厚填土不均匀沉降加固

1、锚杆静压桩技术用于厚填土不均匀沉降工程地基加固石太线白羊墅车辆段工程，是晋煤外运车皮抢修的重点工程，自1979年动工修建以来，因填土沉陷导致建筑物的开裂，建了七年之久尚未动工。为了彻底整治已沉裂的建筑物，经多方案比较，最后决定采用冶金部建筑研究总院80年代开发的锚杆静压桩新技术进行加固。在有关设计、施工等单位的配合下，经过10个月的加固处理，完成了4项沉裂工程的加固任务，取得了很好的技术经济效果。一、 工程概况采用锚杆静压桩进行地基加固的4项工程是转向架车间、铁利材、锻工弹簧间和食堂，建筑面积共4105，其中转向架车间2751。转向架车间是这次重点加固处理的工程。为24m单跨单层工业厂房，地基

2、填土厚度1-14.2m，原设计在东西山墙的钢筋混凝土条形基础下，设有5.5m-11m长的30x30cm的钢筋混凝土预制桩，由于桩未穿过填土层，填土遇水后强度降低，致使东、西山墙严重开裂，最大沉降量达128mm。接着，南、北墙也发生严重沉降。其沉降观测记录详见下图：其他3项工程均为钢筋混凝土浅埋条形基础，地基曾进行过强夯处理，建成后因为发生严重沉裂，1982年又用旋喷法进行加固，由于对填土湿陷性认识不足等原因，也未能制止沉裂，不得不拆除重建。二、 沉裂原因分析1. 厂房建在厚度相差悬殊的山坡填土上。填土时未作分层碾压，所以填土质量极差， 遇水湿陷即下沉，这是造成建筑物沉裂的主要原因。2. 对松散

3、填土浸水后会引起湿陷下沉等特性认识不足，填土遇水后强度明显下降，并 使桩产生负摩阻力；桩长不足未穿过填土层，承载力过低，这也是造成建筑物沉裂的另一个重要原因。3. 其他三栋建筑物的地基虽做过强夯处理，但因填土含水率较低，压实效果受到影响， 而且强夯的影响深度也是有限的，上层虽已夯实，下层填土仍较松散，当地表水流入或受毛细水影响时，会造成整个填土层强度降低，所以仍会产生不均匀沉降。4. 填土地基上建筑物排水设施不完善，造成大量地表水流入地基，特别是施工用水渗 入填土内，局部地区出现水坑，造成基础明显下沉。三、 锚杆静压桩的工作原理锚杆静压桩是锚杆与压桩技术巧妙的结合，其工作原理就是利用建(构)筑

4、物自重，先在基础上埋设锚杆，借锚杆反力，通过反力架用千斤顶将桩逐段压入在基础中开凿或预留的压桩孔内。当压桩力Pp 达到1.5Pa（在软粘土中）或2 Pa（在含水量较低的填土中）时（其中Pa为桩的设计荷载），便可满足设计要求。然后将桩与基础紧固在一起，该桩便能承受上部荷载，从而减少基础下的地基压力，阻止建筑物的不均匀沉降，收到加固地基的效果。这种桩的传荷过程和受理性能非常明确，有利于设计。压桩时力系平衡如下图所示：四、 锚杆静压桩的设计压桩数量主要根据上部荷重大小而定。转向架车间南北墙下每个独立柱基础经计算需6根静压桩才能承受上部荷载，但根据原有柱基和桩基情况，新增6根桩难以设置，我们采取在原有

