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整体托换基础加固技术

李擎

(中铁建设集团有限公司北京分公司,北京100040)

[摘要】结合实标工程,由于该建筑物基础出现的质量问题,通过原因分析和加固方案设计,确定采用桩筏基础整 体托换上部建筑的加固方案.重点对整体托换的基础加固方案实施的各重要环节进行详细介绍,包括施工难点、施工工序、质量控制要点等.应力监测及建筑物变形监测结果表明,通过整体托换基础加固后建筑物的安全性、适用性及耐久性得到提高.

[关键调]加固;基础:托换:施工技术

[中图分类号】TU753.8 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2013)22-0066-05

Li Bo

(Betjing Branch China Railway Constrnaction Group Go. Lad. Bejing 100040 China)

Abstract;Based on the actual project there are some quality problems appeared on the foundation through reason analysis and strengthening scheme design the entire underpinning technology with piles and raft is adopted. The key points of foundation strengthening with entire underpinning technology areintrodueed including contruction difieulties constuction process and key points of quality control.Stress dteetion and defmati mnitoring sh that the safety sitability nd suitability ofstrengtheebuilding are improved.

Key words ;strengthening; foundations; underpinning: construction

1工程概况

筑物产生不均匀沉降.

结构,桩基础,桩基施工采用旋挖机械干钻沉管灌在拟采取基础加固时,建筑物上部结构及部分溪流:该工程施工场地坐落于冲沟流经区城内,场地平场整理后,该冲沟消失,但在地下形成一条暗流.

某工程为18层住宅楼,建筑高55.75m,剪力境2加固方案设计思路

注桩.该工程原始地貌为原有冲沟地形,暴雨期间装修工程已施工完成.受上部已完成结构的影响, 短时水流量较大,枯水季节有断流现象,为间歇性无法对全数基桩采用钻芯法检测,对部分基桩检测后结果离散性较大,无法判断每根基桩的质量情况.在经过多次论证并排除土体注浆固结、局部托换等加固方案后,最终确定采用桩筏基础整体托换冲沟填埋,回填厚度超过15m但并未进行夯实处可靠性,在不考虑原有旋挖桩承载力的前提下,上 上部建筑的加固设计方案.为保证桩基础加固的在桩基础施工阶段,由于松散的填土造成机械成孔桩之间穿插布置.新增加的基桩全部采用人工挖

该工程场地平整阶段采用高抛回填方式将此理,回填土夹杂大量山石导致回填土质极为松散.部荷载全部由新增加的桩基承担,新增基桩在原基时出现場孔情况,加之荒挖机械干钻受工艺所限无孔桩,而后在基桩上增加筏板以整体托换上部建法彻底清除孔底沉渣,造成桩底沉渣厚度不满足规筑.加固方案设计模型如图1所示.同程度的开裂.经分析判断,造成主体结构构件开裂的主要原因是由于建筑物基础质量问题导致建

范要求,导致主体结构施工后部分梁板构件出现不3加固方案设计概况

该工程整体托换加固方案主要包括人工挖孔

桩和筏板基础2部分内容,其中分项工程主要设计指标及参数如表1所示.

图1加固方案设计模型Fig.1 Strengthening design model

表1主要设计指标及参数

Table 1 Design specifications and parameters

合 设计方案 内容 主要设计指标及参数1人工挖孔新增人工挖孔桩桩径1m,嵌岩深度≥2.5m, 以中等风化基岩作为持力层2 钢能 主筋为1614,螺旋为48@200,核顶2.500mm范图内据旋推筋为$10@100,加强 环狼为4142000:每节钢第笼主之间采用搭接焊连接,焊接接头采用双面姆,搭接长 度10d;钢筋宽上部铺人夜板1650mm3 栏芯湿极土混极土强度等级为C304 筏板钢筋主采用32240双排双向布置,封边钢 采用业16@200,拉接落采用$12例第,5板湿极土基础厚度1.7m,混凝土强度等级为C35Pg 600mm×600mm梅花形布置6 其他 将筏板范围内原基桩桩身凿毛,井在其上间 距300mm梅花形植人业16例筋作为抗剪钢病

4方案实施难点分析

1)根据该工程原始地貌情况并结合《地质勘察报告》相关内容,待加固建筑物处于原有冲沟流经 区域,并且加固施工正值雨季,因此在人工挖孔桩施工阶段桩孔内水量很大,桩孔内的降排水效果是人工挖孔桩施工成败的关键所在.

