某扩建主厂房区域老桩处理方法

某扩建主厂房区域老桩处理方法0引言随着电力事业的不断发展，不少电厂进行了改造，通过关停小机组，新建大机组，实施“以大代小”，有效减少污染，改善环境，降低煤耗，提高经济效益。这种改造通常新建厂房是在老厂场地上扩建的，场地内存在一部分老桩，在此区域如何进行地基处理常常困扰着设计人员。1工程概况苏北某电厂扩建主厂房座落在已拆除的原2、4、5期主厂房区域内，整个场地已将表层填土及原有基础挖除，形成露出原桩头的大基坑。老厂地基处理大部分采用预制桩，桩身砼的强度等级均为300号，相当于现行标准的C28，小部分为钻孔钢筋混凝土灌注桩及素混凝土灌注桩。业主希望新建厂房进行地基处理时，在不影响工期的情况下，能够利用老桩(预制桩)，减少投资。为此业主委托建筑工程质量检测中心对桩的质量进行了检测，检测报告表明预制桩可以使用。业主同时委托有关单位对预制桩进行了静载试验，桩基试验成果如下:S1号试桩加载到1600kN时，压重平台出现明显偏斜，稳定后终止试验，最大加载量为1600kN，对应的沉降量为5.10mm。S2号试桩加载至2000kN时，桩头碎裂，故终止试验，1800kN级荷载对应的沉降量为5.07mm。S3号试桩加载至1800kN时，桩头碎裂，故终止试验，1600kN级荷载对应的沉降量为5.20mm。试桩桩截面为400×400mm，设计桩长14.6m。桩由二节组成，下节为8m实心预制方桩，上节为6.7m空心预制方桩。其空心直径φ250mm，桩端进入持力层⑥粉砂约0.6m。2工程场地地质条件本次建筑场地地基土主要由第四系全新统冲、湖积物构成，并在上部普遍分布有厚薄不等的人工填土。根据地基土构成等特点，将建筑场地内约35.70m深度范围内的地层分成10个岩土体单元（包括1个亚层）。现自上而下分述如下：①杂填土（Q4s）：结构松散，未固结。层厚一般为0.60～4.10m，层底高程一般为-1.12～2.20m。层②粘土（Q4al）：灰褐色、灰黄色，湿～很湿，可塑～软塑。干强度和韧性中等。层厚一般为0.50～1.40m，局部缺失。层底高程一般为0.49～1.17m。层3-1粉土（Q4al）：褐黄色，灰黄色，灰色，等级为重～中，很湿，稍密。颗粒组成均匀，摇振反应迅速，干强度和韧性低。层厚一般为1.40～4.80m，大部分缺失。层底高程一般为-4.25～-1.40m。层③淤泥质粉质粘土（Q4al+l）：灰色，等级以中为主，很湿，流塑，干强度和韧性低。层厚一般为3.40～8.90m，层底高程一般为-8.56～-7.20m。层④粘土（Q4al）：上部为灰黑色、深灰色，中部为浅褐色，黄褐色，下部为黄色，褐黄色，稍湿～湿，硬塑为主。干强度和韧性中等～高。层厚一般为3.40～5.20m，层底高程一般为-13.67～-11.23m。层⑤粉质粘土（Q4al）：褐黄色、黄褐色，等级为中～轻，很湿，可塑为主。干强度和韧性中等。层厚一般为1.90～5.40m，层底高程一般为-18.66～-13.40m。层⑥粉砂（Q4al）：上部为褐黄色、黄色，中下部为黄灰色、青灰色，饱和，中密为主，颗粒组成均匀～中等均匀，夹薄层粉质粘土和粉土。层厚一般为3.90～7.50m，层底高程一般为-23.06～-19.84m。层⑦粉土（Q4al）：褐灰色、灰褐色，等级为重～中，很湿，中密。此层与上覆层⑥粉砂呈渐变过渡关系。颗粒组成中等均匀，摇振反应中等，干强度和韧性低。层厚一般为3.90～6.90m，层底高程一般为-27.12～-25.59m。层⑧粘土（Q4al）：灰色、深灰色，湿～稍湿，硬塑，混多量姜结石，局部混少量贝壳碎片。光滑，干强度和韧性中等～高。层厚一般为2.50～3.70m，层底高程一般为-30.32～-29.11m。层位较稳定，层厚不大，属中等偏低压缩性、高承载力土层，为主厂房建（构）筑物良好的桩基持力层及下卧层。层⑨粉土（Q4al）：褐灰色、灰褐色，等级为重～中，很湿，中密。颗粒组成中等均匀，摇振反应中等，干强度和韧性低。此层本次未揭穿。层厚一般大于4.00m。3桩型选择方案一：采用预制桩，桩体质量有保证,预制桩桩身截面与老桩相同，布桩容易。