5、基础两侧增设牛腿承台方法解决。即将基础凿毛并露出钢筋，与牛腿承台钢筋焊接在一起，新老钢筋混凝土能很好结合，再在桩顶设置钢筋混凝土梁，使其共同承托上部荷载。南北墙基础加固及桩位布置图详见下图：东西山墙的条形基础，采用拓宽基础预留压桩孔，以扁担托梁形式起到压桩加固目的。共压桩40根，东西山墙承台加固及桩位布置图如图所示：为了保证压桩施工满足设计要求，决定采用双控标准，即一个桩长控制，另一个是压桩力控制。压桩力根据以往经验，在粘土中压桩可按下式计算：Pp=1.5Pa在结构破坏的填土中压桩，因压桩力不受时间效应影响，压桩力必须加大，应按下式计算。Pp=2Pa式中Pp-压桩力；Pa桩的设计荷载。本工程每

6、根桩的压桩力均在450KN以上，接近千斤顶额定值500KN.为了较少压桩时桩的侧阻力和填土浸水后引起的负摩阻力，我们把静压桩设计成变截面桩，即桩尖段截面大，为22X22cm，这种桩实践表明是合理的。桩头与基础的连接是静力压桩极为重要的工序之一，是传递上部荷重、支承基础荷重的关键部位。本工程由于压桩孔开凿成倒锥形，封桩时浇筑的是掺有微膨胀剂高等级强度混凝土。为了增强抗冲切力，利于压桩时的4根锚杆，加焊交叉钢筋，浇筑成700mm宽400mm高250mm的桩头封顶梁。这样设计，桩头与基础连接的质量便有了可靠保证。五、 锚杆静压桩的施工1. 钻孔压桩施工转向架车间利用建筑物自重进行压桩，但为了穿透填土

7、底面到泥岩层之间的碎石层和新黄土层，压桩力不够，所以决定采取先钻孔（146mm），再压桩的办法，实践表明效果是好的，与无钻孔相比，压桩力可减少，能增加压入深度。经检查桩尖均落在泥岩面上了，见图：2. 水箱配重压桩施工其他三幢建筑物均已拆除，无法利用自重进行压桩，因此选用了水箱配重压桩施工法。根据桩位孔铺设轨道，在特制平台上设置2个25m³水箱，总重为500KN，用水箱配重进行压桩，由绞车牵引移动位置，当施工另一柱列线柱基时，需用吊车配合转移轨道和水箱。3. 锚杆的埋设施工转向架车间基础上压桩孔周围锚杆的埋设采用3种形式。在牛腿承台部位采用爪式预埋螺栓；抗拔力较大的螺栓采用环氧砂浆粘结

8、，4根30螺栓抗拔力可达630KN，抗拔力较小的螺栓，则采用硫磺胶泥粘结，4根30螺栓抗拔力可达460KN。我们在深层厚填土上压桩这还是第一次，经加固后观测沉降已全部稳定，表明在厚填土上应用这项技术是成功的。而且经济效果显著，据估算仅转向架工程采用锚杆静压桩加固，比采用其他加固方法可节省投资20余万元。特别是通过这项工程实践，和结合这项工程进行的现场试验，基本掌握锚杆静压桩技术在填土加固使用的基本性能，为今后在厚填土上使用这项技术积累了宝贵经验。采用锚杆静压桩和掏土技术对建筑物进行纠偏锚杆静压桩掏土技术的纠偏方法，是锚杆静压桩和掏土技术的有机结合。其工作原理是在建（构）筑物沉降多的一侧先压桩，

9、并立即将桩与基础锚固在一起，迅速制止建（构）筑物的下沉，使其处于一种沉降稳定状态。然后再沉降少的一侧进行掏土，减少受力面积，增大掏土侧的土中应力，使建（构）筑物缓慢而又均匀的回倾，必要时可在掏土侧设置少量保护桩，以提高回倾的稳定性，最后达到纠偏校正的目的。这项新技术已与1987年11月通过冶金部部级鉴定。福州市状元新村4号楼基础托换与掏砂纠偏工程一、 工程概况该工程为6层大板结构住宅楼，长33m，宽8m，高16.8m，建筑面积2000。钢筋混凝土条形基础，底层室内为现浇架空板，其下无填土，基础下铺设0.7m厚砂垫层。1981年建成交付使用，建筑物逐年发生沉降、偏斜，直至1985年纠偏前，东北角