2)受净高影响,部分工序施工难度大.由于待加固建筑上部结构均已完成,结构净高不足5m,导8 致钢筋笼吊放及桩芯混凝土浇筑时无法采用大型机械作业,增大了施工难度.

3)筏板钢筋在遇到原基桩桩身时需通过在桩身上钻孔的方式使筏板钢筋能够通长布置.因筏固工程施工的关键所在.板钢筋布置较密,且同一排原基桩(截面为矩形)桩 身存在角度上的偏差,如何使筏板钢筋顺利穿通整排基桩是另一大施工难点.

5主要施工工艺及质量控制

5.1工艺流程

浆一新增人工挖孔桩施工→筱板及扩大墩基础施 降排水施工一基坑土方开挖→地基土固结灌工→基坑土方回填.

5.2降排水施工

5.3土体固结灌浆

5.4新增人工挖孔桩施工

5.4.1施工顺序

5.4.2塌孔处理措施

行不间断抽水作业,尽量减少山洪进人冲沟的水量;原冲沟地势较低一侧由于降雨量较大已形成大面积水塘,造成整个场区水位不断上升,因此,采用大功率柴油泵对水塘进行不间断抽水,将进人冲沟中,首先开挖冲沟内的桩孔并做好抽排水工作,此 的水流尽量排出冲沟外:②在人工挖孔桩施工过程方案与第1种方案配合,可达到降低施工区域内整体水位的目的.

筑物房心及肥槽土方挖除.该工程场地平整时回 为满足板施工的要求,需要将筏板范围内建填土方较松散,在人工挖孔桩施工过程中很容易出现場孔情况,对施工人员的人身安全及建筑物的安全带来较大的隐患,因此在人工挖孔桩,作业前,对施工区城内的回填土进行灌浆固结,一方面有利于 后续人工挖孔桩施工顺利实施;另一方面,预先对土体进行固结,可使原本松散的地基土体与浆液充分结合形成一个较完整且刚度较大的地基,在减少建筑物不均匀沉降程度的同时,也使建筑物在整个加固施工过程中的结构安全系数大大提高.

该工程原设计桩基类型为端承桩,但由于桩底质量缺陷,土体正摩擦力实际也参与了承担部分上防止新增人工挖孔桩与原桩距离较近后引起岩石 部荷载的工作.为了不影响原有基础桩的承载力,的不稳定并前弱土体的有利摩擦力,故新增人工挖孔桩,开挖采用“跳挖”的方式进行,即按照桩位布置采用“隔一挖一”方式分2批进行开挖,并且在第1批桩孔开挖完成并浇筑混凝土后(混凝土强度≥ 80%),方可进行第2批桩孔的开挖(见图2.涂黑的桩位为第1批开挖桩位).采取上述“跳挖”方式可在最大程度上降低新增人工挖孔桩开挖对既有建筑物结构安全造成不利影响的风险,也是该基础加

该工程施工区域回填土虽已经过注浆加固处理,但在成孔过程中不可避免地会遇到诸如場孔、流砂、淤泥等情况,此时可采取缩短每节桩孔开挖壁钢筋搭接长度的措施减小不利地质条件对人工 深度,并适当减小护壁钢筋间距,增大上、下两节护成孔的影响程度.

针对局部深度范围内存在软塑状粉质黏土(激泥土)层的情况,基桩开挖过程中有可能因为淤泥该工程降排水方案采取以下措施:①在原冲沟土流动导致桩基开挖困难,并导致相邻旋挖桩的下

5.4.3钢筋笼的制作与吊装

5.4.4浇筑桩芯混凝土

图2人工挖孔桩开挖顺序

开挖过程中遇到淤泥土层时,必须增加钢套筒以保 证土层的稳定性,防止激泥土挤出.钢护筒采用12mm厚的A3钢板卷制而成,因现场无法采用机械吊装,故每节钢护筒按1m标准长度定尺加工,钢护简外径尺寸为桩径-5cm.

