旧厂房基础处理及锚杆静压桩和灌浆加固技术

旧厂房基础处理及锚杆静压桩和灌浆加固技术

1急救中心大楼基坑工程概况随着城市的发展，地下空间的开发越来越受到重视。深基坑的挖掘通常不可避免地发生在现有建筑物附近，这将对现有建筑物和地下管网造成损坏。如何在基坑开挖中既安全又经济地保护基坑附近楼房及地下管线的安全,是实际工程中经常遇到的难题。某医院拟在院内兴建一栋急救中心大楼,占地面积约1120m2,为15层框架结构。采用人工挖孔桩基础,设有1层地下室,基坑形状为长方形,基坑开挖深度约为6m。由于场地无放坡开挖条件,基坑南侧距湖滨巷地下排洪箱涵仅9m,新楼约24m长外墙轴线距4层楼的手术楼外墙仅0.43～0.67m,且承台已伸入手术楼基础下,而手术楼在新楼挖桩过程中,发生不均匀沉降,累计最大沉降达到49mm,最小沉降为14mm,基坑开挖前仍未完全稳定。经分析,该沉降主要是人工挖桩过程中土体失水并有泥沙流失所造成,因此,基坑开挖时除了必须采取可靠的基坑支护措施外,还必须对手术楼基础进行加固,以保证手术楼基础变形控制在安全范围。通过采用锚杆静压桩和灌浆加固的综合托换技术,对该楼房进行加固及边坡处理后,解决了楼房继续沉降问题,达到了不影响楼房使用、保证楼房安全和基坑开挖顺利进行的目的。2土层力学特性根据地质报告,拟建场地地貌单元属长江一级阶地,原湖港曾几次蛇曲穿过,现地势低平,地面标高18m左右。与基坑开挖和支护密切相关的手术楼侧土层的主要特征如下。(1)杂填土。色杂,松散不匀,湿,层厚0.6m,主要为建筑垃圾。(2)粘土。厚6.6m,黄褐色,可塑,高压缩性,粉粒含量较重,不均匀。该层土是影响基坑开挖时边坡稳定及引起地面和楼房沉降的关键土层。(3)粘土。层厚2m,灰色,软～可塑,高压缩性。(4)粘土夹角砾。厚4.3m,可塑～硬塑,中压缩性。(5)强风化粉砂质粘土岩。厚4.5～11.5m,紫红色,多层粘土混砂砾碎石状,不均匀。土层力学参数见表1,其中c,φ值系根据勘测报告提供的Fk值而得。场地存在有上层滞水,水位埋深0.2～0.49m,受大气降水及地面排水补给,主要赋存于(1)层土中,极不均匀。3加固层压板的准备和深井边坡的保护设计3.1楼下锚杆静压桩加固措施由于手术楼基础桩挖桩时遇到困难,桩底未进入稳定的持力层,因此,当临近新楼挖桩时,桩间水土流失使原桩的侧阻力降低,从而造成楼房不均匀沉降,最大累计沉降达49mm。基坑大面积开挖时,如果楼房加固及基坑支护止水措施不当,除了引起桩间水土流失外,手术楼底下土体侧压力也将对手术楼桩基造成不利影响,由此将导致手术楼不均匀沉降加速。鉴于此,首先对楼房采取加固措施。根据对已有加固方法的比较,该楼房加固分2方面:(1)选用锚杆静压桩也称硬托换技术对手术楼外侧墙进行加固;(2)在土方开挖时对手术楼底板下的土体采用静压注浆方法也称软托换技术进行加固,即在手术楼基础梁下0.5m处施工一排斜向(20°)带出浆孔的钢管作为静压注浆管,以预先加固底板下土体,提高土体承载能力,防止水土流失,其参数为Φ50钢管@500,L=8m。注浆采用32.5级普通硅酸盐水泥浆,水灰比为0.45,注浆压力为0.5MPa,外加早强剂及水玻璃,以提高注浆效果。手术楼每层荷载按18kPa考虑,则其边墙地基承受的总荷载为3×21×4×18=4536kN,按每根桩承载力300kN考虑,则需15根,压桩力同样为300kN,考虑到原有基础的承载力,因此,锚杆静压桩设计不另外加安全系数。手术楼每根柱桩结合承台均压3根200mmX200mm钢筋混凝土方桩,桩段长度2m,根据地层情况,设计桩长约12m,最后桩长以压桩力300kN来控制。3.2支护方案的确定由于新楼21m长外墙距手术楼外墙仅0.28～0.46m,且ZT13承台伸入手术楼基础约0.17m,加上开挖时喷锚支护需0.10m厚的喷层厚度,故实际伸入墙内应按0.33m考虑,该处基坑开挖边线均进入手术楼基础0.33m,而且必须垂直开挖。