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        某高層住宅建筑糾偏加固設(shè)計分析

        2021-05-27 09:35:00陳衛(wèi)東安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院安徽合肥230031
        安徽建筑 2021年5期
        關(guān)鍵詞:錨桿承載力主體

        陳衛(wèi)東 (安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計院,安徽 合肥 230031)

        1 引言

        隨著我國城市化進(jìn)程不斷推進(jìn),工程建設(shè)總量和規(guī)模越來越大,因勘察、設(shè)計、施工、使用不當(dāng)或因改擴(kuò)建荷載變化、受鄰近新建工程和自然災(zāi)害影響等導(dǎo)致建筑物傾斜時有發(fā)生,恢復(fù)傾斜建筑的安全和正常使用功能需要應(yīng)用糾偏技術(shù)。糾偏工程復(fù)雜因素多、技術(shù)難度高、風(fēng)險大,特別是高層建筑物基礎(chǔ)面積小、重心高,傾斜后產(chǎn)生的附加傾覆彎矩大,如果加固技術(shù)方案僅考慮地基補(bǔ)強(qiáng)而忽略糾偏防復(fù)傾設(shè)計,糾偏后建筑物可能再次發(fā)生傾斜。本文結(jié)合工程實例,主要介紹地基補(bǔ)強(qiáng)加固常用的錨桿靜壓樁法,以及如何進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)糾偏加固設(shè)計。

        2 工程概況

        本工程為地上18層的剪力墻結(jié)構(gòu)住宅樓,地下2層,其中地下1層北側(cè)與負(fù)一層大地庫相連,地下1層南側(cè)直通室外。主體結(jié)構(gòu)采用筏板基礎(chǔ),基礎(chǔ)持力層為第②層粉質(zhì)粘土,筏板基礎(chǔ)下方有貫穿南北的防空洞和局部換填(圖1)。該工程主體結(jié)構(gòu)于2018年4月封頂,2018年8月所在地區(qū)遭遇罕見暴雨,2018年9月起主體沉降觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常,隨即建設(shè)單位邀請相關(guān)單位對該棟樓地基進(jìn)行了注漿加固處理,經(jīng)注漿處理后建筑物仍處于接近規(guī)范界限值的傾斜變形狀態(tài),2019年5月第三方測得上部結(jié)構(gòu)頂點南向傾斜最大實測值達(dá)到H/311,近100日的最大沉降速率為0.11mm/d。總體沉降變形趨于收斂,但尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),需要二次處理。

        圖1 地基換填區(qū)及防空洞位置示意圖

        3 建筑傾斜原因分析

        該工程主體結(jié)構(gòu)封頂后,南邊負(fù)二層外側(cè)回填尚未全部完成,遭遇罕見暴雨,排水不及時造成筏板基礎(chǔ)持力層進(jìn)水。筏板基礎(chǔ)下方有貫穿南北的防空洞和局部換填,又形成滲水通路,導(dǎo)致大面積地基土遭水浸泡,測得暴雨前后第②層地基土承載力相差較大(表1),地基土遇水軟化承載力不足是主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生異常沉降的主要原因。雨水主要從南側(cè)滲入,且北側(cè)有負(fù)一層地下室約束,南北不均勻沉降導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)向南傾斜。

        各施工階段地基土物理參數(shù)表

        暴雨過后,地基土內(nèi)外注漿加固雖然一定程度阻止了主體結(jié)構(gòu)加速沉降,但室內(nèi)鉆孔檢測結(jié)果表明,筏板下東、西兩端注漿層厚度較厚(130mm~350mm之間),中部注漿層厚度較?。?~200mm之間);較厚部位注漿層上部形成顯著的水泥凈漿端,較薄部位注漿層多為水泥漿裹夾土體固結(jié)成塊。注漿層均勻性較差,導(dǎo)致不同位置處理后的地基土承載力與壓縮模量差別也較大(下表),局部地基承載力仍不滿足要求,雖然總體沉降變形趨于收斂,但尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),地基基礎(chǔ)仍然需要進(jìn)行二次加固處理。

