超低标号混凝土桩基承台加固.pdf

浙江建筑， 第 2 7卷， 第 7期 ， 2 0 1 0年 7月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n，Vo 1 2 7，N o 7，J u 1 2 0 1 0 超低 标 号混凝 土桩基 承 台加 固 S t r e n g t h e n o f t h e Cu s h i o n Ca p o f Ult r a L o w G r a d e Co n c r e t e P i le F o u n d a t i o n 袁善 堤 y N S ha n d i ( 宁波 市鄞州建 筑设计 院， 浙江 宁波 3 1 5 1 0 0 ) 摘要 ： 通过对混凝土桩基承 台加 固方案 的探讨分析 ， 对 比多种 常规 加固方案 的可行性及 设计计 算方法 和构造 ， 提 出暗梁包 圆措施解决承 台抗 冲切 的加 固原理 ， 增设抱攀改变传力途径 ， 解决 了混凝土局部应力强度不足的难题。 关键词 ： 低标号混凝土 ； 桩基承 台； 加 固； 抱攀 ； 围箍 中图分类号 ： T U 7 5 3 8 文献标 识码 ： B 文章 编号： 1 0 0 83 7 0 7 ( 2 0 1 0 ) 0 70 0 4 3 0 3 1 工 程概 况 宁波 某彩 印包 装 有 限公 司 3层 混凝 土框 架结 构 生产 车 间工程 ， 建 筑 面积 1 8 0 0 0 m ， 建 筑 长 1 0 0 m宽 6 0 m， 横 向开 间 1 7间 ， 每 间 5 7 5 m， 纵 向跨 度 1 5 m 4 连跨 ， 1层 层 高 6 5 m 设 计 5 T 电动 单 梁 行 车 ， 各 层 楼面使 用 活荷 载 为 3 k N m 。桩 基采 用 P T C - 4 0 0 ( 6 0 ) 1 2 ， l 2 ， 1 2预 应 力 薄 壁 管 桩 ， 单 桩 承 载 力 特 征 值为 8 8 0 k N， 设计值为 1 0 6 6 k N， 基础梁及承台设计 混凝 土强 度 C 2 5 。该 工 程 场 地 土 属 软 弱 场地 土 ， 地 表 回填塘 渣下 仅存 在 约 0 5 I n厚 黏 土 层 ， 黏 土 层 以 下至 3 5 m 深 范 围内均 为淤 泥或 淤泥 质土 ， 3 5 m 以下 为黏土层及 砾砂等好 土层 ， 场地 类别 为 I V类 ， 抗 震设 防烈度 6度 ， 地下水埋 深较浅 ， 约 为地表下 0 8 r f l 。 2 低 标号混凝土桩基 承台存在 的质量 问题 经现 场 回弹 及 每个 承 台的 钻 芯取 样 检 测 得 出 ： 强度 C 2 0C 2 5的承 台 4 9个 ， 强 度 C 1 5C 2 0的 承 台 3 6个 ， 强 度 C 1 2C 1 5的 承 台 2 0个 ， 强 度 小 于 C I 2的承 台 1 5个 。其 中钻 芯 取 样 检 测 结 果 强度 略 微低 于 C 1 0的几 个 承 台 ， 但 现 场测 试 承 台 时 发 现混 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 31 8 作者简介 ： 袁善堤 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 江西泰和人 ， 工程师 ， 从事结构设计工作 。 凝 土承 台 比较 坚 硬 并 未有 松 散 情 况 ， 经 多 次 回弹 测 得强 度 均大 于 C 1 5 ， 现场 分析 由于材 料 的离 散 性 ， 实 际承 台强 度应 能 达 到 C 1 0以上 ， 满 足增 大 截 面 加 固 法要求 的 原 有 构 件 混 凝 土 标 号 要 求 。