南京某商城正常使用下主楼病害工程桩的加固

南京某商城正常使用下主楼病害工南京某商城正常使用下主楼病害工 程桩的加固程桩的加固 位于南京市热河南路东侧的某商城 其设计总建筑面积 85000m2 地上 30 层 地下 2 层 1997 年建成 7 层以下部分并 投入使用 上部因诸多问题而停工 计划 1999 年进行 7 层以上 的建设 该工程桩基础采用钢筋混凝土钻孔灌注端承桩 桩基础施工完 毕后 部分工程桩存在重大质量隐患 因此 根据设计院和质 监站的要求 在主体施工前必须进行彻底处理 该工程底层为商场现已投入使用 地下室的层高 3 4m 给桩基 处理的设计和施工提出了许多特殊要求 施工过程中也解决了 大量棘手的实际问题 整个加固处理历时一年多 现就此做一 论述 供业内同行在处理类似病害工程中借鉴 1 事故的成因 1996 年 该工程开始施工 地下室基坑支护采用深层水泥搅拌 桩挡土 在地下负二层土方开挖后 由于坑中坑没有支护设施 主楼和裙楼交界处的土体局部失稳 坍塌 土体发生大面积的 滑动 挤土效应导致主楼的部分工程桩出现偏位倾斜 根据当时施工监理的桩位现场记录 受到影响的有 29 根工程桩 最大的桩位偏移达 2 3mm 随后经过低应变检测 发现有多根 桩桩身出现断裂 断裂的位置为距离桩顶约 10m 处 施工单位 及建设单位未向质监站和设计院通报 擅自进行了草率 仓促 的处理 并继续进行了 7 层以下的施工 2 病害工程桩的判定 为确保处理工作的科学 准确 经济 必须对有问题的工程桩 进行质量判定 1999 年 通过原始资料分析 经南京市多位专家论证 认为可 能影响工程质量的工程桩涉及到现有的 6 个承台 其中最为严 重的主裙楼相接处主楼 3 根框架柱下共 9 根桩 直径 1 2m 决定判定工作从该桩入手 判定工作的范围为 桩身的完整性 垂直度和桩身混凝土的抗 压强度 桩身的完整性 垂直度的测试是采用钻孔取芯 超声波检测和 ct 扫描的方法同时进行的 其方法如下 在原桩位的中心垂直钻孔 zk1 以此为圆心 在半径 0 8m 的圆周上设置东西南北向的 4 个垂直钻孔 ak2 5 全部 5 个 孔垂直钻进深度为 16m 孔位全部取芯 作混凝土完整性的初 频判断和单轴抗压强度试验 以 zk1 为轴 分 zk1 zk2 5 四个面 用非金属超声波探测仪检测桩身在 0 45 范围内进行扫描 步 长 0 2m 同时用 ct 扫描仪进行桩身立体成像 根据扫描成果 计算桩体的倾斜方向和角度 同时判定桩身的缺陷 如桩的断 裂 夹泥等情况 结论 桩顶以下 6m 8m 左右的桩身混凝土存在严重断裂和夹泥 其他区域有中度松散和空洞的现象 7m 14m 段的桩身向东南 方向倾斜 东倾 4 南倾 2 5 与检测前专家的预测和计算 结果基本吻合 其他部分混凝土抗压强度合格 根据有关规定 判定该工程桩不合格 简称为 病害桩 根据 专家小组的意见 对其他 5 个承台下的有关工程桩也进行钻芯 取样 结果混凝土的物理指标基本同上 结合前期的低应边测 试 经过多次严密地计算 一直认为这部分桩均属于严重不合 格桩 承载力远远不能达到原设计的要求 都必须进行加固处 理 3 桩加固方案的确定和实施 对所有因采用钻芯取样产生的检测孔的工程桩以及部分桩身存 在的轻微缺陷 统一采用压力注浆补强 每根桩补 4 只孔 高 压清浆后加插直径 80mm 厚 10mm 的钢管分 3 至 4 