乌鲁木齐市某小区13#结构房屋顶升纠偏处理

乌鲁木齐市某小区13#结构房屋顶升纠偏处理

1主体结构分开抗滑桩基础不均匀下沉能力检测结果分析乌鲁木齐社区13号宿舍采用砖砌法。现为钢筋混凝土楼（房屋）覆盖层，按破碎板条基础，1米厚3.7灰土垫层。住宅楼为地上六层,地下一层,其中第五单元相对独立,其上部主体结构通过构造缝与其他单元主体结构分开。该楼于2007年2月竣工,5月份第五单元南侧基础发生较大的不均匀下沉,主体结构向南、向东倾斜。根据现场检测结果,西南角总下沉量s=234mm,向南总倾斜量u=422mm;东南角总下沉量s=264mm,向南最大倾斜量u=476mm,向东最大倾斜量u=96mm;东北角总下沉量s=4mm,向东最大倾斜量u=53mm。另外,北侧地面散水也发生开裂,并伴有3mm落差。第五单元地下室西北角墙体出现斜向裂缝,其中,西侧墙体出现5条北高南低的斜裂缝,最大裂缝宽度达45mm,北侧墙体出现3条西高东低的斜裂缝,最大裂缝宽度为25mm。东侧屋面板及墙体也出现裂缝,一层室内地面及墙面也出现多条细小裂缝。2地基土层倾斜面导致建筑物基土基岩间渗透性改变据现场检查结果并结合建筑物的结构特征、地基下沉和主体结构倾斜和墙体开裂特点分析,认为引起基础不均匀下沉、主体结构倾斜以及墙体开裂的主要原因有以下三个方面:(1)室外地表水大量汇集于低凹处及电缆沟内,然后渗入地基土层,并积聚于灰土层与基岩之间的粉土层内,引起具有湿陷性的粉土浸水软化,产生较大湿陷沉降,导致该建筑物基础发生不均匀下沉,上部主体结构发生较大倾斜。(2)第五单元西北角与第四单元为联合基础,当第五单元主体结构向南、向东发生倾斜时,由于西北角联合基础的约束作用,使第五单元墙体产生较大的拉应力,当拉应力大于墙体材料的抗拉强度时,地下室西北角墙体出现裂缝。(3)第五单元基础下预压托换桩施工过程中,在楼梯间以南灰土层下1.3m～2.3m深度发现3个坑洞,形成原因不详。墙体基础以下地基土内的坑洞严重影响了地基土体的连续性和稳定性,致使建筑物基础不均匀下沉,上部主体结构发生倾斜。3地基基础加固方案根据本建筑结构特征及病害现状,决定采用主体结构断墙顶升纠偏处理方案。因原地基土内大量积水,已形成软弱层,为满足主体结构顶升纠倾的加载需要,保证房屋安全,对已存在隐患的地基基础必须施行加固补强处理。经比较分析,决定采用预压桩基础托换法。4基地面压及桩、桩布置预压桩托换是利用原有建筑物的自重作反力,采用静力压桩法将桩体逐段压入地基土中,经托换后,预压托换桩与原基础紧连在一起,再浇筑混凝土承台,由预压桩承受原基础的部分荷载,起到对原地基基础加固补强之目的。预压桩基础托换法的施工工艺如图1所示,原基础侧挖操作坑→基底下挖导洞→安放尖桩→压桩→桩式托换→导洞、操作坑下部回填灰土→浇灌混凝土承台→回填→恢复地面。(1)预压桩布置因第五单元基础发生较大不均匀下沉,其中南侧、东侧下沉较大。为满足顶升纠偏的加载需要,在沉降较大的南侧应布置较多的预压托换桩,并向北逐渐减少。由顶升加载点布置和结构验算,预压托换桩平面布置见图2。根据上部主体结构顶升纠偏加载量要求,考虑原地基土的承载力后,计算求得新加预压托换桩单桩承载力应达到200kN。根据《既有建筑地基基础加固技术规范》(JGJ123-2000)规定,预压托换桩单桩承载力可按下式计算:Ra=qpaAp+up∑qsiali(1)Ra=qpaAp+up∑qsiali(1)式中:Ra为单桩竖向承载力特征值;qpa、qsia分别为桩端土承载力特征值及第i层土桩侧摩阻力特征值;Ap为桩端横截面面积;up为桩身周长;li为第i层土层厚度。本工程基础下约3m～4m为中—高压缩性粉质粘土,再下为泥质粉砂岩,按公式(1)计算,桩侧摩阻力约55kN～65kN,但桩尖进入下部基岩后,可提供很大的桩端承载力,能满足单桩承载力要求。5压桩成功分析5.1压桩力学分析(1)压桩终止压力本工程基础下实际压桩桩长4.8m～6.0m,桩尖平均入土深度8.76m,桩尖进入基岩约0.3m～0.5m。根据《既有建筑地基基础加固技术规范》规定,设计压桩终止压力Pd=1.5Ra=300kN,实际终止压力Pt=317kN～400kN,平均终止压力337.5kN,均满足规范要求。由压桩过程实测数据绘制的代表性预压桩的P～h(P为压桩力,h为桩尖入土深度)关系曲线见图3～图5。