经 仔 细 分 析强度不足承台的分布规律与材料的使用情况 ， 以 及各 方对 整个 施 工过 程 的分 析 ， 这 个 质 量 事 故 的 主 要原因是 由于部分承台使用 的是过期的以及受潮的 不合格 水 泥 。 3桩基承 台加 固处理措施 由于发现承台混凝土强度不合格时建筑主体已 经 完工 ， 自重等 荷 载 已经 作 用到桩 基 承 台上 ， 部 分 中 柱恒载作用下轴力标准组合值达 1 2 0 0 k N。对于承 台混凝 土强 度不 足 ， 加 固主 要 解决 以下 问题 ： ( 1 ) 承 台底筋 的验算 和加 固 ； ( 2 ) 承 台的 抗 冲 切 及 承 台角 桩的抗冲切 验算 和加 固； ( 3 ) 混凝土柱底及桩顶混 凝土局部受压承载力验算 和加固。本工程按承台混 凝 土强 度分 四类 进行 加 固设计 。 3 1 强度 C 2 0一C 2 5承 台的加 固措施 依据 建筑桩基 技术规范 ( J G J 9 4 2 0 0 8 ) 公 式( 5 9 71 ， 5 9 81 ， 5 9 1 01 ) 、 混凝土结构 浙江建筑 2 0 1 0年第 2 7卷 设计 规 范 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 公 式 ( 7 2 11 ， 7 8 1 1 ) 计 算受 弯、 抗 冲切 、 局部 受压 均 满足要 求 。开挖后先将表面清理干净 ， M1 5 0 0涂刷承台表 面 2道 ， 以提 高混 凝土 的耐久 性 。 3 2 强度 C1 5一C 2 0承 台的加 固措施 依据 J G J 9 4 - 2 0 0 8及 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2计算受弯、 抗冲切、 局部受压均满足。将承 台表面凿毛并清理 干净 ， 在承台上部及侧面均铺设 8 1 5 0双向钢筋 网 ， 侧 面钢 筋 环 绕 连 贯 封 闭 ， 并 在 侧 面 浇 筑 1 0 0厚 C 2 5细石混凝土， 以形成围箍约束 ， 提高原有承 台的 混凝 土强度 ； 上部 浇筑 2 0 0厚 C 2 5细石 混凝 土 ， 增 大 承台计算高度 h 。以提高承台抗弯及抗 冲切安全余 量 ， 做 法见 图 1 。 图 1三桩承台外 包做 法 3 3 强 r C1 2一C1 5承 台 的 加 固措 施 依据 J G J 9 4 2 0 0 8公式计算受弯、 局部受压均满 足， 抗冲切计算不足。 以加 固前 的 三桩 承 台 为 例 进 行 计 算 ： ( 柱 截 面 5 0 0 m m x 5 0 0 m i D _ ， 承 台尺寸见 图 2 ) 。 ( 1 ) 抗弯计算 ： = 孚( s 辱) = f 1 5 0 0 - 4- -0 5 o 0 ) =45 6 0 68 k N I n A s = 6 = 6 等 _- = 2 9 9 m m 2 原承 台底 筋为 1 2 2 5 ( A s = 5 8 8 0 mm ) ， 抗 弯配 筋计 算满 足 。 ( 2 ) 局部受压计算 ： F z 3 5 p c x b A ln = 1 3 51 0 5 0 0 x 3 x ( 3 x 5 0 0 )- x 5 0 x 5 0 0 5 0 0 =5 0 6 2 k N ( 注 ： C 1 2级混 凝 土 抗 压 强 度 按 5 0 N ra m 计算 ， 抗拉强度 按 0 5 N m m 计算) 三桩承台柱底最大轴力 =3 X 1 0 6 6 k N= 3 1 9 8 k N， 四桩承台柱底 最大轴力 Nm = 4 x 1 0 6 6 k N= 4 2 6 4 k N， 柱底局部受压计算均满足。 ( 3 ) 抗 冲切计 算 ： ( 2 c l 1 ) a n 。 = 7 ( 21 0 0 0+3 5 0 )0 9 5t a n 60 0 5 1 3 0 0 Z =9 9 9 8 7 4 k N 承 台的角桩 抗 冲切承 载力 略小于 单桩 承载力设 计值 1 0 6 6 k N。 采用 以下 方式进 行加 固 ： 开挖后 将承 台上部 及侧 面凿毛 ， 将柱 子底部需 加大截 面范 围 内柱子 侧面凿毛或剔 出 凹槽 ， 并 打掉承 台侧面棱 角清理 干净 ； 在承台上部及周边铺设双 向钢筋网 ， 然后按 包 圆原 承 台 做 暗梁 钢筋 ， 并 浇 筑 C 2 5细石 混 凝 土 形成较强的围箍约束 ， 提高原有承台混凝土强度 ， 并加大承台抗 冲切面面积 以及角桩 的冲切锥体 面 积 ， 抗 冲切面面积增大将近一倍 ， 有效 地解决 承 台抗 冲切及 角桩抗冲切 的问题 ， 做法见图 2 。 图 2三桩承 台暗梁 包圆做法 3 4 强度 C1 0C1 2承 台的加 固措施 依据 J G J 9 4 2 0 0 8及 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2计算受弯、 抗 冲切 、 局部 受压 均不 满足 。 3 4 1 方案一设计采用两榀支撑桁架将承台上 柱 子及 上部结 构 托 起 ， 拆 除 原 承 台并 重 新 采用 C 2 5 混凝土浇筑承台。原有混凝土虽然标号很低却很 坚硬， 支撑桁架的平面外刚度小 ， 拆除承台时容易对 上部结构造成损伤 ； 拆除承台时对柱子的沉降控 第 7期 袁善堤： 超低标号混凝土桩基承台加固 4 5 制按 照 规范 要求 小 于 0 0 0 2 5 7 5 0=1 1 5 m m， 1 层 层高 6 5 I 1 1 ， 扣除梁高 1 5 m， 净空约 5 1T I ， 在上部结 构 1 2 0 0 k N 自重 荷 载 下 支 撑 体 系 难 以 保 证 沉 降控 制 ， 上部结构易出现裂缝而产生次生破坏 ； 现场空 间使 得支 撑体 系难 以机 械安 装 。 3 4 2 方案二 先完全开挖承台周边及下部 ， 将柱 子底部需加大截 面范 围内柱 子侧面 凿毛或剔 出凹 槽 ， 将承台下部需要加厚高度范 围位置 内开挖桩身 暴露 ， 将上部及侧面凿毛并将暴露部分桩身清理干 净 ， 凿 去下 部 原 有 混 凝 土 垫 层 ， 并 用 钢 刷 将 桩 身 刷 毛 ， 同时 清理 浮渣 及 尘 土 ， 在 桩 身 上 固定 抱 攀 ； 在 承 台上 部及周 边 铺设 双 向钢 筋 网 ， 在 承 台 下 部 铺 设 受 力钢筋 ， 细石混凝土浇筑前应先将原有承 台表面清 理 干 净后用 纯 水泥 浆刷 两 遍 ， 在原 承 台上 面 、 侧 面及 下部 按 图浇 筑 C 2 5细 石 混 凝 土 并 充 分 振 捣 确 保 混 凝 土 密实 ， 具 体做 法见 图 3 。 抱攀大样 图 3 四桩承 台加厚再 外包做法 以加 固后 的四桩承 台为例进行计算 ： 柱底截 面 加 大到 9 0 0 m m 9 0 0 mm， 承 台尺 寸 见 图 3 。 ( 1 ) 抗弯计算 ， 由于承 台底部二次 浇捣 8 0 0高 混 凝土 ， 承 台整 体高 度 较大 ( z 。