次注浆 通过对现有的地下室地板梁结构刚度的分析计算 认为回固处 理工作的重点还是应放在对病害工程桩和承台的处理上 这是 本次加固工作的一个重要环节 处理前比较了两种加固方案 方案一是锚杆静压钢管桩部分托换方案 利用建筑物的结构自重和桩基础的负磨擦作为反力 通过后补 在基础上的锚杆螺栓的连接 穿过底板开凿的孔洞将钢管桩压 入地基土体中 直到钢管桩达到设计长度或设计承载力值时为 止 设计长度为设计压力值是通过在建筑物外的试桩后折算而 来 压桩完成后 对基础进行封桩处理 钢管桩直径为 508mm 壁厚为 18mm 内灌微膨胀混凝土 目前 7 层以下部分建成已经 4 年 沉降已经稳定 建筑物基 本处于正常状态 故认为病害桩尚具有一定的承载力 在此期 间未发生地震 通过进一步的压力注浆进行桩身修复 可以 承担 7 层以上的结构荷载 仍可以继续让其发挥作用 另外 通过在原桩位附近重新补的钢管桩可以承担 7 层以上的荷载和 7 层以下的部分荷载 方案二是钢筋混凝土钻孔灌注桩全托换方案 考虑到目前检测手段和计算理论所限 注浆修复后的受损桩的 残余承载力难以准确量定 新旧荷载在承台处存在共同作用 受力分析比较复杂 提出采用钢筋混凝土钻孔灌注桩全托换的 方案 设定以后受损桩不参加工作 上部荷载完全由新成桩来 承担 旧桩的残余承载力只作为安全储备 新桩桩径分别为 0 8m 1 2m 混凝土强度标号为 c35 桩的承载力和数量通 过试桩结果经计算提出 方案比较 方案一具有经济 施工周期短的优点 但是缺点是 方案的经验成份较高 新旧桩在上部荷载的传递分配上不够直 观 旧桩的承载力的准确数值不明确 而且新旧混凝土的应变 差异会使受力结构的受力分析非常复杂 方案二的优点是荷载 传递路径清晰 桩基础无隐患 加固的过程比较科学 可靠性 大大提高 缺点是工期长 投资大 而且钻孔桩施工机具由于 受层高的限制需要改造 考虑到建设工程的百年大计和人民的生命安全 专家小组最后 慎重选定方案二作为本工程的加固处理方案 有用第二方案 与钢管桩相比 钻孔灌注桩的单桩承载力大大 提高 桩的总数量也有所减少 施工难度相对减小 共成桩 38 根 施工过程中加强了对桩的施工质量的监理 加强了桩入岩 深度的控制 4 加固过程中承台上荷载的转移 第二加固的另一个重要环节是对原有承台进行加固 通过新承 台将建筑的的基础结构进行有效连接 荷载的转移是通过新旧 承台的连接和结构框架柱的加固来实现的 图 1 由于建筑和设备专业的要求 新建的承台的顶标高不能高于地 下室地板顶标高 这也就意味着要想形成有效的连接 必须将 现有的直下室梁板和承台的一部分混凝土凿除 由于承台已经 承受着上部七层 包括二层地下室 传下来的荷载 所以混凝 土凿除的具体数量由设计人员经过精确计算确定 为了保证新 旧承台的连接 在旧承台混凝土上进行植筋 植筋数量由设计 人员经过计算确定 经计算 将原承台上的结构柱地下第二层高度范围内周边从上 到承台加包钢筋混凝土 扩大了断面 保证了新承台钢筋混凝 土抵抗冲剪的能力 新外包的钢筋混凝土的主筋的布置按照框 架柱的配筋形式设置 并同新旧承台的主筋相连接 结构框架 柱的加固也采用了植筋技术 为了保证植筋的施工质量 植筋过程中加强了对干孔和湿孔不 同条件下植入深度的控制 施工完成后对每一根植筋都进行了 拉拔试验 直致全部满足设计要求 这样 上部主体的荷载通过扩大了的结构桩传到新承台上 再 