某酒店大楼高9层结构施工关键技术

某酒店大楼高9层结构施工关键技术

0基础加固和整体纠偏设计面临的问题由于基础沉降和整体倾斜，建筑物需要加固基础和整体弯曲。在这种情况下，建筑物往往处于不稳定和不安全状态。有必要选择合适的通用加固和整体纠正方案，通过合理的设计和仔细的施工，确保施工过程中建筑物结构的安全，并顺利实现设计的加固效果和纠正目标。对于倾斜建筑物的基础加固和整体纠偏设计,目前仅仅在《既有建筑地基基础加固技术规范》中有所涉及,而该规范在某些方面也只是给出了一些原则性的指引,设计人员还难以按规范规定来完成具体项目的设计工作,如原有基础承载力的评估、顶升纠偏时顶升位移的允许误差控制及其对结构的影响、顶升纠偏时顶升平台的设计计算、纠偏期间内力重分布对结构安全性的影响等重要内容在规范中尚无具体规定。在倾斜建筑物的基础加固和整体纠偏工程中,如何提高设计水平、规范设计行为,仍是值得我们思考和研究的一个课题。文中结合一个具体项目的基础加固与整体纠偏设计,介绍了其中的关键技术问题及其解决方法,着重分析了影响基础加固方案的因素、阐述了综合评估原基础承载力的方法、提出了钢-混凝土组合式顶升平台的新旧混凝土界面承载力计算公式,以期为以后类似工程的设计提供参考。1挡墙基础倾斜某酒店大楼位于惠州市博罗县罗阳镇,楼高9层,总高度34.2m,建筑面积5300m2,采用钢筋混凝土框架结构、柱下独立基础、局部条形基础。在完成主体混凝土结构施工、砌筑完成全部外墙和部分内墙时,发现基础不均匀沉降、楼房向后侧轴○D倾斜285mm,倾斜度远远超过设计允许值且沉降尚在继续发展,工程被迫停工。根据结构及基础现状、工程地质条件和楼房变形情况,采用锚杆反压预制方桩和钢管桩加固基础、采用钢-混凝土组合式顶升平台实施断柱顶升整体纠偏,有效地提高了基础承载力,控制了基础沉降变形,使楼房恢复了垂直状态。2基于沉降原因和建筑物安全的评估2.1地层及结构变形岩土工程勘察报告揭示,场地原始地貌为河流冲积地貌单元,现场地已推平,地形平坦开阔,地下水位变幅为-1.0～-2.0m。各地层自上而下依次为:人工填土:由粘性土、砂和碎石等组成,结构松散,层厚为1.80～3.50m。黏性土:黄褐色,土质均匀,可塑,层厚为3.50～7.10m。建议承载力特征值为120kPa。淤泥质土:灰黑色、黑色,土质较均匀,软塑,层厚为0.60～1.00m,仅在场地后半部的钻孔有揭示。中砂:褐黄、灰白色,中密,层厚为9.60～10.90m。强风化岩层:燕山期花岗岩,裂隙发育,结构松散,层面深度为18.20～20.50m。由于基础荷载较大、又采用了天然地基,原基础的底面积较大,基础之间的净距较小,基底埋深为-2.2～-3.2m。2.2土工程勘察和基础沉降根据现场查勘情况和有关资料分析,该建筑物基础发生较大不均匀沉降、导致楼房严重倾斜的主要原因有如下3个方面:(1)该建筑场地原先未进行岩土工程勘察,原设计取用地基承载力特征值为200kPa,发现基础沉降后进行了补充勘察。原基础设计对地质条件的判断缺乏依据,地基承载力取值太高。这是基础沉降的主要原因。(2)在主体结构施工时,业主在轴○B至轴○D范围擅自增加了一层,使轴○B至轴○D范围的基础荷载显著增大,加速了基础沉降。(3)原设计要求内墙采用轻质墙体,但实际施工时全部采用了黏土砖砌筑内墙,所有基础的荷载都明显增大,进一步加大了基础沉降。2.3建筑物的倾斜加大了沉降变形的基础荷载该建筑物在发生基础不均匀沉降、楼房整体倾斜的时候,地基基础已经接近地基承载力极限状态,基础沉降变形不稳定,地基基础处于一种比较脆弱的状态,而建筑物的倾斜在增加了建筑物倾覆力矩的同时又加大了沉降变形较大一侧的基础荷载,使地基基础的情形更加恶化。