(2)桩尖入土深度对压桩力的影响预压托换桩:桩体选用钢筋混凝土预制微型桩,桩身断面尺寸为200mm×200mm,配置纵筋4Φ12,箍筋Φ6@150,C30混凝土;短桩长度取1.2m～1.5m,压桩过程由桩端预埋铁件焊接连接为一根整桩。由图3～图5知:在地面以下-4.8m～-5.5m土层内,压桩力随桩尖入土深度增大而增加,但不成比例;在-5.5m～-8.5m土层范围内,位于楼梯间的6#、9#桩的压桩力随桩尖入土深度增大亦呈增加趋势,但也不成比例。然而位于楼梯南侧的西边外纵墙11#、14#桩及南边山墙下的20#、21#桩,随着桩尖入土深度增加,压桩力出现明显降低现象,由此可知,楼梯间北侧地基土受地表水侵入影响较小,而楼梯南侧西墙及南墙下地基土受地表水侵入影响较大,桩土之间出现负摩阻力;在8m～9.3m处,桩体进入基岩后,压桩力大幅度增加,高达317kN～400kN,表明地基土下基岩可提供很大的单桩承载力,对原地基基础起到很好的加固补强作用。5.2单桩承载力分析根据设计要求,共进行单桩静载荷试验(简称试桩)3组,试验结果详见表1,试桩P～S(P为试验压力;S为桩体沉降)关系曲线见图6～图8。单桩承载力Ra的确定:采用强度条件和变形(沉降)条件双控制的方法,其中变形控制取桩体沉降差S=5mm对应的荷载值,强度控制取单桩静载荷P～S试验曲线上直线段与曲线段拐点处的对应荷载值,最终单桩承载力取上述两者中较小值,即表1中Ra=236.7kN,大于设计值Ra=200kN,表明单桩承载力具有较大的安全可靠性。另外,考虑到实际压桩后休止时间的延长,桩周土体经回填夯实,浇灌混凝土承台,以及桩体托换后提供的反力,单桩承载力将具有更大的安全储备。因此,本建筑地基基础采用预压托换桩加固补强处理后,可达到安全使用的要求。5.3率:84%是改革开放以来对预压桩进行反力试验,试验终止压力为P=300kN～400kN,卸载至零时测得桩顶回弹为1.97mm～3.46mm,平均回弹量为2.56mm,平均回弹率66%。由单桩反力试验结果,单根预压托换桩可提供25kN～40kN的回弹反力,使单桩承载力得到进一步提高,控制基础不再产生新的下沉。桩端持力层土质越好,回弹力就越大。本工程预压桩支承在承载力较好的基岩上,可提供较大的回弹力,因此桩体回弹小。此外,桩体回弹力与托换压力成正比例关系,因此可以通过控制托换压力的大小来控制桩体回弹量的大小,预压桩的托换工艺也可有效地阻止桩体的回弹。压桩前,基底表面的平整程度直接影响到托换钢管与基底的顶紧程度,同时钢楔的打紧程度也与桩体的回弹量有关。6顶升纠倾及加固效果分析顶升纠倾是指将倾斜建筑物基础沉降大的部位,采用千斤顶顶升法,调整建筑物各部分的顶升量,使建筑物沿某一点或某一直线作整体平面转动以达到纠偏目的。(1)方案要点。①顶升位置:选取一层地面(楼面)下部圈梁底作为主体结构顶升面。②一层地面(楼面)圈梁下间隔1.0m～1.1m拆除局部墙体,安装承重托换机构(钢托换梁),断掉原钢筋混凝土构造柱,安装有关保护设施后,各顶升点采用液压加载器顶升纠倾,最后进行恢复和加固处理。(2)13#楼第五单元顶升纠倾所使用的预压托换桩,实际终止压桩力平均值Pm=337.5kN,满足《建筑桩基设计规范》(JGJ94-94)中P=1.5Ra=1.5×200=300kN之要求。实际托换压力是压桩终止压力的1.3倍,有效地阻止桩顶回弹达45%以上,可控制地基基础不再发生新的回沉,达到安全要求。因此,在后续主体结构顶升纠倾过程中,南墙各顶升加载点顶升荷载高达300kN,但实测基础仅下降0.45mm,表明单桩承载力具有很大的安全储备,且对预压托换的加固效果进行了检验。(3)预压桩桩端支撑在承载力较高的基岩上,为后续的顶升纠倾提供了较高的反力。由测试结果知:最大顶升加载点的下沉为0.4mm<5mm,完全满足要求,还防止了建筑物进一步产生新的回沉。(4)现场单桩承载力试验值Ra=236.7kN,是设计值Ra=200kN的1.18倍;设计压桩终止压力P=1.5Ra=300kN,实际终止压力平均值337.5kN,较设计压桩力提高13%,保证了后续顶升纠倾的顺利进行,并可保证本建筑的安全使用。7建筑基础承载能力和承载力(1)本工程建筑物采用预压托换桩地基加固补强进行顶升纠倾,结果满足规范要求,达到复位的目的。(2)钢筋混凝土预压桩托换法设备小巧、移动灵活、简单易行、直观可靠,可在不停产、不搬迁的情况下