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建筑物基底掏土灌水法糾傾

08-22 13:19:17  瀏覽次數:447次  欄目:結構設計
標簽:組織結構設計,鋼結構設計, 建筑物基底掏土灌水法糾傾,http://www.tljciu.live

    提  要: 通過確定塑性區最小半徑,引入了掏土灌水法工程糾傾設計方法。八層磚混住宅樓糾傾工程實踐證明,在粘土類地區采用基礎迫降---基底掏土平孔灌水糾傾, 具有技術合理, 施工簡單、可控性強,回傾速度容易控制的特點

    1.概述
    在新建和已有工程中,由于各種復雜的原因,地基不均勻下沉,造成建筑物傾斜,給國家財產和人民生活帶來嚴重損失和困難。因此,需要采取一定的糾傾措施將傾斜建筑物糾正過來,現有的糾傾技術可分為迫降法和抬升法兩種[1]。掏土灌水法是糾傾方法中迫降方法的一種,所謂迫降法是指在沉降較小一側采用掏土、浸水或堆載加壓等,或將此幾種方法綜合起來迫使基礎下沉使建筑物回傾。
    采用在房屋沉降小的一側掏土灌水,在成孔的某一半徑范圍內因掏孔和灌水而加大地基應力,使地基應力重分布并形成塑性區,使基礎產生沉降。同時,采取有效的措施控制沉降大的一側的沉降,達到糾傾目的,見圖1示意圖。此方法是迫降糾傾中的一種新方法,適用于砂土、粉土、粉質粘土及粘土等地基上的傾斜建筑物。所以,稱之為“掏土灌水糾傾法”(簡稱“掏灌法”)。 
    2.掏土灌水最大塑性區半徑Rp及掏孔間距D
    2.1 假定
    從圖2取出典型單元,距基底h處掏直徑為d的孔,掏孔深度s。假設土體是理想彈塑性體,材料服從Tresca屈服準則: (1)
    2.2 圓筒形孔周最大塑性區半徑的確定Rp,掏孔間距D的初步確定
    對Tresca材料,如果已知成孔半徑Ri和成孔處地基應力 p(包括自重和建筑物引起的附加應力)則可計算出成孔周圍的最大塑性區半徑。假設成孔灌水后收縮閉合,可利用圓筒形孔體積變化等于彈性區體積變化推出[2]:
    (2)E棗取地基土的壓縮模量
     n 棗為消耗泊松比
    K棗地基抗剪強度(所能承受剪應力)
    Ri棗成孔半徑
    一般工程中,對飽和粘性土及粉土,取Rp≈3 Ri,則掏孔間距D=6Ri。
    3.工程設計方法
    根據房屋的上部結構、基礎及地基共同工作原理,假定上部及基礎是屬于剛性的,當地基出現輕微的不均勻下沉以后,基礎及上部結構不撓曲,基礎底面在地基沉降以后仍為平面。這樣,建筑物為一剛體繞沉降大的一側建筑物底端轉動---沉降小的一側建筑物下沉,沉降大的一側只是轉動點而不得產生新的沉降。
    3.1 回傾量值及設計沉降差
    出于以上假定,地基所受的應力與變形成直線變化,基礎隨同地基一起下沉,沿建筑物傾斜方向取出各個傾斜斷面,計算簡圖見圖3(圖中虛線為建筑物糾傾前位置,點劃線為糾傾后位置)。按如下計算公式分別計算各傾斜斷面:
= (3)
    其中:
    -----建筑物實際水平變位值
    -----建筑物自然地面算起的高度
    a -----考慮施工因素的變位滯留量(回傾滯留量),規范[3]取為*0.4%
    -----建筑物糾傾時水平變位設計控制值,(=-a)
    B -----建筑物寬度
    -----糾傾需調整的設計沉降差.
    此處,計算沉降差的工程意義為等效掏土土層厚度,即建筑物基礎沉降最大高度值。
    3.2 回傾速度D 
    計算沉降差在施工時不可能一次完成,需要分階段實現。一般情況下,按照建筑物的傾斜量大小、建筑物自身結構的完整性狀況設定回傾速度。定義每天掏孔灌水的沉降量D 為回傾速度(單位:mm/每天)。
    設計上D 值一般取為10-25mm/每天。實踐中每次成孔后需多次灌水,才能使大部分掏孔孔壁塌落閉合,但仍有部分孔不能完全閉合。即,實際回傾速度小于設計回傾速度。
    3.3 掏孔直徑d