=1 5 0 04 1 0 66=4 2 6 4 k N 验算桩顶 ： 由于桩边距承台边 2 5 0 4 0 0 ， 计算将 d 4 0 0圆桩等截 面简 化为 边长 为 0 8 d= 3 2 0的方 桩 ， 桩 中心位置不变 ， 局部受压计算面积外扩 1 6 01 0 6 6 k N， 桩顶 的局部 受压 计算 能满 足要 求 。 ( 3 ) 抗 冲切计 算 ： A： 二 ： 坐 丝 ： 0 1 7 40 2 5， 取 2 1 0 0 ：0 2 5 B h J I h o =1 8 6 7 2( 4 5 0+ 3 6 5 )+2( 7 5 0+2 1 5) 0 9 0 4 2 1 0 0 =5 0 2 4 8 k N 四桩承 台柱 底 最 大 轴 力 N =41 0 6 6 k N= 4 2 6 4 k N， 承台受柱冲切计算均满足。 【 ( 6 叭 ) + ( 6 叭 ) 】 o 4 0 0 =l 42 0 6 k N 承台的角桩抗冲切承载力大于单桩承载力设计 值 1 0 6 6 k N。 承台按方案二加固后 ， 受弯、 抗冲切、 局部受压计 ( 下转 第 4 9页 ) 第 7期 阳桥辉 ： 钢管高支撑架系统在电站进水口支模施工中的运用 4 9 在满 足 立 杆 稳 定 条件 下 ， 计 算 轴 向压缩 变 形 值 ( 总 长 1 2 3 9 m) 。 7一 f 一 2 4 2 4 1 0 0 0 1 2 3 9 1 0 0 0 一 一 2 0 6 1 0 4 2 4 1 0 = 3 4 4 mm 3 4立杆 地基 承 载 力验 算 由于 立杆 支撑 在 C 2 5钢筋 混 凝 土底 板 上 ， 在 杆 底 设置 钢 板支 垫后 ， 地 基 承载 力满 足要 求 。 4施工监测 为 检测 、 控 制 浇筑 过程 1中支 撑架 的变形 ， 在 进水 口顶板 底模 支撑 边跨 中心点 处做 沉 降观 测点 ， 1 # 、 2 # 机 组各 两个 。施 工 中采用 “ 莱 卡 T C L 7 0 2 ” 全 站 仪 进 行控 制 观 测 ， 共 检 测 三 次 。第 一 次 在 混 凝 土 浇 筑 5 0 0 mm厚 时 进 行 ； 第 二 次 在 混 凝 土 浇 筑 1 0 0 0 mm 厚 时 ( 刚浇筑 完成 ) 进 行 ； 第 三次 在 浇 筑 完 第 3 d后 进行 ( 检 测徐 变值 ) 。观测 结果 见 表 1 。 表 1 施 工 过 程 观 测 沉 降值 一 览 表 钴里 第 一次观测 第二次观测 第三次观测 术 ( 9月 1日 1 5： 0 0 )( 9月 2日9： 0 0 )( 9月 3日1 5： O O ) 注 ： 设计值为方木梁测点变形值 与立杆 ( 钢管 ) 变形值之 和。 5结论 与体 会 从 观测结果看 ， 沉降变形值随承压荷载增大而 增 大 ， 测量 值 与计 算 值 基 本相 符 。第 一 次 混凝 土 浇 筑 5 0 e m 厚变 形 观 测 值 偏 大 ， 系 由于 支 撑 搭 设 时 各 部 件之 间存 在 间 隙 ( 尤 其是 2 # 机 立 杆底 板 浇 筑 时平 整度差 ， 接触面相对不平整) ， 沉降值包含承压后间 隙减少 量 ( 设 计 中不 考 虑 ) 。第 三次 l # 机 钢 管 支 撑 沉降值较第二次观测值有增量 ， 显示钢管架柔性较 大应 考 虑徐 变 影 响 。扣 除 施 工 间 隙 影 响 ， 实 际 沉 降 值 与计算 值 基本 相符 。 建筑 上 将支 撑高 度 在 4 m 以上 的模 板 支架 称 为 扣件 式 钢管 高支 撑 架 ， 由 于计 算 极 容 易 出现 不 能 完 全确 保安 全 的计算 结 果 ， 在梁 高 1 m 的楼板 施工 中 ， 钢管 立 杆 间距 常 规按 6 0 0 m m 布置 。