微型钢管桩托换已有建筑物桩筏基础的应用研究.pdf
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1、第 卷第期 年月建筑科学与工程学报J o u r n a l o fA r c h i t e c t u r ea n dC i v i lE n g i n e e r i n gV o l N o J u l y 引用本文:朱彦鹏,吕向向,杨奎斌,等微型钢管桩托换已有建筑物桩筏基础的应用研究J建筑科学与工程学报,():Z HU Y a n p e n g,L YUX i a n g x i a n g,YAN GK u i b i n,e t a l R e s e a r c ho na p p l i c a t i o no fm i c r o s t e e lp i p ep
2、 i l eu n d e r p i n n i n gp i l e dr a f t f o u n d a t i o no fe x i s t i n gb u i l d i n gJ J o u r n a l o fA r c h i t e c t u r ea n dC i v i lE n g i n e e r i n g,():D O I:/j j a c e 收稿日期:基金项目:教育部长江学者创新团队支持计划项目(I R T_ R )作者简介:朱彦鹏(),男,教授,博士生导师,E m a i l:z h u y p l u t c n.微型钢管桩托换已有建筑物桩筏
3、基础的应用研究朱彦鹏,吕向向,杨奎斌,吴林平,韦正德,施多邦,(兰州理工大学 土木工程学院,甘肃 兰州 ;兰州理工大学 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心,甘肃 兰州 )摘要:为了研究微型钢管桩托换加固已有桩筏基础建筑的实际应用,以三门峡市某已有桩筏基础建筑物的基础托换工程为例,对已经产生倾斜的 层已有建筑物进行事故原因分析,结合以往实际工程案例经验以及各加固方法优缺点对比,最后采用微型钢管桩托换基础和外扩筏板基础相结合的加固方案.通过单桩竖向承载力计算、稳定性计算以及现场原位试桩,确定微型钢管桩施工工艺以及控制参数,利用现场沉降位移监测,对托换加固方案效果进行评价.结果表明:微型钢管桩托
4、换和外扩筏板基础相结合的加固方案不仅施工工期短,加固机理明确,而且施工期间对建筑物扰动较小,综合加固效果显著;根据监测数据,测点D X、D X 和D X 处累计沉降量相对较大,其中测点D X 处最大累计沉降位移为 mm,测点D X 处最大日均沉降为 mm;被加固的已有建筑物在施工完微型钢管桩大约 d以后,日均沉降位移稳定控制在 mmd之间;研究成果可为填方区地基不均匀沉降加固设计提供一定的参考.关键词:已有建筑;托换技术;微型钢管桩;施工监测;加固效果中图分类号:TU 文献标志码:A文章编号:()R e s e a r c ho na p p l i c a t i o no fm i c r
5、 o s t e e lp i p ep i l eu n d e r p i n n i n gp i l e dr a f tf o u n d a t i o no f e x i s t i n gb u i l d i n gZ HU Y a n p e n g,L YUX i a n g x i a n g,YANGK u i b i n,WUL i n p i n g,WE IZ h e n g d e,S H ID u o b a n g,(S c h o o l o fC i v i lE n g i n e e r i n g,L a n z h o uU n i v e
6、r s i t yo fT e c h n o l o g y,L a n z h o u ,G a n s u,C h i n a;W e s t e r nE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fD i s a s t e rM i t i g a t i o n i nC i v i lE n g i n e e r i n go fM i n i s t r yo fE d u c a t i o n,L a n z h o uU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,L a n z
7、h o u ,G a n s u,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t o s t u d y t h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o no fm i c r o s t e e l p i p ep i l eu n d e r p i n n i n gp i l e d r a f tf o u n d a t i o no fe x i s t i n gb u i l d i n g,af o u n d a t i o n u n d e r p i n n i n gp r o j e c
8、to fa ne x i s t i n gp i l e dr a f tf o u n d a t i o nb u i l d i n g i nS a n m e n x i ac i t yw a s t a k e na sa ne x a m p l e T h ec a u s eo f t h ea c c i d e n to f t h ee x i s t i n g s t o r yb u i l d i n g t h a t h a sb e e n i n c l i n e dw a s a n a l y z e d C o m b i n e dw i
