地下防空洞復合載體夯擴樁設計與應用

地下防空洞復合載體夯擴樁設計與應用

1商貿樓場區(qū)地下水位三峽購物中心位于6層，東西37.30米，南北29.04米。4層，東西32.60米，南北27.24米。場區(qū)下部防空洞在場區(qū)內縱橫交錯,相互貫通,面積占地基總面積的40%左右,對建筑物安全造成很大隱患。商貿樓場區(qū)位于黃河南岸Ⅲ級階地前緣,地層主要為第四系上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)沖～洪積、風積成因類型的黃土狀粉土和黃土狀粉質粘土。地下水位埋深>70m。場區(qū)地層結構、物理力學指標及地基土承載力見表1。2區(qū)域工程的地理條件評價2.1濕陷系數(shù)依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025-2002)與土分析結果報告,擬建場區(qū)濕陷性黃土濕陷系數(shù)最大值為0.097,總濕陷量最大值為634.4cm;自重濕陷系數(shù)最大值為0.056,計算自重濕陷量最大值為197.7mm;最大濕陷深度17.25m,濕陷層最大厚度15.50m。判定擬建場區(qū)黃土的濕陷類型為自重濕陷性黃土場地,濕陷性黃土地基的濕陷等級為Ⅲ級。各勘探點的濕陷性評價見表2。2.2防空洞及基礎荷載場區(qū)下部防空洞在場區(qū)內縱橫交錯,相互貫通。防空洞全部為磚被復,巷道墻厚24cm,頂厚18cm,窯洞墻厚24～37cm,洞底埋深約14m,洞寬1.0～3.0m,高1.8～2.5m,于1970年開工,1973年竣工。由于上部不明原因滲漏水及被復結構長期使用,磚及砂漿已被侵蝕,局部被復結構已破壞。防空洞的設計抗力已大大降低。防空洞位于第④層深棕黃色黃土狀粉土中。其上第②、③層黃土狀粉土、粉質粘土濕陷性較大,最大總濕陷量為63.44cm,計算自重濕陷量為19.77cm,為自重Ⅲ級(嚴重)濕陷性黃土。據(jù)調查,防空洞跨度為1.0～3.0m,高度為1.8～2.5m?，F(xiàn)按照“卸荷拱”理論確定壓力拱的高度h1。其計算公式為:h1=[(L0/2)+h0tg(45°?φ/2)]/fjh1=[(L0/2)+h0tg(45°-φ/2)]/fj式中:h1——壓力拱高,m;L0——毛洞跨度,m;h0——毛洞高度,m;fj——堅硬系數(shù),取0.6;φ——頂部土層的內摩擦角,(°),取飽和狀態(tài)值。求得h1最大為6m。洞頂?shù)綐冻信_土層厚度H為10～11m<2h1,因此不能形成卸荷拱,基底的垂直荷載將直接傳到防空洞的被復結構上。洞頂?shù)拇怪焙奢dg宜按下式計算:g=q+γH式中:q——作用在復土頂部的垂直荷載,kN/m2;H——洞頂土層厚度,m;γ——洞頂土層平均容重,kN/m3。磚砌直墻半圓拱容許垂直荷載為Pc=30kN/m2,經(jīng)驗算g=271kN/m2,即g>Pc。因此防空洞處在不穩(wěn)定狀態(tài),必須對防空洞進行加固處理。3防空洞加固處理由于場區(qū)下部防空洞密集分布,占地面積大,上部土層具有中～強烈濕陷性,通過分析評價,防空洞處于不穩(wěn)定狀態(tài),必須進行加固回填處理。防空洞埋深約14m,采用傳統(tǒng)方法施工難度較大,工期長,加固效果難以保證,且施工屬地下作業(yè),存在不安全因素。通過勘察、設計、施工部門多次協(xié)商決定采用等能量、等變形夯擴擠密法對地下防空洞進行全部回填夯實,然后采用復合載體夯擴樁基礎方案。3.1填充料及加固量的確定擬建商貿樓采用夯擴擠密法處理防空洞時,應對商貿樓場區(qū)及其周邊一定范圍進行處理,擠密孔布置以等邊三角形為宜,孔距約1.5m。由于其下為防空洞,必須對防空洞進行全部夯實回填,擠密孔深度應至防空洞頂面。故處理厚度自基底設計標高起算約12m(自現(xiàn)地表下2.0m起算)。采用夯擴擠密法成孔,成孔擠密宜由外向里,間隔分批進行,擠密法成孔直徑40cm,夯擴直徑60cm。成孔后應立即夯填,填充料為含泥量≯10%、有機質含量≯3%的建筑垃圾、碎石、卵石、渣土等。夯擴體投料量以三擊貫入度控制。等能量、等變形夯擴擠密的施工應嚴格控制施工質量,回填后的防空洞作為人造持力層。根據(jù)防空洞的體積,確定回填加固料的方量。