張端端
(福建華景建筑設(shè)計(jì)院有限公司)
某磚煙囪設(shè)計(jì)并建成于上世紀(jì)70年代。煙囪底部外徑3820mm,頂部外徑1720mm,高約35m。煙囪外壁厚度從下往上分別為550mm、490mm、420mm、360mm。煙囪標(biāo)高0~15m,內(nèi)襯耐火磚,筒身沿全高每隔4或5皮配置環(huán)向鋼筋,直徑為6mm,未配置縱向鋼筋。煙囪基礎(chǔ)采用天然地基淺基礎(chǔ),以粉質(zhì)粘土作為基礎(chǔ)持力層,基礎(chǔ)埋深約為3.8m。
主要設(shè)計(jì)指標(biāo):該煙囪抗震設(shè)防烈度7度、設(shè)計(jì)基本地震加速度0.15g;設(shè)計(jì)地震分組為第三組,丙類建筑,建筑場地類別Ⅱ類;基本風(fēng)壓:0.8kN/m2;地面粗糙度類別B類,加固設(shè)計(jì)合理使用年限按30年。
該煙囪作為歷史產(chǎn)物,經(jīng)鑒定主要存在以下問題:
⑴煙囪頂圈梁與筒壁存在較大脫縫,縫寬>1.0mm;煙囪筒壁存在多條豎向、橫向及斜向裂縫,縫寬約0.2~1.5mm。
⑵煙囪筒壁耐火泥粉化,砌筑砂漿不飽滿、局部粉化。
⑶煙囪未產(chǎn)生明顯不均勻沉降,地基基礎(chǔ)處于正常工作狀態(tài),但臨近待建基坑,存在安全隱患。
2018年針對(duì)該煙囪的加固設(shè)計(jì)方案舉行專家咨詢論證會(huì),根據(jù)鑒定報(bào)告及專家論證意見,本工程主要對(duì)煙囪的基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。
附近有一待建深基坑采用灌注樁加止水帷幕支護(hù)形式,深基坑距離煙囪所在位置4m左右,基坑開挖及樁基施工容易對(duì)原地基基礎(chǔ)產(chǎn)生擾動(dòng)影響,引起煙囪的沉降變形及傾斜。保護(hù)煙囪基礎(chǔ),具體措施如下:
本工程場地受限,且煙囪筒身加固后地基載荷變大,若采用大直徑混凝土灌注樁護(hù)底,可能引起地基土從樁間孔位置擠出,從而導(dǎo)致煙囪沉降破壞,故采用Φ273mm無縫鋼管,孔徑350mm,共30根小直徑煙囪護(hù)底樁環(huán)繞煙囪圍成一圈,將煙囪舊基礎(chǔ)圍合在密閉空間內(nèi)。
為盡可能減少基坑施工過程中對(duì)保留煙囪的影響,煙囪護(hù)底樁應(yīng)先施工,施工順序按對(duì)角線上的兩根樁同時(shí)施工,跳打3根樁以上施工,嚴(yán)禁沿一側(cè)按順序施工。護(hù)底樁一次注漿水泥漿液會(huì)出現(xiàn)一定的收縮下沉,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)注,確保樁頂標(biāo)高;二次注漿時(shí)要控制壓力,防止地表隆起。施工期間應(yīng)對(duì)煙囪的豎向位移、傾斜和水平位移進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)。護(hù)底樁加固煙囪基礎(chǔ)如圖1~圖3所示。
圖1 基坑支護(hù)平面布置圖
圖2 護(hù)底樁支護(hù)平面布置圖
圖3 護(hù)底樁加固煙囪基礎(chǔ)大樣圖
為減少對(duì)原地基基礎(chǔ)的擾動(dòng)影響,應(yīng)控制護(hù)底樁承臺(tái)開挖深度,在地面處樁頂加設(shè)環(huán)梁,環(huán)梁高1.55m,煙囪內(nèi)外混凝土環(huán)梁設(shè)置錨筋與舊煙囪基礎(chǔ)可靠連接,提高基礎(chǔ)整體性。
圖4 混凝土環(huán)梁加固磚砌條形基礎(chǔ)大樣圖
