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利用基础托换技术治理地基不均匀沉降问题的分析

发布时间:2018-09-14 22:05:23 文章来源:未来智库    

薛世明

[摘 要]建、构筑物地基下沉屡见不鲜,使人民的生产、生活受到了严重影响,如何治理地基下沉,保证建、构筑物的使用安全,给工程技术人员提出了更高的要求。

[关键词]基础托换;地基下沉治理

中图分类号:TU196.1 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)47-0234-01

已有研究资料及工程应用实践表明:对既有建、构筑物地基基础发生的不均匀沉降问题,采用基础托换技术是一种较为可靠的处理方法。基础托换即把原來由地基土承受的全部或部分荷载转移到新增桩或其它基础上,间接或直接起到加固原有地基土的一种加固补强技术。按照托换原理,基础托换技术可分为三种:

1、补救性托换:对既有建筑物的地基土不满足地基承载力和变形要求而需进行地基加固,称补救性托换;

2、预防性托换:对既有建筑物基础下需修建地下工程(包括地铁要穿越既有建筑物),或解决因临近建造新建工程而影响到既有建筑物安全进行的托换,称预防性托换;

3、维护性托换:在新建建、构筑物的基础上预先设计好可设置顶升措施,以适应事后不容许出现的地基沉降值而进行的托换,称维护性托换。

工程实践中常用的基础托换方法有:基础加宽托换法;坑式托换法,又称墩式托换或加深托换;桩式托换法,又分为静压桩、预压桩、打入桩、灌浆桩、灰土井墩、树根桩等。本文就基础加宽托换法、坑式托换法、桩式托换法治理基础下沉进行分析和研究。

一、基础加宽托换

1、方法原理

通过加宽基础,扩大基础底面积,有效降低基底接触应力,进而降低地基土的附加应力,以达到减小基础沉降量或满足地基承载力及基础变形要求的目的。

2、方法特点及适用范围

基础加宽托换法是在原基础单侧或双侧补做混凝土基础,以加大原有基础宽度;当为中心受压时,可采用对称加宽,当为偏心受压时,可采用不对称加宽,加宽宽度应根据实际地基承载力计算。基础加宽应保证新旧基础的共同工作性能,常用的方法是在原基础内设置锚筋,基础加宽托换法施工简单,所需设备少,费用低。

基础加宽托换法虽然施工简单,但存在的问题是新旧基础的界面连接不可靠,界面抗剪和抗拉能力弱,容易发生开裂和剥离,影响新旧基础共同工作的性能。而采用植筋法连接新旧基础可较大幅度提高界面的受力性能,保证新旧基础共同受力,因此,本文建议采用植筋法连接新旧基础的界面。西安科技大学对植筋法连接新旧混凝土界面的受力性能进行了多年的研究,研究成果表明当植筋深度达到15d(d为植筋直径)时,植筋能可靠连接新旧结构,提高新旧结构界面的抗拉、抗剪性能。对于基础加宽托换,配置足够的植筋可加强新旧结构界面的机械咬合力,限制裂缝展开,提高新旧基础的共同工作性能和可靠传力。

基础加宽托换法适用于原地基承载力相差不大的情况,且应综合考虑现场实际情况,例如施工场地是否允许基础加宽、基础埋置是否较深等。由于基础加宽法施工时对周围环境影响很大,可能导致开挖土方较大,直接增加工程费用。另外,基础加宽可能增加荷载作用的影响深度,对软土地基应详细分析其对减小总沉降的效应。

二、坑式托换法

(1)方法原理及特点

坑式托换技术是通过在原有的基础下方设置混凝土墩,使基础支承在较好的土层上,从而满足地基承载力和基础变形的要求,它是一种直接在被托换建筑的基础下挖坑后,然后浇筑混凝土墩的基础托换加固方法。坑式托换法的方法特点如下:

混凝土墩可以是间断的或连续的,主要是取决于被托换加固结构的荷载和坑下地基土的承载力值大小。当间断墩的底面积不能对建、构筑物荷载提供足够支承时,则可设置连续墩式基础,施工时应首先设置间断墩以提供临时支承。当开挖间断墩间的土时,可先将坑的侧板拆除,再在挖掉墩间土的坑内灌注混凝土,同样再进行干填砂浆后就形成了连续的混凝土墩式基础。由于拆除了坑侧板后,坑的侧面很粗糙而可起楔键的作用,故在坑间不需要另作楔键。

如基础墙为承重的砖石砌体,并设有钢筋混凝土基础梁时,对间断的墩式基础,该墙基可从一墩跨越至另一墩。若原基础的抗弯强度不足以在间断墩间跨越,则有必要在坑间设置过梁以支承基础。此时,在间隔墩的坑边作一凹槽,作为钢筋混凝土过梁、钢过梁或混凝土拱过梁的支座,并在原来的基础底面下进行干填。

当对大的柱基用坑式托换时,可将柱基面积划分成几个单元进行逐坑托换的方法。

单坑尺寸视基础尺寸大小而异,但对托换柱子而不加临时支撑的情况下,通常一次托换不宜超过基础支承面积的20%。由于柱子的中心处荷载最为集中,这就有可能首先从角端处开挖托换的墩。

(2)适用范围

坑式托换适用于基础下的土层易于开挖、开挖深度范围内无地下水,或虽有地下水但施工过程中采取降低地下水位措施较为方便的情况。德国工业标准规定:当坑井宽度小于1.25m,坑井深度小于5m,建、构筑物高度不大于6层,开挖的坑井间距不得小于单个坑井宽度的3倍时,允许不经力学验算就可在基础下直接开挖小坑。坑式托换的优点是施工费用低、施工方便,在施工期间仍可以使用建筑。但是,它明显的缺点,一是工期较长,另外可能会引起基础产生一定的附加沉降。

三、灌注桩、打入桩式托换

桩式托换是在原基础底面或原基础侧面新做桩,并将新做桩与原基础连为一体,由新做桩托换去原基础的部分荷载的一种地基基础加固方法。工程实践中,常用的有灌注桩和打入桩。

灌注桩、打入桩基础托换法:

灌注桩、打入桩托换法是在原基础侧面新做混凝土灌注桩或打入桩,桩顶做与原基础紧密连接的钢筋混凝土桩承台或托换梁,由此托换去原有基础部分荷载,起到加固原地基基础的一种加固补强方法,鉴于植筋法的优点,本文建议原基础与桩承台的连接采用植筋法连接。

灌注桩托换法按其成孔方式可分为螺旋钻孔灌注桩、潜水钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、沉管灌注桩、冲孔灌注桩和扩底灌注桩等,其中以螺旋、潜水、挖孔、沉管等灌注桩采用较为普遍。成孔后再向桩孔内浇灌桩身混凝土。另外,国外也有采用一种新型的压胀灌注桩进行基础托换,其桩杆由铁皮折叠制成,使用时靠压力灌浆而胀开。此种桩施工前要进行钻孔,然后放入钻杆。当为浅层处理时,用气压将桩杆胀开,并截去外露端头后浇灌混凝土而成桩。当为深层处理时,则采用压力灌浆设备和导管,当桩杆胀开同时压入水泥砂浆而成桩。

打入桩采用钢管桩,接头用铸钢的套筒或焊接而成。国外使用装在叉式装卸车或特制的龙门导架上的压缩空气锤进行打桩。导架的顶端是敞口的,以便充分地利用室内净空。另外,如从原有被托换建、构筑物的基础周边开挖的坑中开始沉桩,则可提供更大有用的净空,以便减少桩管的接头数。在沉桩时需在桩管内不断取土,如遇障碍物时可使用一种小冲击式钻机,通过开口钢管管端劈碎或钻穿而将土或石块取出,从而穿越最难贯穿的乱石层,当桩端已达合适的土层后进行清孔和浇筑混凝土。钢管打入桩的桩端是开口的,因此对桩周围土的排挤较少。

总之,加固下沉的基础有多种方法、选择合理的加固方法要进行综合考虑,加固方法的选择是加固成功的关键。

中国科技博览 2017年48期

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