采用機械成孔時,預留松動層的厚度宜為0.5～0.7m。3.2復合載體樁身基礎基礎模型依據(jù)場地工程地質條件可知,外放尺寸不能滿足等能量、等變形夯擴擠密法處理地基的要求,建議在整體處理的情況下對基礎部分采用復合載體夯擴樁基礎方案,樁端持力層建議選在人造持力層上,采用細長錘夯擊成孔,將護筒沉到設計標高后,細長錘擊出護筒底一定深度,分批向孔內投入填充料,用細長錘反復夯實、擠密,在樁端形成復合載體,最后灌注混凝土成樁。有效樁長不宜小于11.00m。3.2.1樁身斷面及樁側阻力特征值單樁豎向承載力特征值Ra按下式估算:Ra=qpaAe+up∑qsiaLiRa=qpaAe+up∑qsiaLi式中:Ra——單樁豎向承載力特征值;up——樁身斷面周長,m;qsia——樁側第i層土的側阻力特征值,按飽和狀態(tài)下取值;Li——樁身穿越第i層土的厚度,m;qpa——復合載體下地基土經(jīng)深度修正后地基持力層承載力特征值,應按現(xiàn)行國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007-2002)確定;Ae——等效樁端計算面積,m2。根據(jù)上述公式及巖土工程勘察報告提供的設計參數(shù)確定樁徑D=410mm,有效樁長L=10m,計算單樁豎向承載力特征值Ra=1284.8kN。3.2.2樁身截面積的確定式中:Q——樁身強度設計值,kN;fc——混凝土軸心抗壓強度設計值,按現(xiàn)行國家標準《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2002)確定;Ap——樁身截面積,m2。經(jīng)驗算Q=1099.2kN>1000kN。單樁豎向承載力設計值按1000kN計算。4設計和質量控制4.1壓入樁管檢查(1)準備工作(測量放線,定樁位,試車等);(2)移動樁機就位,檢查就位是否偏差,放置樁管,檢查樁管垂直度;(3)放置細長錘,啟動電動錘沖擊引孔,壓入樁管至設計標高,檢查地面是否變形、沉陷等;(4)控制填料量及空打三擊貫入度要求,若不能滿足三擊貫入度要求,繼續(xù)填料,直到滿足為止;若能滿足三擊貫入度要求,上提樁管30～50cm,按設計要求填干硬性混凝土夯擊,檢查所打樁是否對鄰樁有影響,若有影響應跳打或調整設計參數(shù);(5)放置鋼筋籠,檢查其標高及保護層厚度;(6)灌注混凝土,檢查配合比及拌和質量;(7)慢慢拔出樁管,同時啟動電動錘搗混凝土,拔管速度0.6～0.8m/min;(8)測量樁頂標高、結束。4.2混凝土性能的控制(1)定樁位時,用鋼釬打入地面以下1m,用石灰填滿夯實,防止鄰樁施工時造成樁位偏移;(2)填料時保證設計要求的用量,最后三擊貫入度應小于10cm;(3)混凝土的拌和要均勻,攪拌時間≮4min,坍落度應稍大一些,一般為10～12cm,為了保證夯擴樁體與混凝土樁段的連接,第一盤混凝土的坍落度應在12～16cm,拔管速度0.6～0.8m/min,軟弱土層交界線拔管速度控制在0.3～0.6m/min;(4)混凝土的振搗:開始拔管時振搗,樁底與樁身要留振多于10s,當出地面2m時加混凝土至料口,中間停振,孔口留振,同時不斷加料至孔口,邊振邊拔使混凝土密實;(5)鋼筋籠的要求:為了保證鋼筋籠不放偏或振搗時不偏斜,制作鋼筋籠時可在鋼筋籠外側放置墊塊,另外,鋼筋籠放好后還應固定,防止上浮;(6)施工時若樁管進水,可用干硬混凝土填充,在錘擊力的沖擊下,干硬性混凝土吸收一定量的水分形成一層極密實的隔水層,并減少細長錘拔出時產(chǎn)生的吸力,有效地阻止地下水及軟泥的滲入。5對復合載體標準參數(shù)的滿足要求復合載體夯擴樁的加固原理是采用細長錘夯擊成孔,對周圍土體及樁端土體進行擠密,在樁端形成復合載體,加固后其承載力和壓縮模量可提高30%～50%。對采用等能量、等變形夯擴擠密法處理后的防空洞,采用圓錐動力觸探法進行抽檢,回填密實,滿足設計要求。對復合載體夯擴樁進行了樁身質量檢驗和豎向承載力檢驗,均滿足設計要求。經(jīng)過1年多的使用,沉降觀測,各項指標均正常,達到了預期效果。6復合載體筑建樁的優(yōu)點(1)通過本次工程實例,為以后類似地基處理提供了可靠的經(jīng)驗。(2)復合載體夯擴樁技術具有可靠性、適用性和施工簡便