考虑到上部结构净空高度较小,钢筋笼无法一次加工成型,故每节钢筋笼加工长度不超过4m.加工好的钢筋笼每节重约130kg,由于无法采用塔式起重机等大型机械吊装,且人工安装施工难度较大,经设计单位同意,可在桩孔上方对应的结构楼 板上开洞,钢筋笼通过固定于楼板上的电动葫芦吊放,电动葫芦固定在116上.吊装钢筋笼时,要对准孔心,直吊扶稳、缓慢下放,避免碰撞孔壁.用电动葫芦将钢筋笼垂直吊放人孔内,下放至露出桩头位置后采用钢管临时支撑固定,待下节钢筋笼吊放并 与前一节钢筋笼焊接牢固后继续下放,直至下放至设计标高,然后用2448钢管固定好钢筋笼,防止在灌注混凝土过程中钢筋笼上浮.

1)当桩孔内无积水时采用串桶浇筑,混凝土的浇筑混凝土时要连续进行,分层振密实.第1步 落度不超过160mm,下落时自由落差不超过2m.浇筑到扩底部位的顶面,然后浇筑上部混凝土.混凝土分层浇筑厚度不得大于1.5m.

2)水下混凝土灌注:①水下灌注混凝土必须具备良好的和易性,坍落度宜为180-220mm.②水 下灌注用导管、混凝土料斗采用成品设备:导管直径300mm,壁厚5mm;料斗壁厚4mm,容积2m².导管使用前应试拼装、试压,试水压力取0.6-1.0MPa.导管下放完毕后,根据记录的导管根数及长度核算导管总长度,并与桩孔深度比较,必须确

误后安装混凝土料斗.水下灌注设备采用电动葫 保导管底部至孔底的距离为300~500mm,核对无芦(吊重3t)及$20钢丝绳吊放及提升(见图3).③混凝土料斗必须有足够的混凝土储备量,混凝土由导管下落后立即向料斗内连续浇筑混凝土,保证凝土浇筑过程中,导管必须始终理人混凝土内,埋 导管一次埋人混凝土灌注面以下不少于0.8m.混人深度宜为2~6m.严禁将导管提出混凝土灌注面,并控制提拔导管速度.混凝土进人钢筋笼后提升导管要平稳,以防止混凝土冲力过大或钩带钢筋笼造成钢筋笼上浮.④为保证浇筑混凝土的密实 度,在混凝土浇筑过程中采用反复提落导管的方式对混凝土进行振捣,提落导管的高度为30cm.③严格控制最后一次灌注量,超灌高度宜为0.8~1.0m,凿除浮浆后必须保证暴露的桩顶混凝土强度达到设计强度.

Fig.3Underwater concrete pouring 图3水下混凝土灌注示意

5.5筏板基础施工

5.5.1筏板钢筋与原桩连接处理

这是该桩基础处理方案实施的重要环节,若筏板与原桩不能可靠连接,将直接影响上部荷载的传递及新增桩基的作用效果.原桩基表面凿毛,并设250mm×250mm×30mm@300mm×300mm的键槽, 新旧混凝土接触面清理冲洗干净,浇筑筱板混凝土前用界面剂进行处理,同时将原桩钻孔,钢筋穿好后用高强无收缩灌浆料压力灌浆.如图4所示.

5.5.2原基桩桩身钻孔

过在桩身上钻孔的方式使筏板钢筋能够通长布置. 1)该工程筏板钢筋在遇到原基桩桩身时需通因筏板钢筋布置较密,如何在原基桩桩身上钻孔并

图4新增筏板钢脑与原桩连接处理示意Fig.4 Connection of steel bar of raft and pile

使筏板钢筋顺利穿通是一大难点.由于原桩基础接桩(接桩截面为矩形)施工中各接桩方向存在偏差,若同排桩按接桩桩身侧面直接在其上钻孔,将 导致此排桩钻孔后由于方向偏差造成钻孔无法同心,导致筏板钢筋无法贯通,故钻孔前首先放出轴线作为控制线,然后对原桩范围内的筏板钢筋进行放线定位,在桩上确定好钻孔的位置,最后在钻孔时以轴线为控制线调整钻孔角度,保证钻孔过程中孔心线始终平行于轴线,从而保证同排钻孔同心. 原桩身钻孔如图5所示.