根据这种情况,经分析比较,认为采用微型钢管注浆桩加喷锚网支护对手术楼底板下土体进行支护是一种切实可行的方案。经计算,该处需采用4排锚杆抵抗土体侧向压力,参数见表2。由于该处为垂直开挖,且深入手术楼基础0.33m,为确保手术楼安全,施工中还需采取下列3种加强措施:(1)在手术楼基础梁底下0.5m深处,施工1排斜向注浆花管(20°),以对手术楼底下靠基坑边的土体进行预先加固,和防止水土流失。注浆钢管参数为Φ50钢管@500,L=6m;(2)为了增加喷层面板刚度,喷射混凝土厚度设计为150mm;(3)为减小对土体的扰动,手术楼底下土体每次挖土高度限制在1.0m。详见图1和图2。锚杆注浆及喷射混凝土采用PS32.5水泥,水灰比为0.45,外加早强剂及止水剂;喷射混凝土采用C20级,配比为:水泥:砂:石=1:2:2,编网钢筋采用Φ6.5@200×200,锚杆头与网筋用Φ16螺纹钢筋连接。4施工介绍和设计效果4.1改变原设计的反力架,重新设计锚杆静压桩施工主要分压桩和封桩两个步骤。压桩能否顺利进行与反力架安装及土质有关,该工程压桩时主要遇到反力架无处固定这一难题,原设计将反力架固定在手术楼承台上,但施工时发现承台尺寸比原图纸提供的要小5～10cm,这样原设计的静压桩反力架便无法生根固定,只好根据现状重新设计加工反力架,将原直接固定在承台上反力架改为通过槽钢结构来固定,从而解决了这一难题;锚杆静压桩施工完成后进行封桩时,原设计采用角钢结构直接将静压桩固定在手术楼承台底部以托住承台,由于挖出承台时发现承台底不仅尺寸不规则而且承台混凝土蜂窝现象严重,因此,上述封桩方法难以实现,根据承台现状,对封桩方法进行了修改,首先,清理蜂窝混凝土,然后在承台底用12mm厚钢板托底,采用现浇钢筋混凝土加大原承台使锚杆静压桩与原承台联成一体,这样封桩效果比原设计更好。4.2加固和止水方式的选择花管施工一般可采用打入式和先钻孔后送花管两种方式,前者施工速度快、注浆少,但噪音大、加固及止水效果差;后者施工速度慢、注浆量大,工艺复杂,但噪音小、加固及止水效果好。为了保证止水效果和尽量降低施工噪音,采用后者方式。基坑挖土表明,花管注浆加固土体及止水效果比较好,基坑挖至6m深时,坑壁没有渗水现象,坑底基本上见不到水,地面及附近建筑物沉降比较小,如手术楼处基坑挖到位后,其最大沉降仅4.12mm,说明该基坑花管注浆加固及止水是成功的,达到了设计目的。4.3锚杆钻孔制作锚杆施工的主要内容包括锚杆制作、锚杆孔位及倾角的确定、搭钻机钢管脚手架、钻孔、锚杆安装、锚杆注浆和加强筋的焊接。根据设计要求,锚杆采用钻孔锚杆,即先钻孔后送锚杆再注浆,锚杆杆体由1根Φ25mm螺纹钢制成,其制作工艺为:首先,将Φ25mm螺纹钢筋截断(焊接)或成设计长度;然后在锚杆杆体上每隔2～3m设置2个对中支架以确保锚杆杆体在钻孔中居中,使锚杆杆体周围有一定厚度的注浆体包裹,以便取得良好的锚固效果。锚杆钻孔使用螺旋钻机,钻孔直径100～110mm。为了使钻孔清洁,要求钻至设计深度后钻机空转一定时间,用螺旋片使钻孔内的土屑彻底排出孔外,以保证成孔质量。所有锚杆均采用封闭式压力注浆,注浆压力为0.5MPa,可确保注浆的饱满并使浆液渗入周围地层。4.4加速凝剂配比根据设计要求,喷层厚度为100mm,喷射混凝土设计强度不小于C20,采用32.5级普通硅酸盐水泥,其配比为:水泥:砂:石=1:2:2。为了减少回弹量、减少凝结时间和提高喷射质量,在喷射时添加适量的速凝剂。在喷锚网支护施工中,由于基础设计的局部变化及坑底土质差异,根据支护施工应遵循信息化施工法这一原则,对原支护设计进行了局部加强及修改,因此,施工中未出现任何险情,确保了基坑安全特别是手术楼安全及正常使用。4.5手术楼侧及期初始稳定性试验基坑变形、沉降监测数据表明,基坑边坡变形及沉降均在允许范围内,手术楼侧及湖滨巷侧最大变形为17mm,最大沉降仅为4.31mm,达到了预期的支护、加固止水目的。手术楼处沉降-时间曲线见图3。5软托换和综合托换采用静压锚杆桩对楼房基础进行硬托换,计算简便、托换效