上海联创设计集团股份有限公司湖北分公司 武汉 430000
摘要:项目加建改建,建筑总荷载增加30%以上,原桩基础承载力相差较多。设计利用两层地下室的底板,采用锚杆静压桩补强。为解决底板强度不足、加固难度大造价高,利用底板处于隔水层的有利条件,采用泄水减压技术,较好解决了工程问题。
关键词: 改造;加固;基础;锚杆静压桩;泄水减压
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1 工程概况
武汉某电影乐园,西北两侧紧邻沙湖公园,东南相邻沙湖南环路,东侧红线距离沙湖大桥61m。改造后建筑高度、层数、外轮廓基本不变,功能调整为商业综合体。主体建筑结构类型为框架-剪力墙结构不变。原建筑地上七层,建筑面积约4.9万m²,地下两层,建筑面积约5.2万m²。改造后地上建筑面积约8万m²,地下建筑面积不变。
图1 典型勘察剖面:
原基础设计主楼采用800mm直径钻孔灌注桩,有效桩长约为25m,持力层为(8-2)中风化泥岩层,桩入土深度约37m,其中的12m为地下室埋深范围的送桩长度,桩身混凝土设计强度等级为C40,单桩承载力特征值Ra=4000KN。基础采用承台加防水板结构,防水板700厚。地下底板底面相对标高为-10.700,地下室抗浮水位为-0.300。
2 桩基加固设计
因上部荷载增加较多,原基础大多数桩基无法承受竖向荷载,需要补桩。经比较,锚杆静压桩较钻孔灌注桩,在场地、造价、工期等方面均有较大优势。桩身采用PHC-A400-95管桩,桩端持力层为第(8-1)层强风化泥岩,单桩承载力特征值Ra=800KN,有效桩长为 17~20 米左右,桩端进入持力层深度不小于 0.5 米,共802根锚杆静压桩。
因原结构桩基础为嵌岩灌注桩,沉降基本稳定,为减少锚杆静压桩的沉降,确保锚杆静压桩能承受预估荷载,锚杆静压桩采用加压力封桩头。原典型四桩承台下桩基,补桩施工前,原结构已拆除全部隔墙、楼面面层层荷载,上部建筑基本没有施工荷载,经计算此阶段原桩实际轴力2800KN左右;改造后补强8根锚杆静压桩,原单桩轴力约3800KN,补桩单桩轴力约750KN。按加压施工后,新老桩基各自承载力利用程度基本一致为原则,确定封桩压力,故采用400KN加压封桩头,封桩后新老桩基轴力均为50%承载力左右,基本能保证后期新老桩基能协同作用,且桩身强度均满足设计要求。
因锚杆静压桩承载力较高,桩孔新旧混凝土之间的抗剪承载力应进行验算,但《JGJ123-2012 既有建筑地基基础加固技术规范》、《GB 50367-2013 混凝土结构加固设计规范》均没有相关参数、公式,仅在《CECS295:2011 建(构)筑物托换技术规程》中有类似表述,本项目桩孔受力,与此类似,可以作为设计计算依据。
桩顶最大轴力=1.35*800=1080KN,桩孔承载力=0.16*19.10*3.14*475*650/1000
=2962KN>1.3*1080KN,满足受力要求。
补桩的位置,布置在桩中心距承台边600~800范围,此处避开原承台砖模、垫层,便于顺利压桩。因桩端持力层较为坚硬,桩施工至持力层后,压桩力迅速升高,桩头标高无法准确控制,如桩头在底板面上,无法利用切割机切割底板厚度范围内的桩头。因人工破高强预应力管桩,产生的微裂纹不易发现,且对桩头强度有较大不利影响,故桩顶最后的一节桩采用∅377x10钢管桩(Q235B),桩稳定到设计压桩力后,采用火焰切割钢管桩至设计标高。
图2 锚杆静压桩封头
3 基础加固设计
根据各承台的受力情况,确定以下四种典型的补桩布置。
图3 五桩承台底板补桩 图4 四桩承台扩宽
图5 一桩承扩宽加高 图6 两桩承台扩宽加高
扩大承台补桩,施工时需要设置临时边坡支护,且施工期间消弱了底板支撑作用,故不能大范围采用,仅用于荷载较大处,共20个,其他200多处承台采用底板补桩,此方案施工非常方便,工期、造价优势明显。
对改造后底板进行验算,无水浮力作用下,原基础、新老桩基承载力满足设计要求。按原抗浮水位-0.300验算,新老桩基承载力满足设计要求,但700厚底板底部配筋16@150不足,主要位于承台边缘的底板底面,范围较大、配筋不足较多,分析原因如下:①因最近今年规范修改较大,荷载分项系数提高,而甲方坚持按后继适用年限50年进行改造,经与图审公司及行业专家沟通,只能按现行规范复核、加固;②原底板有较多后勤用房、设备用房、夹层、垫层等荷载,改造后大部分拆除,导致水浮力组合下,底板内力增加较多;③在水浮力作用下,部分锚杆静压桩仍有较大的轴力压力,即锚杆静压桩对底板产生了较大额外的弯矩、剪力。
根据以上分析,需对承载力不足底板进行加固,但传统的截面加大法、配筋加大法对底板底面加固难度较大,破除底板工程量、危险性较大,而在底板上加厚底板会影响地下室净高。最后决定采用泄水减压法,将原抗浮水位-0.300降至-4.000,底板基本不需要进行加固。泄水减压法的可行性,主要基于以下考虑:①本项目底板均位于透水层,不少类似新建地下室采用了泄水减压法,效果非常好,此技术较为成熟;②项目施工锚杆静压桩期间,底板上大量开桩孔,仅早期水量水压偏大,在之后的两年施工期间(项目之间停工一年多),历经两个雨季,抽水量也非常小;③项目底板有多处10立方米以上的集水坑,改造时又利用原底板高差增加两处50立方米的超大集水池,极端情况下有缓冲空间。④协调好后期物业管理,现场准备应急抽排设备。具体的泄水减压技术设计、施工,由专业公司完成,并经过设计复核、专家论证后再施工、验收。
4 结论
既有建筑加层,利用地下室底板,采用锚杆静压桩,安全、经济。满足相关技术要求时,可以采用泄水减压,避免底板加固,大大降低成本、工期,避免底板破除导致的施工危险。
参 考 文 献
[1] JGJ123-2012 既有建筑地基基础加固技术规范[S]. 北京;中国建筑工业出版社,2012
[2] CECS295:2011 建(构)筑物托换技术规程[S]. 北京;中国计划出版社,2011
[3] GB50007-2011 建筑地基基础设计规范[S]. 北京;中国建筑工业出版社,2011
[4] 高明宇 等,采用排水限压法的既有工程抗浮治理研究;建筑结构,2021 年11月上
作者简介:王飞,学士,高级工程师,一级注册结构工程师,建筑结构设计。
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