由新随台传递至新成的钢筋混凝土钻孔灌注桩上 从而实现了 荷载的转移 原来已有的经过修复的受损桩的残余承载力也同 时在参加工作 达到安全储备的目的 图 1 灌注桩补桩承台及柱子架固示意图 5 加固工程桩的验收 加固工程桩的验收主要是采用自平衡技术检测单桩承载力 小 应变检测技术检测桩身的完整性 混凝土试块的试压检测桩身 混凝土的强度完成的 单桩承载力的检测依据是江苏省地上标准 桩承载力自平衡测 试技术规程 和 jgj94 94 附 c 单桩竖向抗压静载试验 自 平衡测桩技术是东南大学的一项在该领域具有革命性的全新的 检测技术 对场地空间无特殊要求 特别适合本工程地下室层 高低的不利因素 不需要任何堆载及大型设备 原理如下 在桩施工过程中 将一种特制的加载设备荷载箱一桩钢筋笼的 主筋相焊接 经计算 将它埋入距桩底 2m 处 将荷载箱的高 压油管和位移棒一起引到地面 混凝土浇筑 15 天后 用高压油 泵按照加载规范的要求向荷载箱充油而加载 荷载箱通过上下 厚钢板将压力传递到桩身 其上部桩身的摩擦力和下部桩身的 摩擦力及端阻力相平衡 根据上下 q s s lgt s lgq 曲线确定 桩的承载力 按照规范 共检测了 2 根桩 检测结果均满足设 计要求 桩身混凝土完整性的检测是采用低应变检测技术实现的 每根 桩均采用多点激荡 采集一条一致性较好的原始波形作为分析 依据 检测结果为 a 类桩 28 根 b 类桩 10 根 均满足要求 可以作为工程桩使用 通过对混凝土试块的试压 单轴抗压强度全部满足设计要求 6 七层以上部分塔楼设计和施工中需要注意的几个问题 由于在地下室地板处进行后期局部桩基加固 基础的刚度存在 差异 所以在进行上部建筑的设计上应加以注意 注意上部结 构刚度的比例和协同作用 尽可能通过上部结构形式的变换来调整荷载的传递路径 以保 证新承台等钢筋混凝土的安全 在新承台上柱脚处设置压力应变片 随着上部施工的进展 及 时 同步跟踪检测柱底轴力的变化 以便进一步验证加固工作 的成果 给上部工程的设计 施工提供参考 设计上尽可能选用轻型建筑材料 减轻桩基础的工作荷载 加强沉降的观测和数据的处理 7 加固处理施工的几点体会 由于加固处理工作是在地下室负二层内完成的 埋深为 7m 地 下水位很高 采用人工方法直接在工作面处集中降水不仅量大 而且因降水速度过快曾经导致建筑物沉降的异常 合理的方案 应在施工面以外一定距离内采用多点同时降水 密切观测已建 成建筑物的沉降情况 由于工作面处单点集中降水及前期土体坍塌滑动后处理不当 地下室地板下的土体被严重深度扰动 形成了大量的流砂 流 土 局部地板下形成大面积空洞 钢筋混凝土钻研孔桩成孔后 相互连通 混浆护壁很难成形 部分桩出现塌孔等现象 混凝 土在浇筑过程中 往往会通过部分空洞进入周围的桩孔 既影 响混凝土的浇筑质量 也影响周围桩孔的质量 许多孔因此成 为废孔 需要进行二次成孔 所以对于桩成孔来说 合理的方 案应该是上半部 2m 左右范围内采用混凝土护壁 下半部采用 混浆护壁 应重点加强对成孔质量的控制 由于改进后的钻机高度很低 自重较小 稳定性降低 成孔后 的实际孔径往往大大超过设计值 加上地板下空洞的存在 混 凝土的实际充盈系数普遍超过规范 一般在 1 5 1 7 部分达到 2 5 2 8 另外 设备改造增加费用以及混凝土的凿除和浇筑效 率均同现有维修定测算的条件不相同 所以 不论是建设单位