但在施工中存在下列问题：老桩布置较密，老厂房区域的地基土曾受到老桩沉桩时的挤土作用，经过几十年的固结及上部荷载的预压，土的性质应比厂区其它地方要好，新桩沉桩时可能会比较困难,不易到设计标高。如施工不顺利，会延长施工工期，影响工程的整体经济效益。由于拆除老厂房基础的需要，老厂房区域开挖成一个大基坑，老桩桩头冒出坑底，如要利用老桩，为避免老桩受损，已开挖的基坑需用砂石回填，且回填厚度不能薄，回填后老桩桩位不易确认，给新桩的顺利沉桩增加了难度，回填的砂石在基础施工时仍要开挖掉，回填和开挖增加了施工费用。方案二：灌注桩，单位承载力造价高，施工工期容易保证，在现有的已开挖的基坑中施工能避免预制桩施工中存在的问题。经上述方面分析比较，认为主厂房区域在目前这种现场状况下采用钻孔灌注桩比较合适；4持力层的选择层⑥粉砂层层位稳定，层厚较大，属中等偏低压缩性、较高承载力土层，为良好的桩基持力层，老厂就选择此层为持力层。极限端阻力为800KPa层⑧粘土层层位较稳定，层厚不大，属中等偏低压缩性、高承载力土层，为良好的桩基持力层及下卧层。极限端阻力为1400KPa对于主厂房地段可选择⑥粉砂层或⑧粘土层作为桩基持力层。根据勘察报告估算桩的承载力见表1，假定桩型为灌注桩，桩端进入持力层2.00m，桩径600mm。表1两种持力层承载力比较表方案有效桩长(m))极限侧阻力(kkN)极限端阻力(kkN)竖向极限承载力力(kN)持力层⑥土层14.210912261317持力层⑧土层26.724173962813桩基提供的承载力每kN所需材料选择方案二优于方案一，且方案二承载力高，基础承台面积相对减少，方便了零米设备基础的布置。采用⑧土层作持力层要优于⑥土层5老桩的处理对于老桩的处理有下面三种方案：方案一：利用老桩，灌注桩桩端压力注浆。方案二：计算中不利用老桩，老桩伸入承台作安全储备。方案三：老桩完全不考虑。下面对此三种方案进行具体分析。利用老桩，桩位布置比较困难，新、老桩的单桩承载力、桩中心距都不同，老桩中心距较小，约1.5m，而600mm的灌注桩中心距不易小于1.8m，为满足桩的竖向承载力合力点尽量与柱中心重合，同一承台下新布的灌注桩中心距通常是不等距的，且承台相对于轴线不对称，图1为C排某柱桩的布置图，此承台A1与A2、B1与B2不相等。图1C排某柱桩的布置图从桩头破损、碎裂这一现象看，地基土的承载力大于桩本身的材料强度，由Q-s曲线上可见，在各级荷载作用下，桩的沉降量较小，最大沉降量为5.20m左右,桩身破坏时，桩的沉降较小。桩～土间产生相对位移是桩侧阻力发挥的前提，桩侧阻力达到极限值时所需要的桩～土相对位移称为临界位移，通常粘性土中打入桩桩侧阻力发挥所需的位移较小，约在1～10mm之间变化，砂土中打入桩的临界位移也较小，但比粘性土中的临界位移要大，钻孔灌注桩的临界位移值要比打入桩的临界位移大，且变化范围大[1]。根据以往相似土质的试桩报告,分析加载过程桩侧阻力和桩端阻力的变化,可以发现桩侧阻力与桩端阻力呈异步发挥,桩侧阻力增长较快,先到达极限侧阻力,此时桩的沉降较小,桩端阻力和沉降在侧阻力达到极限后增长较快,后达到极限。钻孔灌注桩桩侧极限阻力发挥所需要的桩顶沉降较大，通常远大于5mm。灌注桩桩端压力注浆,可以减少桩端到达极限端阻力时的沉降量,然而此沉降量仍然大于桩侧阻力的沉降量。如果采用新老桩的方案，结合本次老桩的静载试验可以预测，当同一承台下同时存在新桩与老桩时，随着上部荷载的逐渐增大，基础沉降加大，桩～土间位移增大，地基土对桩的作用力增大，然而新桩与老桩的增长幅度是不一样的，老桩增长的幅度大，新桩小，新桩、老桩的合力对基础产生偏心作用，使上部结构承受一个附加弯距，上部结构设计时，很难考虑此附加弯距的大小，上部荷载的不断增大，老桩达到极限承载力时(沉降约5mm)，新桩的承载力仍然很小，上部荷载进一步增加，个别老桩桩身会压碎，从而进一步加大其它桩的作用力，引起其它桩的连锁破坏，引发工程事故。根据以上分析，采用方案一即新老桩共同作用的方案存在着某些承台下的桩基可能被逐个破坏的风险。如采用方案二即老桩桩头深入承台，作为安全储备，存在着以下问题，在老桩桩身压碎之前，老桩的单桩承载较大，后浇的灌注桩承载较小，基础承台