    掏孔直徑d的確定應當考慮施工的可行性,即采用已有的施工方法、機具,以及施工成本。現有的水平成孔方法有人工(d=50-200mm)及機械(70-200)兩種。掏小直徑孔,較之較大直徑孔,成孔間距縮短,成孔工作量(成孔次數)必然增多,從而使施工成本上升。一般工程實踐中,平衡掏孔效果與成本的關系,采用d=100-150mm較為理想。
    事實上建筑物沿回傾方向是逐漸增大的,因而沿掏孔方向采用變截面最為合理(圖1)。由于變截面施工難以控制,并且基礎的剛度遠大于地基的剛度,掏土灌水后地基的應力進行調整,地基豎向變形和側向移動變形常常相繼發生。因而,設計中可采用等截面的掏孔值。
    3.4 掏孔間距D
    對于一般粘性土,按照前述塑性方法確定的塑性影響范圍,取Rp=3 RI。當掏孔直徑d=100時,其最大塑性區半徑約為RP=150mm,最小孔間距D約為300mm。為保證建筑物均勻沉降,使建筑物保持相對穩定,從而需要保持一定的孔距,以確保灌水后掏孔周邊土體浸水逐漸形成塑性區,設計D值較塑性方法取值要大。
    工程設計時,假定土體不可壓縮,每天掏孔灌水產生沉降D 的折算體積等于掏孔體積V,從而確定兩孔間間距,即:
    V=p d2/4 (4)
    掏孔間距D:
    D= V /D (5)
    3.5 掏孔深度S
    假定建筑物為一剛體繞沉降大的一側建筑物底端轉動---沉降小的一側建筑物下沉,沉降大的一側只是轉動點而不得產生新的沉降。這樣,掏土量從(沉降小的一側)遞減為零(沉降大的一側),為三角形分布。工程實踐中,沉降大的的一側已然是敏感位置了,除非采取切實可行的加固措施(如微型樁托換基礎),若要掏土至該部位勢必造成新的沉降,其結果是加重了建筑物的傾斜。為了保證傾斜房屋糾傾不致加大傾斜一側的下沉量,掏挖區應控制在傾斜反側的房屋重心線以外的范圍;重心線以內的地基土不掏挖,通過建筑物上部結構與基礎的下沉予以調整。
    3.6 掏孔位置距基底高度h
    掏孔位置距基底的距離應控制在一定范圍內,一般300-600mm。距離過遠,勢必造成開挖深度增大;另外,基底下土體在上部荷重作用下可能向外坍塌,尤其在遭水浸泡后基底下土體向外塌落,可能引起不可控制的沉降。距離過近,基底下地基土變薄,基底反力變化過大,基礎受力不均勻,導致基礎對地基土的沉降調整能力下降。
    3.7 灌水量控制
    基礎的沉降主要是在灌水后發生的,孔內灌水以灌滿為止。由于土質情況不同,孔壁在灌水后的塌陷閉合可能是多次灌水的結果。一般開始灌水時,注入水量遠大于掏孔體積(水滲入周圍土體所至),后期注入水量愈來愈小,待孔壁完全塌陷閉合后無法灌水。工程中當多數孔(2/3以上)灌水量接近零時,停止灌水,清孔或重新成孔。
    4.工程實例
    4.1 工程概況
    濟南鋼鐵集團總公司8#住宅樓,8層,室外高為24.2m,長57.86m,寬12.62m,磚混結構,鋼筋混凝土條形基礎,基礎埋深為-2.25m,設伸縮縫一道(5,6軸處),平面如圖4所示。1994年12月該樓伸縮縫以東主體完成施工,1995年5月伸縮縫西側主體封頂.1996年6月發現外縱墻窗臺下多處出現斜向裂縫,該樓19軸處8層窗臺向北傾斜145mm,并有繼續發展的趨勢。
    1996年7,8月兩次進行工程地質補充勘察,發現在該建筑物北部及東側地下有一廢棄防空洞,洞頂距地面約8M,洞高1.5-1.8m,洞寬1.5m。防空洞頂部塌落,且建筑物外已有兩處塌陷至地面。因此,建筑物發生傾斜是由于房屋下防空洞塌陷所至。
    觀測該建筑物(1#點)主體結構最大傾斜值=298mm(指建筑物的最高標高處柱子或墻體的水平傾斜值,見表1),折合傾斜量/=1.231%(為建筑物室外總高度),已大大超過規范[3]5.2.4條規定0.4%的地基變形允許傾斜量,以及標準[4]2.5.1.1條規定的危房限值0.7%。個各測點傾斜值見表1。

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