        4 糾偏加固方案

        4.1 方案概述

        雖然該工程沉降變形尚未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),但總體沉降變形趨于收斂,且上部結(jié)構(gòu)頂點傾斜最大實測值H/311仍在規(guī)范允許范圍內(nèi),原則上二次加固處理主要考慮地基基礎(chǔ)止沉補(bǔ)強(qiáng)與防復(fù)傾加固設(shè)計為主;該工程精裝已經(jīng)完成,傾斜后樓層地坪南北高差約10mm,為不影響今后住戶使用,建設(shè)單位要求對該樓主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)糾偏,故二次加固處理需要同時考慮主體結(jié)構(gòu)糾偏設(shè)計。考慮前期注漿加固處理過程中相鄰地庫底板已出現(xiàn)隆起現(xiàn)象,且實測筏板下注漿層均勻性較差,故不再采用繼續(xù)注漿地基補(bǔ)強(qiáng)加固方案。該工程交房在即且傾斜量并不大,糾偏采用傳統(tǒng)的迫降法與抬升法勢必影響工期且風(fēng)險較大,利用主體沉降變形尚未穩(wěn)定,糾偏方案可考慮對建筑物南側(cè)進(jìn)行止沉,北側(cè)讓其繼續(xù)下沉,以達(dá)到糾偏目的。

        該工程二次加固方案最終采用在筏板上新增錨桿靜壓樁法進(jìn)行基礎(chǔ)加固,為提高靜壓樁穿越注漿層的能力和節(jié)省樁身預(yù)制時間,工程樁均采用Φ273×10開口型樁尖的鋼管樁。施工時先壓南側(cè)樁并持壓封樁(圖2),形成向上反力進(jìn)行止沉糾偏,再壓北側(cè)樁。為節(jié)約糾偏工期滿足交房時間要求,北側(cè)樁需要提前封閉,封樁前采取樁頂預(yù)埋15mm厚軟質(zhì)泡沫墊作為預(yù)留沉降措施(圖3),以保證北側(cè)能繼續(xù)下沉而不影響糾偏,在滿足工期要求前提下以達(dá)到地基補(bǔ)強(qiáng)與主體糾傾目的。

        圖2 南側(cè)樁持壓封樁節(jié)點圖

        圖3 樁頂預(yù)留沉降措施節(jié)點圖

        4.2 地基補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計

        本工程計算總豎向荷載240021kN(1.0恒 +1.0活),平均基底反力315kPa。按照補(bǔ)勘報告提供的地基承載力特征值fak=140kPa,復(fù)核計算fa=140+1.5 ×18 ×(4.1-0.5)=237kPa<315kPa,地基承載力不滿足要求。

        地基補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計按樁承擔(dān)40%、地基土承擔(dān)60%原則進(jìn)行估算:Φ273×10鋼管靜壓樁設(shè)計單樁承載力特征值1000kN,共106根,樁基總承載力106000kN,可承擔(dān)荷載率44%>40%;修正后的地基土承載力特征值fa=237kPa,基礎(chǔ)面積 754m,地基土總承載力178698kN,可承擔(dān)荷載率75%>60%。復(fù)核新增靜壓樁量能夠滿足地基補(bǔ)強(qiáng)要求,再結(jié)合糾偏設(shè)計要求,進(jìn)行合理布樁。

        4.3 主體糾偏設(shè)計

        在基礎(chǔ)沉降較大一側(cè)增設(shè)預(yù)封錨桿靜壓樁,此時基底土反力合力點移向基礎(chǔ)沉降較小一側(cè),在主體結(jié)構(gòu)自重作用下,主體結(jié)構(gòu)就可能發(fā)生反傾。

