某擴(kuò)建主廠房區(qū)域老樁處理方法

某擴(kuò)建主廠房區(qū)域老樁處理方法0引言隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，不少電廠進(jìn)行了改造，通過關(guān)停小機(jī)組，新建大機(jī)組，實(shí)施“以大代小”，有效減少污染，改善環(huán)境，降低煤耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。這種改造通常新建廠房是在老廠場地上擴(kuò)建的，場地內(nèi)存在一部分老樁，在此區(qū)域如何進(jìn)行地基處理常常困擾著設(shè)計(jì)人員。1工程概況蘇北某電廠擴(kuò)建主廠房座落在已拆除的原2、4、5期主廠房區(qū)域內(nèi)，整個(gè)場地已將表層填土及原有基礎(chǔ)挖除，形成露出原樁頭的大基坑。老廠地基處理大部分采用預(yù)制樁，樁身砼的強(qiáng)度等級均為300號(hào)，相當(dāng)于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的C28，小部分為鉆孔鋼筋混凝土灌注樁及素混凝土灌注樁。業(yè)主希望新建廠房進(jìn)行地基處理時(shí)，在不影響工期的情況下，能夠利用老樁(預(yù)制樁)，減少投資。為此業(yè)主委托建筑工程質(zhì)量檢測中心對樁的質(zhì)量進(jìn)行了檢測，檢測報(bào)告表明預(yù)制樁可以使用。業(yè)主同時(shí)委托有關(guān)單位對預(yù)制樁進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，樁基試驗(yàn)成果如下:S1號(hào)試樁加載到1600kN時(shí)，壓重平臺(tái)出現(xiàn)明顯偏斜，穩(wěn)定后終止試驗(yàn)，最大加載量為1600kN，對應(yīng)的沉降量為5.10mm。S2號(hào)試樁加載至2000kN時(shí)，樁頭碎裂，故終止試驗(yàn)，1800kN級荷載對應(yīng)的沉降量為5.07mm。S3號(hào)試樁加載至1800kN時(shí)，樁頭碎裂，故終止試驗(yàn)，1600kN級荷載對應(yīng)的沉降量為5.20mm。試樁樁截面為400×400mm，設(shè)計(jì)樁長14.6m。樁由二節(jié)組成，下節(jié)為8m實(shí)心預(yù)制方樁，上節(jié)為6.7m空心預(yù)制方樁。其空心直徑φ250mm，樁端進(jìn)入持力層⑥粉砂約0.6m。2工程場地地質(zhì)條件本次建筑場地地基土主要由第四系全新統(tǒng)沖、湖積物構(gòu)成，并在上部普遍分布有厚薄不等的人工填土。根據(jù)地基土構(gòu)成等特點(diǎn)，將建筑場地內(nèi)約35.70m深度范圍內(nèi)的地層分成10個(gè)巖土體單元（包括1個(gè)亞層）?，F(xiàn)自上而下分述如下：①雜填土（Q4s）：結(jié)構(gòu)松散，未固結(jié)。層厚一般為0.60～4.10m，層底高程一般為-1.12～2.20m。層②粘土（Q4al）：灰褐色、灰黃色，濕～很濕，可塑～軟塑。干強(qiáng)度和韌性中等。層厚一般為0.50～1.40m，局部缺失。層底高程一般為0.49～1.17m。層3-1粉土（Q4al）：褐黃色，灰黃色，灰色，等級為重～中，很濕，稍密。顆粒組成均勻，搖振反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度和韌性低。層厚一般為1.40～4.80m，大部分缺失。層底高程一般為-4.25～-1.40m。