舊煙囪筒身未設(shè)置縱向鋼筋,抗震承載力不符合規(guī)范要求,筒壁存在裂縫,煙囪為高聳構(gòu)筑物,施工空間狹小,故比選后放棄煙囪內(nèi)部設(shè)置鋼支架加固的方案,采用外部加設(shè)臨時(shí)扁鋼構(gòu)套,內(nèi)部現(xiàn)澆鋼筋網(wǎng)自密實(shí)細(xì)石混凝土面層的內(nèi)外聯(lián)合加固方案。扁鋼構(gòu)套施工時(shí),先進(jìn)行裂縫修補(bǔ),水泥砂漿勾縫,再安裝縱向鋼板,最后安裝環(huán)向鋼板。內(nèi)部鋼筋網(wǎng)自密實(shí)細(xì)石混凝土面層通過L形錨筋與舊磚煙囪粘結(jié)成整體,施工時(shí)若操作空間允許,需安裝模板,以避免面層掉落,影響施工質(zhì)量。煙囪上部加固如圖5所示。
圖5 煙囪加固立面圖
本工程煙囪頂圈梁與筒壁存在較大脫縫,故在脫縫處采用聚合物砂漿涂抹飽滿。
煙囪筒壁耐火泥粉化嚴(yán)重,加固煙囪內(nèi)壁時(shí),先將內(nèi)表面耐火磚拆除。拆除時(shí)應(yīng)采用人工手動(dòng)拆除,不可采用機(jī)械拆除,盡量減少對(duì)舊煙囪的震動(dòng)。外表面磚砌體灰縫處采用聚合物砂漿勾縫。
煙囪臨近深基坑,位于該基坑支護(hù)的陽角部位,煙囪與基坑圍護(hù)樁間距僅4m,且該基坑支護(hù)深度達(dá)17.5m,基坑開挖過程中,不可避免會(huì)產(chǎn)生位移和沉降,對(duì)煙囪造成不可逆的破壞;大直徑圍護(hù)樁施工取土過程中,大面積單邊的土層缺失,極容易造成煙囪傾斜破壞;且深基坑開挖引起地下水位下降,土中的有效應(yīng)力增加,也易造成地面沉降。
故深基坑支護(hù)施工前,應(yīng)先對(duì)煙囪地基進(jìn)行加固。本工程地基加固采用二次注漿的小直徑鋼管護(hù)底樁,該加固方案不僅可以減小護(hù)底樁施工對(duì)煙囪的影響,而且可以使護(hù)底樁和樁內(nèi)土形成獨(dú)立的支承體系,將基坑開挖及大直徑支護(hù)樁的施工影響降到最低。為保證基坑開挖過程中地下水位穩(wěn)定,在基坑周邊設(shè)置止水帷幕,并適當(dāng)布置地下水回灌井。
煙囪加固除必要的安全加固措施外,施工順序也尤為重要,合理的施工順序可以減少臨近基坑施工對(duì)煙囪的影響,本工程的施工順序?yàn)椋鹤o(hù)底樁施工→地面以上12m范圍內(nèi)臨時(shí)扁鋼構(gòu)套施工→煙囪基礎(chǔ)加固,并加設(shè)臨時(shí)支撐加固基礎(chǔ)→煙囪內(nèi)部加固→臨近深基坑大直徑圍護(hù)樁施工→止水帷幕、回灌井施工→深基坑開挖。
煙囪可靠性鑒定時(shí)部分磚砌體外表面受到鑿除、削弱,煙囪加固時(shí)應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng),上色等措施,使煙囪外立面恢復(fù)原狀。
磚煙囪內(nèi)外表面應(yīng)進(jìn)行防腐處理,內(nèi)表面先用1:2水泥砂漿抹面,再涂刷厚度為120μm的環(huán)氧樹脂防腐涂層;外表面磚砌體表層應(yīng)進(jìn)行清洗,表層脫落處補(bǔ)強(qiáng)處理,再涂刷厚度為120μm的環(huán)氧樹脂防腐涂層。
煙囪加固完成后,需拆除外立面臨時(shí)鋼板,使煙囪外立面恢復(fù)原狀。
目前煙囪加固及臨近深基坑支護(hù)已施工完成,煙囪位移、沉降等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均滿足要求,說明小直徑鋼管護(hù)底樁的加固方案對(duì)此類臨近深基坑的高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)加固具有良好效果。煙囪筒身未出現(xiàn)新裂縫,煙囪內(nèi)部新做混凝土筒通過L形錨筋與舊磚煙囪粘結(jié)成整體,協(xié)同受力,此筒身加固施工工藝較普遍,加固效果良好,可為該領(lǐng)域相似類型的加固做法提供借鑒。