10、沉降量为37.5cm，西北角沉降量为31.5cm，房屋倾斜率达到22.3，远远超过规范规定的4的规定。居民惶恐度日，严重危及居民的生命财产和建筑物的安全使用。二、 房屋沉降倾斜的原因1. 该建筑物建造在土质很差的厚层淤泥质粘土上，地基土承载力较低；2. 建筑物荷重不对称，南轻北重，建筑物形心在南侧，而重心在北侧，从基础设计情况来看，反而南 大北小（南侧基础宽1.6m，北侧宽仅1m），设计不合理。三、 纠偏加固方案1. 加固地基为了迅速制止建筑物继续向北倾斜，在北墙基础上布置了锚杆静压桩，根据静力触探资料，桩长选用11m，压桩力控制在250KN左右。根据计算，北侧基础上需压桩52根，桩总长572

11、m，当压桩完工后，立即把桩与基础一铰接形式连接在一起，便可承受上部荷载，制止北侧的沉降，为南侧掏砂纠偏创造了必要的条件。锚杆静压桩桩位布置及其剖面图见下图：2. 掏土纠偏为了迅速制止建筑物继续向北倾斜，我们从基础下的砂垫层进行掏砂纠偏。在整个纠偏施工过程中，对建筑物的沉降、倾斜、裂缝进行系统观测，及时掌握建筑物各部位的沉降情况，以便指导掏土施工。建筑物在回倾时，应严格遵守缓慢、均匀、控制调整速率原则，尽量不使建筑物重新产生不均匀沉降。为此，在分析本工程大板结构现状后，提出了沉降速率应控制在5-10mm/d，最终倾斜率满足3的要求。根据计算，东西两侧下沉量分别为150mm和170mm，竖向回倾值

12、应为246mm和270mm。纠偏后倾斜率和水平沉降值见图：3. 设置保护桩为了防止纠偏超量，使南侧上部荷载传递到深层土中，建筑物回倾后能快速稳定，以及增加建筑物和居民的安全感，本方案设置了保护桩。保护桩的数量根据计算确定为28根，总桩长为323m，桩断面和施工方法均与北侧相同。四、 纠偏加固的效果建筑物纠偏是在居民未搬迁的情况下进行的，经过纠偏，倾斜率由原来的22.3回倾倒3，完全满足使用要求。在纠偏加固过程中，上部结构裂缝没有发展，纠偏效果较为理想。在工程纠偏加固刚刚结束，曾经受一次福州沿海6.2级地震的考验，经对建筑物的全面检查，一切完好。于1986年10月9日通过了福州市组织有关部门参加

13、的验收。会上福州市房管局领导称赞说“冶建研究总院为我们卸掉背了7年的包袱。锚杆静压桩掏土纠偏技术，第一次在福州应用获得成功”。福 建日报于1986年10月24日在第一版，以建筑“魔师“扶正斜楼为题，赞誉了这项新技术改造的奇迹。USC配重静压桩技术在宝钢的应用USC(在特殊情况下)配重静力压桩技术，是冶金部建筑研究总院综合宝钢一、二期工程交界处相邻建（构）筑物地基加固，研制出的一项新技术，已于1987年12月通过部级鉴定。 这项技术的基本原理是通过特殊设计的一套反力架装置借助千斤顶、压桩架将配重的重量传到桩上，再由桩传到地基土上，迫使土体侧向变形，达到沉桩的目的。配重静压桩压桩时的静力平衡如下图