该 电站 进水 口 高支 撑架 施 工 中 ， 我们 在 钢管 立杆 顶 部增 设 1 5 0 m m 1 5 0 mm厚 5 mm 的钢 板 支 托 ， 上 部 荷 载直 接 作 用 在立杆 上 。第 一 ， 解 决 了 由上 部 荷 载先 通 过 梁 底 支 撑 钢 管 再 传 给 立 杆 而 产 生 偏 心 受 压 ， 容 易 失 稳 的 问题 。第 二 ， 钢 管 扣 件 主要 作 为 连 接 件 ， 不 需 考 虑 扣件抗滑移 承 载力 ， 增 强 了整体 刚度 。在 确保 高 支 撑 架 系 统 的 整 体 稳 定 性 后 ， 立 杆 间距 适 当 扩 大 是 可 行 的 。 建筑 钢 管 市 场 庞 大 ， 租 赁 方 便 ， 大 体 积 混 凝 土底 板 立 模 施 工 中 用 钢 管 脚 手 架 代 替 木 结 构 经 济 效益 明显 。 ( 上接 第 4 5页) 算均能满足。外包裹加 固对原承 台形成围箍约束 ， 原有 承 台混凝 土 强 度 能 有 一 定 的 提 高 ， 且 承 台包 裹 加 固后 为整 体受 力 ， 原承 台混 凝 土强 度低 ， 新 增部 分 混凝 土 强度 高 ， 考虑 活 荷 载 产 生 的柱 底 压 力 先 由新 增抱攀及底部新增的承台传 递至桩身内， 而不至于 将承 台 内原有 低 标 号 混凝 土 压 酥 ， 且 留有 一 些 安 全 储 备 。 经过 多方 协 商 比较及 专 家论证 之 后选 择 了方 案 二 ， 施 工期 间采 用 和易 性较 好 的混 凝 土浇筑 ， 混 凝 土 从 一侧 注入 从 另 一 侧 漫 出 ， 再 振 捣 密 实 并 养 护 。并 要求在该工程的使用 中应定期观测 ， 发现异常及 时 通 知各 方 。 4 结 语 按 本 文 方法 加 固完 工 后 该 工 程 已 正 常 使 用 六 年 ， 期 间 业 主 和施 工 方 均 定 期 做 沉 降 观 测 ， 未 发 现 ，异 常沉 降 和 结 构 裂 缝 ， 本 文 的 加 固方 法 得 到 了 实 践 的检 验 。暗 梁 包 圆 加 固方 法 增 大 承 台 的抗 冲 切 面 ， 从 而解 决低 标 号 混 凝 土 承 台抗 冲切 的 不 足 ； 增 设抱攀改变 传力 途径 ， 从 而解决 桩顶 局部 受压 的 难 题 。 参 考 文 献 1 梁坦 ， 王 永维 ， 陆 竹卿 ， 等 G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6混凝土结 构加 固 设计规范 S 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 6 2 黄 强 ， 刘金砺 ， 高 文生 ， 等 J G J 9 4 - 2 0 0 8建 筑桩 基技术 规范 s 北 京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 8 3 李 明顺 ， 徐有 邻 ， 白生 翔 ， 等 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2混凝 土结构 设计 规范 S 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 2 4 张启 文 ， 夏志斌 ， 黄友 明 ， 等 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3钢结 构设计 规范 S 北京 ： 中国计划 出版社， 2 0 0 3