層③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q4al+l）：灰色，等級以中為主，很濕，流塑，干強(qiáng)度和韌性低。層厚一般為3.40～8.90m，層底高程一般為-8.56～-7.20m。層④粘土（Q4al）：上部為灰黑色、深灰色，中部為淺褐色，黃褐色，下部為黃色，褐黃色，稍濕～濕，硬塑為主。干強(qiáng)度和韌性中等～高。層厚一般為3.40～5.20m，層底高程一般為-13.67～-11.23m。層⑤粉質(zhì)粘土（Q4al）：褐黃色、黃褐色，等級為中～輕，很濕，可塑為主。干強(qiáng)度和韌性中等。層厚一般為1.90～5.40m，層底高程一般為-18.66～-13.40m。層⑥粉砂（Q4al）：上部為褐黃色、黃色，中下部為黃灰色、青灰色，飽和，中密為主，顆粒組成均勻～中等均勻，夾薄層粉質(zhì)粘土和粉土。層厚一般為3.90～7.50m，層底高程一般為-23.06～-19.84m。層⑦粉土（Q4al）：褐灰色、灰褐色，等級為重～中，很濕，中密。此層與上覆層⑥粉砂呈漸變過渡關(guān)系。顆粒組成中等均勻，搖振反應(yīng)中等，干強(qiáng)度和韌性低。層厚一般為3.90～6.90m，層底高程一般為-27.12～-25.59m。層⑧粘土（Q4al）：灰色、深灰色，濕～稍濕，硬塑，混多量姜結(jié)石，局部混少量貝殼碎片。光滑，干強(qiáng)度和韌性中等～高。層厚一般為2.50～3.70m，層底高程一般為-30.32～-29.11m。層位較穩(wěn)定，層厚不大，屬中等偏低壓縮性、高承載力土層，為主廠房建（構(gòu)）筑物良好的樁基持力層及下臥層。層⑨粉土（Q4al）：褐灰色、灰褐色，等級為重～中，很濕，中密。顆粒組成中等均勻，搖振反應(yīng)中等，干強(qiáng)度和韌性低。此層本次未揭穿。層厚一般大于4.00m。3樁型選擇方案一：采用預(yù)制樁，樁體質(zhì)量有保證,預(yù)制樁樁身截面與老樁相同，布樁容易。但在施工中存在下列問題：老樁布置較密，老廠房區(qū)域的地基土曾受到老樁沉樁時(shí)的擠土作用，經(jīng)過幾十年的固結(jié)及上部荷載的預(yù)壓，土的性質(zhì)應(yīng)比廠區(qū)其它地方要好，新樁沉樁時(shí)可能會(huì)比較困難,不易到設(shè)計(jì)標(biāo)高。如施工不順利，會(huì)延長施工工期，影響工程的整體經(jīng)濟(jì)效益。由于拆除老廠房基礎(chǔ)的需要，老廠房區(qū)域開挖成一個(gè)大基坑，老樁樁頭冒出坑底，如要利用老樁，為避免老樁受損，已開挖的基坑需用砂石回填，且回填厚度不能薄，回填后老樁樁位不易確認(rèn)，給新樁的順利沉樁增加了難度，回填的砂石在基礎(chǔ)施工時(shí)仍要開挖掉，回填和開挖增加了施工費(fèi)用。方案二：灌注樁，單位承載力造價(jià)高，施工工期容易保證，在現(xiàn)有的已開挖的基坑中施工能避免預(yù)制樁施工中存在的問題。經(jīng)上述方面分析比較，認(rèn)為主廠房區(qū)域在目前這種現(xiàn)場狀況下采用鉆孔灌注樁比較合適；4持力層的選擇層⑥粉砂層層位穩(wěn)定，層厚較大，屬中等偏低壓縮性、較高承載力土層，為良好的樁基持力層，老廠就選擇此層為持力層。極限端阻力為800KPa層⑧粘土層層位較穩(wěn)定，層厚不大，屬中等偏低壓縮性、高承載力土層，為良好的樁基持力層及下臥層。極限端阻力為1400KPa對于主廠房地段可選擇⑥粉砂層或⑧粘土層作為樁基持力層。根據(jù)勘察報(bào)告估算樁的承載力見表1，假定樁型為灌注樁，樁端進(jìn)入持力層2.00m，樁徑600mm。