某生活用水塔高25m,塔身为圆柱形,砖混结构,自1990年建成后即发生倾斜,经2003年7月沉降观测,塔顶倾斜量达53•6cm,倾斜率为21•4‰,远远超过了国家设计规范标准3‰的规定,且不均匀沉降还在发展。必须进行纠偏和地基加固处理。地质条件依自然地面自上而下依次为:①杂填土,层厚0•3~1•0m,结构松散;②素填土,层厚约0•7m,坚硬;③粉质粘土,层厚0•3~0•5m,可塑;④砂砾石层,层厚1•6~1•8m,松散;⑤粉质粘土,层厚1•1m,软塑;⑥古土壤,层厚0•60m,坚硬;⑦粉质粘土,层厚2•9m,坚硬;⑧砂砾石层,层顶埋深为8•0m,本层未穿透。水塔采用天然地基,基底埋深2•0m,持力层为④砂砾石层,该层土承载力难以满足上部荷载要求。
1 纠偏方案比较
水塔基础为圆形钢筋混凝土独立基础,底板直径7•0m,厚2•0m。根据水塔实测尺寸,计算得到基底以上荷载总重为5143•8kn,基底平均压力133•6kpa。
(1)桩式托换 采用截面尺寸为200mm×200mm的静压预制桩先对地基进行托换加固,压桩反力由水塔自重提供,待托换桩全部施工完再进行水塔的顶升纠偏。该方案的优点是对地基土的扰动小,施工方便;缺点是托换桩难以穿过坚硬土层到达较好的持力层。
(2)浅层掏土法 在水塔基础沉降量较小一侧基底采用人工水平掏土。该方案的优点是施工简便;缺点是基础沉降不易控制,难以从根本上解决问题。
(3)墩式托换 采用人工挖孔灌注桩(托换墩),以⑧砂砾石层为持力层,待灌注桩施工完成,桩身混凝土强度达到设计要求后再对水塔基础进行纠偏。其优点是持力层可靠,纠偏易控制;缺点是施工周期较长。经比较,确定采用墩式托换纠偏方案。
2 托换墩的设计与施工
因场地土为非自重湿陷性黄土,故不考虑墩的侧摩阻力,按端承桩设计,桩径取800mm,桩长自基底以下为6•0m,扩大头直径为2000mm,桩身混凝土设计强度等级为c30,考虑到纠偏时桩顶局部受压,在桩顶配1层10@100mm的钢筋网片,在距桩顶2•0m桩身范围内按构造配616钢筋。根据分析,单桩极限承载力取1570kn,承载力特征值为785kn。总桩数n=5143•8/785=6•6,取8根。以倾斜最大方向(3-4)为对称轴,将托换墩均匀布置.
3 纠偏施工
(1)塔体纠偏 在托换墩达到设计强度后,进行塔体的纠偏施工。①首先在1、2、4、5
和8号桩顶各放置2台装有压力表的500kn千斤顶,以备顶升之用;②在沉降量较小的3、6、7号桩位,在桩顶与基底之间塞入钢板并预留5cm的空隙,纠偏时迫使其沉降,使水塔基础绕1-2轴转动;③在1-2轴和3-4轴分别设置2台经纬仪,随时观测塔体的倾斜变化情况;④在基础的5、6、7、8号部位设置沉降观测点,通过百分表观测塔基的上抬量,根据观测值调整各千斤顶的压力值;⑤纠倾过程中,预留20mm的后继回倾量。
(2)桩头部位处理 纠偏完成后,在桩头与基底之间塞入159mm钢管,将基底脱空部位用1∶1水泥砂浆灌缝处理,桩头托换钢管部位用c20素混凝土包裹。(3)施工要点 ①为减小纠倾时的荷载,在沉降小的一侧清除基础周围土和掏土;②为保证纠倾时不致因千斤顶失效而造成水塔倾覆,在受力较大的4、5、8号部位均放置1台备用千斤顶;③为防止纠倾后水塔的过倾,应预留一定的后续回倾量,以20~50mm为宜。通过托换墩纠偏使水塔倾斜量降到1•9cm,倾斜
率降到0•8‰,加固效果显著。
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