同时,对于已经倾斜的建筑物,上部结构也由于倾斜而导致重心偏移、内力重分布,部分结构构件的内力加大,尤其是沉降较大一侧的竖向承重结构内力加大、使结构的安全度显著降低。基于上述情况,对于倾斜楼房的处理,既要求快速、有效地加固基础、纠偏扶正,又要充分保证施工过程的楼房结构安全,这是基础加固、整体纠偏设计的双重目标。3基础加固设计3.1托换加固技术分析为便于选择基础加固方案,计算了柱基础的荷载标准值,包括施工阶段已施加荷载作用下的基础荷载值Fk0和最终荷载作用下的基础荷载值Fk,如图1所示。选择基础加固方案时,主要考虑了以下因素:(1)基础承载力差额较大、已经发生严重的不均匀沉降,要求基础加固能显著提高基础承载力、迅速控制沉降变形,同时考虑到地质条件和原基础平面尺寸,采用加大基础面积、静压注浆等非桩式托换的方法难以达到预期的加固效果。(2)楼房已经整体倾斜,且基础沉降变形尚在继续发展,这就要求基础加固施工尽量不扰动地基、不允许产生较大的附加沉降。因此,单管旋喷桩等明显扰动地基的加固技术不适合该工程。(3)在原基础之间有条件施工小型钻孔灌注桩和微型桩。但采用钻孔灌注桩加固基础时对地基扰动还是较大,且钻孔灌注桩难以穿越厚度大的基础,只能布置在基础之间(或基础外侧),由于原基础面积较大、桩位距离框架柱较远,产生的承台(或承台梁)弯矩将会很大、较难处理。如采用微型桩加固基础,由于基础之间的净距较小,布置桩数有限,需要在原基础范围内也布置部分微型桩,并且设计时应考虑微型桩穿越原基础时对原基础混凝土和钢筋的损伤。(4)按岩土工程勘察报告揭示的地质条件,工程宜采用摩擦型桩加固基础。(5)原基础以天然地基承载,并且场地内地下水位埋深较浅,所以加固基础时应尽可能减少开挖深度。综合考虑以上因素后,工程采用锚杆反压预制方桩和钢管桩两种微型桩加固基础,微型桩以中砂层为主要持力层。微型桩与原结构、原基础之间采用钢筋混凝土承台梁连接,微型桩的压桩反力由承台梁提供,并在承台梁内预留压桩孔、在原基础内钻芯形成压桩孔。在原基础之间采用锚杆反压预制方桩,在原基础范围内采用锚杆反压钢管桩。3.2确定地基承载力的确定标准评估原基础的承载力时,综合考虑地质条件、现有基础荷载和前期的基础沉降变形情况3个方面的因素,并认为沉降变形最严重的基础在现有基础荷载作用下已经接近或达到地基承载力极限状态,这对基础而言是一种接近实际情况但可能偏于安全的假设。从以下两个方面计算原基础的承载力特征值Rk1和Rk2,并取其较小者作为原基础的承载力特征值Rk0。(1)根据岩土工程勘察资料结合现场实际情况,轴○D,○B,○A3条轴线基础的地基承载力特征值分别取80,100,120kPa,再按《建筑地基基础设计规范》的规定计算原基础的承载力特征值Rk1,包括基础宽度及深度修正、软弱下卧层验算。(2)对于沉降变形最严重的基础,认为已经接近地基承载力极限状态,取小于现有基础荷载作用下的基底压力标准值作为地基承载力极限值,地基承载力特征值取地基承载力极限值的一半。对于其它沉降变形相对较小的基础,则根据沉降变形数值和沉降速率对地基承载力取值作相应调整。工程中轴○D,○B,○A3条轴线基础的地基承载力特征值分别取0.45,0.60,0.75倍现有基础荷载作用下的基底压力标准值,进而根据地基承载力特征值计算原基础承载力特征值Rk2。以轴(4)和轴(5)柱的基础为例,评估结果如表1所示。3.3基础承载力验算采用微型桩加固基础后,原基础和新加的微型桩形成复合基础、共同承受上部结构传来的基础荷载。由于部分微型桩布置于原基础范围内,2种基础的承载力之间存在交互影响。