        圖4中基底土反力分布為錨桿靜壓樁施工前的狀態(tài),圖5中的基底土反力分布為預(yù)封錨桿靜壓樁施工后基底反力重新分布的狀態(tài)。根據(jù)圖5,由力學(xué)平衡方程∑M=0得:

        圖4 糾偏前主體受力狀態(tài)示意圖

        圖5 糾偏后基礎(chǔ)受力狀態(tài)簡圖

        式中:

        P-南側(cè)預(yù)封樁總持力;

        χ-基地土反力重分布后的合力點距O點距離;

        θ=0.1421度,H=61.95m,

        e=0.074m

        N=240021kN,L=2.275m,

        B=9.141m,B=6.409m

        N=240021×cos(0.1421)

        =240020kN

        N=240021×sin(0.1421)=595kN

        M=Ne+NH/2

        =240020×0.074+595×61.95/2

        =36192kNm

        N=N-Pcosθ≈240020-P

        上述代入平衡方程式(1)可得χ:

        (240020-P)χ+P ×(9.141+6.409-2.275)×cos(0.1421)

        =240020×9.141+36192

        →χ=

        (2230215-13.275P)/(240020-P)

        由圖5可以看出,χ值應(yīng)不超過B才能使基礎(chǔ)沉降小的一側(cè)土反力增大,從而使建筑物有反傾趨勢。將χ≤B代入上式可得:P≥8755kN。

        本工程沿南側(cè)外墻邊均勻布置預(yù)封樁28根,計算預(yù)封樁單樁持力滿足P/28≥313kN即可,實際封樁力900kN可以滿足糾偏要求。

        4.4 糾偏防傾覆設(shè)計

        為防止反傾過大,需要在基礎(chǔ)沉降少的一側(cè)增設(shè)輔助錨桿靜壓樁,如圖6所示。其作用就是待建筑物反傾至目標(biāo)位置后,阻止主體結(jié)構(gòu)的繼續(xù)反傾,為保證輔助樁能及時封閉均在樁頂預(yù)留沉降措施(圖3)。輔助樁的數(shù)量宜使建筑物反傾至正常位置后的基底土反力均勻分布,基本保證房屋糾偏后的剩余沉降是均勻的。輔助樁合力定量計算的計算簡圖見圖7,由平衡方程∑M=0得:

        圖6 糾偏前輔助樁狀態(tài)示意圖

        圖7 糾偏后基底反力分布狀態(tài)簡圖

        式中:

        P'-基礎(chǔ)北側(cè)輔助樁合力,輔助樁合力點距基礎(chǔ)邊緣距離L'=6.6m

        M=Ne=240021×0.074=17762kNm

        NS=N-P-P'

        =240021-28×900-P'=214821-P'

        代入平衡方程式(2)可得:

        P'×6.6+(214821-P')×9.141+28×900×(9.141+6.409-2.275)=240021×9.141+17762

        →P'=34008kN,本工程基礎(chǔ)北側(cè)布置輔助樁37根,按設(shè)計單樁承載力1000kN,實際合力37000kN>34008kN,可以滿足防止向北反傾要求。

        最后,將剩余41根錨桿靜壓樁按照均勻?qū)ΨQ原則,結(jié)合地基基礎(chǔ)有限元計算分析情況,合理布置在基礎(chǔ)中部形心線附近,以保證糾偏完成后地基與基礎(chǔ)承載力均能滿足設(shè)計要求,最終完成所有錨桿靜壓樁布置(圖8)。

        圖8 錨桿靜壓樁布置圖

        5 結(jié)語

        本文結(jié)合實際工程,分析其傾斜原因,選擇采用錨桿靜壓樁法加固設(shè)計方案。結(jié)合地基補(bǔ)強(qiáng)加固要求,通過合理布樁、可靠措施以及計算分析進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)糾偏設(shè)計。糾偏技術(shù)方案既滿足了工期緊要求,又降低了糾偏過程風(fēng)險,直接降低了糾偏加固成本,可為類似糾傾量較小的工程加固設(shè)計提供借鑒。

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