图5原桩身钻孔示意Fig. 5 Drilling on original piles

2)钻孔顺序在原基桩桩身上进行钻孔作业力,从而对建筑物基础及上部结构产生不利的影 必然会减小原桩身的截面面积,削弱原基桩的承载响.因此,采用何种钻孔顺序将给建筑物的整体稳定性带来关键性的影响.从该工程方案设计的角度,增大钢筋间距并加大钢筋规格可以减少原桩身钻孔数量,降低对原基桩桩身截面面积的削弱程有效降低钻孔对原基桩桩身截面的削弱程度. 度;从施工的角度,采用“分步单向”的钻孔方式可

“分步单向”钻孔方式即首先在桩身上对上层上排钢筋位置的孔位施钻,待注浆后强度达到设计强度后再分批进行下层下排、上层下排和下层上排面,在每批次钻孔时,一定要错开截面钻孔,即2个 钢筋位置孔位的施钻.需要特别指出的是:一方相邻批次的钻孔不得选在同一截面进行:另一方面,下一批次钻孔必须待上一批次穿筋后注浆强度达到设计强度后才可进行.上述2方面措施可以在最大程度上避免钻孔对原基桩承载力的前弱程度,从而有效降低建筑物出现稳定性事故的风险.

5.5.3筏板基础混凝土浇筑及裂缝控制

该工程筏板基础采用C35P8混凝土.筏板基础厚度均为1.7m,每个筏板基础浇筑量约1500m”,属大体积混凝土施工.该工程筏板施工正处于夏季,因此对于大体积混凝土的裂缝控制是筏板施工的关键环节.

5.5.3.1大体积混凝土温控指标

1)混凝土浇筑体在入模温度基础上的升温值不宜大于50℃.缩的当量温度)不宜大于25℃. 2)混凝土浇筑块体的内外温差(不含混凝土收3)混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0°℃/d.于20.

4)混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大

5.5.3.2混凝土原材料的选择

1)水泥应尽量选用水化热低、凝结时间长的水泥,优先采用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、大坝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥等.

2)粗骨料宜采用连续级配,细骨料宜采用中砂.

3)外加剂宜采用缓凝剂、减水剂;掺和料宜采用粉煤灰、矿渣粉等.掺粉煤灰可替代部分水泥,既可降低水泥用量,且由于粉煤灰的水化反应较慢,可推迟放热高峰的出现时间;掺外加剂也可达 到减少水泥、水的用量,推迟放热高峰的出现时间.

4)采取诸如冰水拌合混凝土、砂石料场遮阳、混凝土输送管道全程覆盖酒冷水等措施可有效降低混凝土的出机和入模温度.

5.5.3.3筏板混凝土的裂缝控制

1)混凝土养护时间根据测温情况确定并不得少于14d.

2)大体积混凝土养护时的温度控制一般有2种方法:①降温法即在混凝土浇筑成型后,通过循环冷却水降温,从结构物的内部进行温度控制. ②保温法即混凝土浇筑成型后,通过保温材料、碘钨灯或定时喷浇热水、蓄存热水等办法,提高混凝土表面及四周散热面的温度,从结构物的外部进行温度控制.保温法基本原理是利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升,在缓慢的散热过程 中使混凝土获得必要的强度.

考虑到该工程筏板混凝土施工环境温度较高,因此采用保温法的养护措施既简单又便于操作,同时又能达到混凝土养护及控制裂缝的效果.

施:首先在混凝土表面蓄水后采用塑料薄膜覆盖严 3)该工程保温材料选用阻燃保温被.养护措

密:将筏板边模松开后(不拆除)在筏板侧面混凝土间的空洞封闭严密,并根据测温情况采用防潮碘销灯对混摄土表面进行加热升温.

4)筏板混凝土测温方法

该工程采用简易测温法,仅采用较简单的设且成本较低.具体做法如下:使用30×2的无缝钢管,其一端用比钢管外径大10mm的圆钢板焊牢密闭,使其不能渗水.

焊接好的钢管量正三角形,布置于绑扎好的筏板钢筋网架上,并焊牢,再用橡皮套管套于距钢管 底部50mm处,管两端用铅丝扎牢,确保水不能渗人管内.钢管口用木块塞好.上管底距混凝土板面50mm,中管底距板底为1/2板厚,下管底距板底面50mm.