表1兩種持力層承載力比較表方案有效樁長(m))極限側(cè)阻力(kkN)極限端阻力(kkN)豎向極限承載力力(kN)持力層⑥土層14.210912261317持力層⑧土層26.724173962813樁基提供的承載力每kN所需材料選擇方案二優(yōu)于方案一，且方案二承載力高，基礎(chǔ)承臺(tái)面積相對減少，方便了零米設(shè)備基礎(chǔ)的布置。采用⑧土層作持力層要優(yōu)于⑥土層5老樁的處理對于老樁的處理有下面三種方案：方案一：利用老樁，灌注樁樁端壓力注漿。方案二：計(jì)算中不利用老樁，老樁伸入承臺(tái)作安全儲(chǔ)備。方案三：老樁完全不考慮。下面對此三種方案進(jìn)行具體分析。利用老樁，樁位布置比較困難，新、老樁的單樁承載力、樁中心距都不同，老樁中心距較小，約1.5m，而600mm的灌注樁中心距不易小于1.8m，為滿足樁的豎向承載力合力點(diǎn)盡量與柱中心重合，同一承臺(tái)下新布的灌注樁中心距通常是不等距的，且承臺(tái)相對于軸線不對稱，圖1為C排某柱樁的布置圖，此承臺(tái)A1與A2、B1與B2不相等。圖1C排某柱樁的布置圖從樁頭破損、碎裂這一現(xiàn)象看，地基土的承載力大于樁本身的材料強(qiáng)度，由Q-s曲線上可見，在各級荷載作用下，樁的沉降量較小，最大沉降量為5.20m左右,樁身破壞時(shí)，樁的沉降較小。樁～土間產(chǎn)生相對位移是樁側(cè)阻力發(fā)揮的前提，樁側(cè)阻力達(dá)到極限值時(shí)所需要的樁～土相對位移稱為臨界位移，通常粘性土中打入樁樁側(cè)阻力發(fā)揮所需的位移較小，約在1～10mm之間變化，砂土中打入樁的臨界位移也較小，但比粘性土中的臨界位移要大，鉆孔灌注樁的臨界位移值要比打入樁的臨界位移大，且變化范圍大[1]。根據(jù)以往相似土質(zhì)的試樁報(bào)告,分析加載過程樁側(cè)阻力和樁端阻力的變化,可以發(fā)現(xiàn)樁側(cè)阻力與樁端阻力呈異步發(fā)揮,樁側(cè)阻力增長較快,先到達(dá)極限側(cè)阻力,此時(shí)樁的沉降較小,樁端阻力和沉降在側(cè)阻力達(dá)到極限后增長較快,后達(dá)到極限。鉆孔灌注樁樁側(cè)極限阻力發(fā)揮所需要的樁頂沉降較大，通常遠(yuǎn)大于5mm。灌注樁樁端壓力注漿,可以減少樁端到達(dá)極限端阻力時(shí)的沉降量,然而此沉降量仍然大于樁側(cè)阻力的沉降量。如果采用新老樁的方案，結(jié)合本次老樁的靜載試驗(yàn)可以預(yù)測，當(dāng)同一承臺(tái)下同時(shí)存在新樁與老樁時(shí)，隨著上部荷載的逐漸增大，基礎(chǔ)沉降加大，樁～土間位移增大，地基土對樁的作用力增大，然而新樁與老樁的增長幅度是不一樣的，老樁增長的幅度大，新樁小，新樁、老樁的合力對基礎(chǔ)產(chǎn)生偏心作用，使上部結(jié)構(gòu)承受一個(gè)附加彎距，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，很難考慮此附加彎距的大小，上部荷載的不斷增大，老樁達(dá)到極限承載力時(shí)(沉降約5mm)，新樁的承載力仍然很小，上部荷載進(jìn)一步增加，個(gè)別老樁樁身會(huì)壓碎，從而進(jìn)一步加大其它樁的作用力，引起其它樁的連鎖破壞，引發(fā)工程事故。根據(jù)以上分析，采用方案一即新老樁共同作用的方案存在著某些承臺(tái)下的樁基可能被逐個(gè)破壞的風(fēng)險(xiǎn)。如采用方案二即老樁樁頭深入承臺(tái)，作為安全儲(chǔ)備，存在著以下問題，在老樁樁身壓碎之前，老樁的單樁承載較大，后澆的灌注樁承載較小，基礎(chǔ)承臺(tái)