14、所示：这项新技术适应于大、中型工业厂房和高层建筑的地基加固处理，特别适用于相邻建筑的地基加固。配200吨级大型液压压桩设备，可施工406mm的钢管桩和400mm、550mm的预应力钢筋混凝土离心管桩（桩节长为5m）,桩的入土深度在宝钢地区可达58m，施工时无振动、无噪音、无污染，侧向挤土小，可在密集住宅区及不能有震动的环境中使用。在生产厂房内施工时可不影响生产。压桩设备简单，压桩架系自行设计制造，配上国产大吨位长冲程千斤顶和大流量高压油泵，即组成大型液压压桩设备，具有重量轻、操作方便、到位效率高、能自动吊装等特点。这种方法已在宝钢3项工程中成功得到应用，解决了其他工法难以解决的施工技术难题，具

15、有显著的经济效益和社会效益。现将在宝钢应用情况简介如下。宝钢炼钢厂钢包喷粉站是无缝钢管厂轧制各种钢管提供柸料的重要设施之一，其工艺设备均由西德引进，原属一期同步建设项目，因种种原因延期，后来要求在已经投产的炼钢厂厂房内300T转炉旁新建喷粉站。在该时该地区新建喷粉站对加固地基的设计和施工带来的难度都是很大的。其特点如下：1. 要确保300T转炉正常生产，不能影响440T吊车吊运钢水包的频繁进行，和地面上大型钢包平台车的往复行驶。2. 在转炉基础边缘1m处进行压桩施工时不能影响邻近建筑物的沉降和倾斜，其相邻基础位置图如图所示3. 拟建区地下有电缆、下水道及5m多厚的杂填土；高度受到限制，场地狭窄

16、，环境很差；噪音大、温度高、粉尘多。4. 上部荷载较大，要求单桩承载力800KN，生产要求不允许有较大的沉降。经多方案比较，其中包括：旋喷桩、钻孔灌注桩等，最后决定采用静力压桩施工方案。因采用这个方案可解决上述难题，满足上述要求。压桩的设计与施工由我院承担，现将压桩设计施工情况作概要介绍。1. 压桩数量及桩位布置根据设计计算和构造的要求，钢包喷粉站决定压35根钢管桩，经估算确定压桩深度为46.8m，桩径为Ø406.4x12.7mm，桩总进尺为1638m，压桩桩位布置图见下图2. 压桩力的计算将桩压入土中时，必须克服土体对桩的阻力，所以压桩力就是压桩阻力，压桩阻力P由两部分组成，一部分

17、是桩侧阻力，另一部分是桩尖阻力。其表达式为：式中 U桩周长（m） Fi各土层的桩摩阻力（KN/）A 桩尖面积 （）Rj桩尖阻力（KN/） 根据宝钢以往的试桩资料，将测得各土层的桩侧摩阻力代入式中厚，得到压桩力约为900KN.3. 压桩架的设计根据压桩力为900KN，压桩深度为46.8m的要求和场地条件，确定设计1台大吨位的配重压桩架。新压桩架可承受2000KN的反力，其高度为9m，可施工5m长的桩段。该压桩架结构简单，占地面积小，可在离障碍物很近处施工，并能自行吊起反力梁和千斤顶，自行吊桩就位，施工操作简便。4. 桩段和接头设计由于压桩架受到厂房高度限制，所以需将桩分段，每节桩段设计为5.2m

18、，则46.8m的桩长需由9节组成，有8个接头，接头构造如图所示：5. 选用的压桩设备主要设备除自行设计制造的2000KN级的压桩架外，还配备有500mm冲程的800KN千斤顶和200mm冲程1000KN千斤顶，以及大量油泵、电动葫芦等。6. 压桩施工顺序 确定桩位- 在混凝土底板上开凿压桩孔 - 安放路基箱 - 压桩架就位 -安放配重- 吊桩入位 - 压桩 -数据记录 - 接桩- 压桩 - 直至达到设计深度。此外，该项技术还相继在热轧厂煤气管道支架边缘进行了压桩施工，压桩58根，总进尺2050m，在连铸与炼钢交接处进行了桩基和烟囱工程压桩施工，压桩21根，总进尺1037m，都取得了满意的效果，