一定时间将温度计伸人管中,即可知该钢管下部混 混额土浇筑后,即向钢管中装人自来水,每隔凝土温度.将不同深度管中所测湿度相比较,即可得知该处混凝土上下点的温差.从而能控制混凝土养护温度,确保筏板混凝土工程的施工质量.测温完成后,采用水泥砂浆将测温孔填实.

5.6建筑物变形观测

(上接第15页)

1.5建筑施工碳排放量的汇总

工现场消耗的建筑材料(包括周转材料)在生统计施工现场办公生活用电、用水的消耗. 根据以上分析,建筑施工碳排放量应包括:施产和运输过程中的碳排放量,施工过程中消耗的燃料和电能产生的直接和间接碳排放,施工过程用水产生的碳排放,施工现场办公生活用电用水产生的碳排放,施工现场产生的建筑垃圾外运产生的碳排 放,建筑垃圾回收利用的碳排放量,不考虑现场临时绿化产生的碳排放量.

由估算得到的总碳排放量除以工程项目总建筑面积,即为单位建筑面积的碳排效量,除以总产值可得到万元产值的碳排放量.

2结语

1)估算建筑施工碳排放量不能只考虑施工现场的柴油消耗、电耗和水耗,同时要考虑建筑材料的生产和运输过程中产生的碳排放.

工现场所用建筑材料的碳排放因子,目前建筑材料 2)建筑施工碳排放量的估算关键是要确定施碳排放因子数据库有待完善.

备,就能直观地测得混凝土内部温度,精确度高井6结语

参考文献:

参考文献:

由于该工程是对原基础质量问题采取的补教表面浇水;然后在塑料薄膜上及边模表面覆盖阻燃措施,因此在从基坑土方开挖至筏板基础施工及土保温被,保温被必须覆盖严密,重点控制墙根等部方回填的全过程必须加强对原有建筑物的沉降、位位的覆盖情况:最后采用帆布将筏板四周与结构之移、倾斜等变形的观测工作.在发现原有建筑物产生明显变形或变形有逐步增大的趋势时,必须及时 停止施工并将施工人员撒离到安全地带,同时会同设计、监理、建设等相关单位及有关专家认真分析变形产生的原因并及时制定相关处理方案.

在对该工程持续进行的应力监测及建筑物变形观测结果来看,该建筑物上部荷载产生的基础承载力在不断地由原有基础向新增基础传递,建筑物的沉降、位移、倾斜等变形正逐步趋于稳定.通过本存在质量及安全隐患的建筑物重新获得了生机, 整体托换基础加固方式在实际工程中的应用,使原使建筑物的安全性、适用性及耐久性在后续几十年的工作中得以延续和加强.

[1]杨国检,托换技术在加固中的应用[1].浙江建筑,2008 25(9);20-22.[2]中国建筑科学研究院.CB50007-2011建筑地基基础设计规 范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.[3]建筑施工手册(5版)[M].北京:中国建筑工业出版 杜,2012[4]中国建筑科学研究院,CB50011-2010建筑抗震设计规范 [s].北京:中国建筑工业出版社,2010.[5]CB50010-2010混土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

3)估算建筑施工碳排放量需要统计施工中各种周转材料消耗量和用于结构本身的建筑材料用量,需要统计施工过程中的油耗、电耗和水耗,需要

4)单位面积或万元产值碳排放量可以相对评价建筑施工管理的减排成效.

5)本文提供的建筑施工碳排放量的估算方法可以为开展绿色施工后碳减排量的计算提供参考.

[1]吴量,建筑工程环境影响评价体系和应用研究[D].北京:清[2]周笑缘.循环经济与中国建筑垃级管理[J].建筑经济,2005 华大学,2005[3]类春静,张智慧.建筑生命周期碳排放核算[J].工程管理学 (6) :14-16.报 2010(1):7-12.[4]满传军,陈寿峰,基于建筑寿命周期的校四建筑碳排放评估 及控制研究[J].上海建设科技,2011(6):53-55.[5]孤向荣,王敏权,傅柏权,住宅建筑的联排放量分析与节能减 排措施[J],防灾减灾工程学报,2010(S1):428-431.[6]钟平,建筑生命周期能源消耗及其环境影响研究[D].四川:[ 7 ] Caarina Themark. A low esergy belding io a lile cycle-ita 四川大学,2005mbedined eng ngy nedfr peni andeying potential[ I] Building and Enrisnmest 2002(37) ;42935.

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