9、t h t h ep r e v i o u s a c t u a le n g i n e e r i n gc a s ee x p e r i e n c ea n dt h ec o m p a r i s o no ft h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fe a c hr e i n f o r c e m e n tm e t h o d,a n d f i n a l l ya r e i n f o r c e m e n t p l a nc o m b i n i n g t h eu n d e
10、 r p i n n i n go fm i c r o s t e e lp i p ep i l eu n d e r p i n n i n ga n dt h ee x t e r n a l l ye x p a n d e dr a f tf o u n d a t i o nw a sa d o p t e d T h r o u g ht h ec a l c u l a t i o no fv e r t i c a lb e a r i n gc a p a c i t yo fs i n g l ep i l e,s t a b i l i t yc a l c u l
11、a t i o na n df i e l dt e s tp i l e,t h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n dc o n t r o l p a r a m e t e r so fm i c r o s t e e l p i p ep i l ew e r ed e t e r m i n e d,a n dt h ef i e l ds e t t l e m e n tm o n i t o r i n gw a su s e dt oe v a l u a t et h ee f f e c to ft h eu
12、n d e r p i n n i n gr e i n f o r c e m e n ts c h e m e T h er e s u l t ss h o w t h a tt h er e i n f o r c e m e n ts c h e m ec o m b i n i n g m i c r o s t e e lp i p e p i l eu n d e r p i n n i n ga n de x t e r n a l l ye x p a n d e dr a f t f o u n d a t i o nn o to n l yh a ss h o r tc
13、 o n s t r u c t i o np e r i o da n dc l e a r r e i n f o r c e m e n tm e c h a n i s m,b u ta l s oh a sl e s sd i s t u r b a n c et ob u i l d i n g sd u r i n gc o n s t r u c t i o n,a n dt h ec o m p r e h e n s i v er e i n f o r c e m e n t e f f e c t i s r e m a r k a b l e A c c o r d
14、i n g t o t h em o n i t o r i n gd a t a,t h ec u m u l a t i v es e t t l e m e n ta tt h e m e a s u r i n gp o i n t sD X,D X a n dD X a r er e l a t i v e l yl a r g e T h em a x i m u mc u m u l a t i v es e t t l e m e n ta tt h em e a s u r i n gp o i n tD X i s mm,a n dt h em a x i m u md a
15、 i l ys e t t l e m e n t a t t h em e a s u r i n gp o i n tD X i s mm A b o u t da f t e r t h ec o n s t r u c t i o no ft h em i c r o s t e e l p i p ep i l e s,t h e a v e r a g ed a i l ys e t t l e m e n t o f t h e r e i n f o r c e de x i s t i n gb u i l d i n g i s s t a b l yc o n t r o
16、 l l e db e t w e e na n d mmdT h er e s e a r c hf i n d i n g sc a np r o v i d es o m er e f e r e n c ef o rt h er e i n f o r c e m e n td e s i g no fu n e v e ns e t t l e m e n to f f o u n d a t i o n i nf i l l i n ga r e a K e yw o r d s:e x i s t i n gb u i l d i n g;u n d e r p i n n i
17、n g t e c h n o l o g y;m i c r o s t e e l p i p ep i l e;c o n s t r u c t i o nm o n i t o r i n g;r e i n f o r c e m e n t e f f e c t引言随着社会经济的快速发展,城市建筑用地日益紧张,于是出现了建筑空间竖向发展的现象,并涌现出大量高层、超高层建筑.为了满足城市经济需要,挖填方工程也逐渐向着更大规模的方向发展.随之而来的便是各种复杂的地基承载力问题,已有建筑物的地基处理问题也成了许多土木工程领域专家学者研究的热点课题 .填方区地基的不均匀沉降会导致建筑物
