50mm直徑,深600mm的小孔。洗靜吹干后,灌入植筋結構膠,然后埋植φ42mm全螺紋反力錨桿。全長1.1m,外露長度500mm,自然養(yǎng)護7天。
圖3 埋植全螺紋反力錨桿
3.靜壓鋼管樁
用100噸級,300mm行程的電動油壓千斤頂,壓靜壓鋼管樁。靜壓樁機架總高度2.600m(可用于室內)。鋼管樁每段長1.5m,備用少量幾根1.0m、0.1m的短樁,用機床加工使其斷面垂直于鋼管樁軸線,加壓時應用水準尺控制鋼管樁的垂直度。千斤頂和鋼管樁間應加防滑板。
電焊接樁時,應保證樁的垂直度,接頭應滿焊,且應使接頭處冷卻至常溫后,才能繼續(xù)加壓。
圖4 靜力壓鋼管樁
此時Δy1=0.6mm;Δχ=22mm(考慮土壤的壓縮變形,取20mm)
圖6 抬升量與糾偏量的關系
4.樁頂封鋼板反梁固定
當鋼管樁壓力接近500kN時,應停止加壓,預留下行空間后,割除多余的鋼管;當鋼管樁缺少預留的行程時,應用L=100mm的短樁滿焊接樁,并用30mm厚鋼板加肋焊至100mm高的反梁鋼板封住鋼管樁頂。
圖5 樁頂封反梁鋼板固定
1.抬升研究與假設
抬升時,讓所有千斤頂受力均為400kN;
每抬升10kN荷載,φ150×5的鋼管,當L=20m時,即鋼樁本身變形很小。
當?shù)鼗鶎︿摴軜兜某休d力>鋼管樁極限承載力時,鋼管樁端的巖土不被剪切破壞,鋼管樁與巖土的相對位移為0。
2.抬升量的計算與設計
設鋼管樁端的巖土不被剪切破壞,鋼管樁與巖土的相對位移為0;
設垂直的旗桿向北的位移量為Δχ;
設第二級臺階抬升的位移量為Δy1;
設第三級臺階抬升的位移量為Δy2;
設第二級臺階水平線與垂直的旗桿中軸線交點為o;
設旗桿基礎南側在右邊時,基礎逆時針轉角為正,角度為∠α;
當Δy2=1mm時,∠α=arctan(1/900)=0.064°
上述計算說明,鋼管樁相對旗桿基礎每下行1mm,旗桿將回正20mm,如果每次用千斤頂壓鋼管樁1mm,需10~15次才能恢復旗桿的垂直。
3.垂直度測量點布設
于旗桿東西兩側20~40m處,布設經緯儀(或全站儀),每抬升一次,測量一次,以確定旗桿傾斜變化。
如下圖示,布設垂直度測量點,并劃定固定測站位置。
圖7 測量位置布置圖
4.抬升糾偏操作
抬升設備改用100噸級,行程為50mm的扁形千斤頂。每臺千斤頂由1組2人專門負責,現(xiàn)場統(tǒng)一指揮,采用分級同步的抬升方法同時進行加壓抬升。
抬升過程中,每組1人負責加壓,1人負責隨時加強觀察鋼管樁、旗桿基礎及設備等變化情況,任意一組有狀況,都應及時發(fā)出警報,并同時停止操作。當旗桿回正后,并超過20mm左右時,開始穩(wěn)壓。
擰緊樁頂壓頂反梁板上的螺母,防止千斤頂漏油,避免已抬升的基礎回落。
5.高壓灌漿對地基加固
樁頂反梁板固定后,可利用鉆孔與管鋼樁之間的間隙,埋設注漿管和溢流管。當封口水泥砂漿凝結且強度≥3MPa后,可用砂漿泵往基礎底面空隙中灌注1∶1水泥砂漿,砂漿泵壓力≮2.5MPa,直至溢出為止。
在自然地表面直接施工靜壓鋼管樁,抬升基礎也只在基礎表面進行操作,回避了深基礎或基坑開挖,降低了安全風險,減小了工程量,在場地狹小或不能用大設備施工的項目中,這種糾偏方法切實可行,可借鑒推廣。