19、表明这项技术是成功的、有效的，在特殊情况下使用本项技术可优越于其他地基加固方法。3项工程压桩情况如图所示：宝钢三项工程压桩情况一览表序 号工程名称施工日期桩径/桩长桩数（根）桩总长（m）备注1炼钢厂内300T转炉边缘钢包喷粉站桩基工程1986.8Ø406.4mm46.8m351638基础边相邻1m2已建煤气管道边缘热轧管道支架桩基工程1987.5Ø550mm30m和45m582050基础边相邻3m3在已建炼钢厂边缘连铸车间柱子和烟囱基础工程1987Ø406.4mm55m和45m211037在栈桥底下，周围是马路上钢x空分塔改建的基础托换加固工程一、工程概况 上钢某

20、场拟将原3350m³制氧机空分塔拆除，并在原地改建成6000m³制氧机空分塔，空分塔基础的底面积为9.7X9.9M厚1.8m的钢筋混凝土整体基础。 1982年曾发生液氮泄漏事故，历时3各月之久，发现基础向西和偏西南方向倾斜，经堵漏修复，调整了设备倾斜度后恢复正常生产。基础倾斜的主要原因是1977年改建时，基础仅作了放大处理，造成在同一基础底面下有两种不同刚度的地基土，导致基础向软的一方倾斜，此外，新老基础形心又不在同一位置，形成偏心受力，以及液氮泄漏，使地基土冻胀，加剧了地基的下沉和倾斜。 1987年厂房拟利用大修的机会，对部分设备进行更新改造，委托冶金部建筑研究总院对基础

21、进行加固。 二、地基加固的任务与难度 地基加固的任务是：1. 提高承载力，由于对部分设备进行技术改造，空分塔需加高5m达25m高，增加重量80余吨，总重力达6000KN。2. 确保空分塔基础不再有继续下沉倾斜的可能。地基加固的难度有：1. 无地质资料，基础下地质情况不详；2. 基础曾放大过，基础套基础，应力分布复杂，且地基曾被冻胀过；3. 不能在基础本体上进行加固；4. 场地狭窄，周围都是障碍物，在压桩施工时，不能影响上部进行焊接等施工作业；由于难度较大，设计部门不愿承担此项加固任务。 三、加固方案 1. 在无法查清基础和地基土的情况下，选用锚杆静压桩加固方案是稳妥的，压桩数应作偏向于安全考虑

22、；根据计算，设计确定22根钢筋混凝土桩，19号桩因受总气管的影响无法施工，实际压桩21根，桩长为17m。设计要求压桩力为300-350KN，实际达到420KN，说明桩尖已经进入较好的持力层（亚砂层）。压桩桩位布置图如图所示。2 由于基础本体无法加固，需在基础四周设牛腿承台。承台宽700cm，高800cm，将原基础凿毛露出钢筋与牛腿承台钢筋焊接在一起，并加焊锚固筋。牛腿承台混凝土等级为C25，承台上要预留上小下大的锥形压桩孔和预埋锚杆螺栓。牛腿承台的构造图如图所示：3根据工程实际情况，桩与基础连接采用钢板焊接方法封桩。钢板与锚杆焊接，可使锚杆直接承受桩头的冲切力。当然这种封桩方法造价较高，需根据具体情况选用。于1988年2月27 日至3月20日完成了加固施工任务，施工质量达到了设计要求，已与9月9日投产，使用情况良好，基础沉降已经稳定。上钢X厂扩建工程的基础加固 一、工程概况上钢X厂U型管车间属钢管分厂的扩建工程。该车间长150m，跨度30m，净高11.7m，钢筋混凝土结构。柱子承受荷载较大，天然地基不能满足设计要求，车间南面和热轧管车间紧邻，北面与728蒸发管车间相依，即在两车间之间扩建一跨新厂房。 二、基础加固的难度 1U型管柱子中心与热轧车间柱子相距很近，两柱中心距仅130cm。采用锚杆静压桩加固的桩位距热轧管车间杯口仅15cm。 2.进行