设计计算时,加固后的基础承载力取新旧两种基础的承载力之和,按下式验算基础承载力:式中:Fk为基础荷载标准值;Rk0为原基础的承载力特征值,按4.2.1评估确定;Rk为微型桩的承载力特征值;R1为原基础范围外的桩基承载力特征值;R2为原基础范围内的桩基承载力特征值;η为考虑独立基础和微型桩两种基础交互影响的效应系数,考虑桩数、桩距、桩长等影响因素取值,工程中取η=0.8。根据式(1)和(2),计算加固后微型桩需要提供的桩基承载力特征值Rk为:3.4静压钢管桩原基础范围外的微型桩采用250mm×250mm静压预制方桩,混凝土强度等级为C30;原基础范围内的微型桩采用uf066168×6静压钢管桩,钢管采用Q345钢材,压桩后在钢管内灌注细石混凝土,形成钢管混凝土桩身。钢管桩桩身截面验算时,按钢管混凝土桩身计算,但应考虑钢材锈蚀的影响。微型桩单桩承载力特征值取350kN,最大压桩荷载为700kN,以中砂层作为持力层。微型桩的数量和布置根据式(3)计算的桩基承载力特征值、单桩承载力特征值、结合原基础布置情况按式(2)确定。微型桩和连接承台梁的布置如图2所示。3.5连续梁的设计连接承台梁连接原结构、原基础和新加的微型桩,在压桩阶段提供压桩的反力,在使用阶段将上部结构荷载传递给微型桩。连接承台梁近似按连续梁设计,以柱位为支点,以微型桩的单桩承载力设计值为向上的荷载,以承台梁的自重设计值为向下的荷载。原基础的基底反力和自重荷载与上部柱荷载平衡,无需在计算连接承台梁时考虑。在连接承台梁内预留压桩孔,并在孔边预埋反压锚杆。压桩前在原基础内再钻芯成孔,孔位与压桩孔对齐,以便钢管桩穿越原基础。承台梁内钢筋避开压桩孔布置,并加强孔周布筋。在完成压桩后及时用微膨胀混凝土封闭压桩孔。4整体系统偏差设计4.1断柱顶升方案纠偏方案楼房向后侧轴○D倾斜285mm,在完成基础加固后需进行整体纠偏,使楼房恢复垂直,设计目标是楼房倾斜度小于0.2%。综合考虑地质条件、基础现状等因素后,设计采用断柱顶升方案实施整体纠偏,即在首层柱位设置钢-混凝土组合式顶升平台,在顶升平台和基础承台梁之间设置顶升用千斤顶和保护用千斤顶,截断柱身后分级同步操作顶升用千斤顶使楼房作为刚体绕轴○A整体转动,每级顶升后保护用千斤顶随即跟进,直至楼房垂直度达到预定目标,最后修复柱身、拆除顶升平台。该方案的最大优点是可控性好、安全性高,能够达到理想的纠偏目标。4.2钢-混凝土组合顶升平台传统的钢筋混凝土顶升平台存在不足之处:施工费用大、周期长、拆除困难、破碎拆除时对原结构可能产生振动损伤。为解决上述问题,工程中采用由工具式钢板箍和现浇混凝土组合而成的钢-混凝土组合式顶升平台。钢板箍由多块钢模通过高强螺栓拼接而成,柱身混凝土表面进行基面处理,在柱身和钢板箍之间浇筑素混凝土形成顶升平台,其构造如图3所示。钢-混凝土组合式顶升平台的承载力和性能研究工作笔者已基本完成,工程设计中采用了部分研究成果。仅结合工程的具体情况就钢-混凝土组合式顶升平台与柱身混凝土之间的新旧混凝土界面受剪承载力提出的计算公式为:式中:R为新旧混凝土界面受剪承载力设计值;fc为柱身混凝土和顶升平台混凝土两者中较低的抗压强度设计值;A为新旧混凝土界面面积,等于柱身截面周长与顶升平台高度之乘积。钢-混凝土组合式顶升平台的新旧混凝土界面受剪承载力稍低于钢筋混凝土顶升平台或托换结构的界面受剪承载力。设计时按式(4)计算确定需要的顶升平台高度。5设计结果分析工程按设计图纸要求于2009年7月顺利实施完成了基础加固与整体纠偏,施工过程没有造成上部结构和墙体的开裂,随后完成了后续砌墙作业。根据竣工前后的变形监测结果,基础沉降变形已经稳定,楼房平均倾斜量小于15mm,平均倾斜度小于0.05%,完全达到了设计要求。总结工程的设计方法和