18、倾斜、开裂等,削弱和破坏了建筑物结构的整体性、安全性以及耐久性,直接或间接地影响建筑物的正常使用.已有诸多专家学者针对建筑物不均匀沉降导致的上部结构开裂、倾斜等问题做了相应研究,并取得了一些研究成果 .托换技术是指对已有建筑物进行地基处理、基础加固和改造等措施,或者是解决在已有建筑物基础下修建地下工程以及邻近建设新工程而影响已有建筑物的安全等问题的技术总称,主要适用于已有建筑物的加固、增层或扩建,以及受修建地下工程、新建工程和基坑开挖影响的已有建筑物的地基处理或基础加固.张勇等利用加固完楼房的反向不均匀沉降,结合微型钢管桩分期、分区施工,成功对事故楼房进行了纠偏和加固,并通过观测数据验证了微型
19、钢管桩对倾斜楼房进行纠偏加固的效果.李清泉等采用锚杆静压桩加固及钻孔取土纠倾的措施,对一倾斜楼体进行纠倾加固,证明了锚杆静压桩加固法和钻孔取土纠倾法在湿陷性黄土地区应用的可行性.朱彦鹏等利用实际加固纠偏工程,在黄土填方场地制作了根微型钢管桩试桩,在试桩桩身中布置应变计,进行单桩静载试验,并得出了微型钢管桩加固实际工程的若干条结论.江岳春针对某高层建筑不均匀沉降引起的建筑物倾斜问题,采用锚杆静压桩进行基础加固,通过反演分析计算,设计了具体的基础加固方案.C h e n g等研究了承重墙基础托换钢筋模型的简化计算方法,采用简化T i m o s h e n k o法对种钢砖砌体组合梁进行理论分析,
20、得到组合梁的挠度解和轴向、法向应力解,并将该法应用于监狱围墙的地基托换,验证了简化计算与实际模型之间的关系.然而,已有研究中的大多工程采用梁式托换加固和扩大基础底面积法,对于填方地基已有桩筏基础建筑不均匀沉降的托换加固研究比较匮乏.为了研究托换技术在黄土填方区已有桩筏基础建筑加固中的应用,本文以三门峡市某已有桩筏基础建筑物的基础托换工程为例,通过分析地基不均匀沉降原因,设计微型钢管桩托换加固地基基础的方案,通过沉降监测分析,评价该方法的加固效果,为今后类似的基础托换加固工程提供参考.工程概况 工程背景本工程为三门峡市某已有桩筏基础建筑物基础加固项目,位于三门峡市中心商务区西部,周公西路与苍龙东
21、路交叉口东南侧.该建筑物地上 层,地下层,主体为剪力墙结构.原填方地基为水泥土复合地基,承载力特征值为 k P a,基础形式为桩建筑科学与工程学报 年筏基础,筏板基础厚 m,基桩为载体桩,桩径 m.图为被加固建筑物位置.图被加固建筑物位置F i g L o c a t i o no f r e i n f o r c e db u i l d i n g 建筑变形测量规范(J G J )中的倾斜率计算公式为(SASB)/L()式中:为基础、构件的倾斜率;SA、SB分别为基础、构件倾斜方向上A、B两点的沉降量;L为A、B两点之间的距离.截至 年 月日,第次观测时的整体倾斜率为 ,规范限值为 ,已
22、达限值的;不均匀沉降量最大值为 mm,规范限值为 mm,已达限值的 .水文地质条件根据本工程勘察单位所提供的地质勘察报告,揭露场地主要地层依次为人工填土、粉土、卵石、黄土状 粉 土 和 粉 砂.地 下 水 埋 深 在 现 自 然 地 表 下 m之间,水位高程为 m.因为场地西侧有苍龙涧河蓄水,所以抗浮及防水水位按高程 m考虑.各土层物理参数如表所示,工程地质剖面如图所示.表各土层物理参数T a b l eP h y s i c a l p a r a m e t e r so f e a c hs o i l l a y e r土层厚度/m压缩模量ES/MP a含水率/重度/(k Nm)承载力
23、特征值fa k/k P a湿陷系数S人工填土Qm l 粉土Qa l 卵石Qa l 黄土状粉土Qa l 粉砂Qa l 图工程地质剖面F i g E n g i n e e r i n gg e o l o g i c a l s e c t i o n破坏机理分析及加固方案确定 破坏机理分析图为建筑物倾斜示意图.通过现场勘察以及调阅相关资料,认为该楼发生倾斜的主要原因有:()该楼西侧位于填土范围内,最厚处可达 m,地基土含水量较大、压缩性较高,且该区域地势有低洼,存在浸水、固结和湿陷性沉降.()该楼初步沉降倾斜后,楼体自身质量中心与图建筑物倾斜示意图F i g S c h e m a t i c
24、d i a g r a mo fb u i l d i n g t i l t桩筏基础反力中心不重合,使得地基受到偏心荷载(偏心压力)的作用,加剧了沉降产生和上部结构倾斜.()原地基桩侧阻力和桩端极限承载力减小,导致载体桩的承载力难以达到设计要求.加固方案比选基础加固方法较多,目前较成熟的地基基础加固方法有静压注浆法、树根桩法、静压桩法 第期朱彦鹏,等:微型钢管桩托换已有建筑物桩筏基础的应用研究和加大基础底面积法.()静压注浆法.该方法便于施工,且施工时间短,经济成本低,但由于本工程的加固建筑位于填方区,静压注浆会导致地基进一步产生不均匀沉降,破坏建筑主体结构.()树根桩法.该方法适用于淤泥、
25、淤泥质土、粉土、砂土、碎石和人工填土地基上已有建筑物修复和增层、古建筑整修等的加固.()静压桩法.该方法施工方便,工期短,加固效果明显,加固机理明确,可控性强,且施工空间小,对周围环境污染小.适用于紧急抢险工程,对于快速抑制已有建筑物沉降有显著效果.()加大基础底面积法.该方法适用于已有建筑的地基承载力或基础底面尺寸不满足规范要求时的加固.增大基础底面与地基的接触面积,从而减少土体应力,达到加固基础的目的.此方法虽然经济性好,但施工对已有建筑物扰动较大,效果不易保证.经过几种方案优缺点对比,为了快速施工托换桩基础,抑制建筑物沉降,减小对周围环境的影响,本工程最终选择钢管静压桩法进行基础加固.微
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