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樁基礎與強夯在工程中的應用

所屬分類:企業頭條    發布時間:2020-03-16   作者:admin
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電力設備往往都對基礎穩定性要求較高,對沉降較為敏感,若變電站的地基承載力較差,為了保障設備的安全運行,要對地基進行處理。管樁對單體較沉重的設備效果很好,穩定性高且施工速度快,但工程造價較貴;強夯法對大面積的地基處理較為經濟,且能滿足大部分小設備的要求。


當建筑地基的承載力不足或壓縮性過大,不能滿足設計要求時,可以針對不同地基,進行處理。以增加地基土的強度、剛度和穩定性;減少地基變形,提高地基承載力。進行地基處理要首先明確處理的目的,選擇合適的地基處理方法,并作好處理前的準備工作和處理后的勘察鑒定工作。


一、地基處理的目的及前后工作

(一)、地基處理的目的

針對性質不同的地基上,如軟土、濕陷性黃土、膨脹土、巖溶、滑移、液化等特殊地質情況,采用不同的地基處理方法,以達到地基處理的目的。如:提高地基承載力;提高地基抗剪強度、防止地基產生過大的剪切變形,避免大面積土體滑動;改善土的壓縮性、減少地基變形;改善土的動力特性、減輕或消除地震效應、防止砂土液化;消除濕陷性黃土的濕陷性;防止膨脹土遇水膨脹,干旱收縮的性能;解決巖溶地區的溶溝、溶洞等危害。

(二)、地基處理前后工作

(1)處理前的準備工作:收集和研究分析已有的巖土勘察報告;調查當地地基基礎現狀和地基常用的有效方法;對地下水位要進行深入調查了解;注意地基處理對鄰近建筑、地下設施、地下管道等的影響。

(2)處理后的勘察鑒定工作:所有經過處理的的地基,要進行巖土工程勘察、重新提供設計所需的技術參數;根據新的巖土工程勘察成果,鑒定地基處理的目的是否達到;然后在處理后的地基上進行地基基礎設計。

下面,結合筆者工作遇到的問題,分析幾個常用的地基處理辦法。

二、工程案例及原因分析

案例一:在某地區新建一110kV變電站,具體地質情況為:上層為2m~3m厚度不等的人工填筑土層,地基承載力基本值f0=65kPa,主變容量40MVA,變壓器總重20000kg,主變基礎采用長6米,寬4米,厚0.6米的獨立基礎,內配Ф[email protected]雙層雙向鋼筋,基礎埋深1.5米,下設100厚C10混凝土墊層。經沉降計算,沉降量超出設備技術要求,明顯不利于設備安全運行,基礎只得重新處理。經過幾種地基處理方案對比后,業主決定基礎采用12米Ф400(壁厚80)預制管樁,單樁設計承載力400kN。安裝結束觀測至今發現沉降很小。

案例二:某在建110kV變電站,變電場內由于多為回填土,地基承載力過低,特別是不均勻沉降為設備的安全運行帶來了隱患。為了提高地基承載力,解決不均勻沉降,業主決定以強夯法進行地基處理。具體地質情況為:上層為4.5m~5.7m厚度不等的人工填筑土層,地基承載力基本值f0=60kpa,有較大的浸水附加沉陷量,以下為淤泥質粘性粉土和細砂,厚度為0.8m~2.0m,采用150kN履帶起重機,錘重100kN,落距為18m,經過夯擊后,地基承載力基本值f0=120~150kpa。

經過分析研究,案例一工程由于地下水位的影響,軟土在含水量高時極易壓縮變形,從而引起主變基礎過大沉降,使用管樁能迅速有效地提高地基承載力,滿足設備的特殊要求;案例二工程是回填土地基,由于其成份復雜、成層有厚有薄、性質也不相同,且無規律性,在大多數情況下,回填土地基需要經過處理后才能作為結構物地基。

三、 處理措施及設計對策

(一)、管樁基礎

案例一采用的是管樁基礎。管樁是專業工廠里采用先張法預應力和離心成型工藝,經過蒸壓養護而制成的一種空心圓簡體的等截面構件,運往施工現場后,通過錘擊或靜壓的方法沉入地下作為建(構)筑物的基礎。管樁有卓絕的貫入性能,能穿透密實的砂層,能適應復雜的環境與地理條件。

1、PHC樁的優越性

(1)PHC樁的單樁承載力高,單位承載力價格便宜。樁身混凝土強度等級為C80,具有高強性能,φ600的PHC樁的單樁允許承載力達到2500~3200KN。可作為高層、超高層建筑的基礎。其單位承載力的造價比預制混凝土方樁和鉆孔灌注樁低。

(2)抗彎性能好。PHC樁選用高強度、低松馳的陰螺紋鋼筋作為預應力主筋,使樁身具有較高的預壓應力,其抗彎性能良好。

(3)質量穩定可靠。由于采用工廠預制的生產方式,能利用先進的工藝和設備,質量容易控制,產品質量容易保證。

(4)應用范圍廣。工廠生產、商品供應,可以有不同的規格,長度供選擇,使設計選用范圍廣,容易布樁,對樁端持力層起伏變化大的地質條件適應性強。

(5)施工速度快,工期短。PHC樁在工廠商品化生產,能按施工要求及時供樁,施工前期準備時間短,一般能縮短工期一~二月。

(6)施工現場文明。施工現場無砂石、水泥,無泥漿污染,對施工現場狹窄的工程特別有利。

2、 施工要點

(1)靜力壓樁單樁豎向承載力,可通過樁的終止壓力值大致判斷,但因土質的不同而異。樁的終止壓力不等于單樁的極限承載力,要通過靜載對比試驗來確定一個系數,然后再利用系數和終止壓力,求出單樁豎向承載力的標準值。如判斷的終止壓力值不能滿足設計要求,應立即采取送壓加深處理或補樁,以保證樁基的施工質量。

壓樁應控制好終止條件。壓樁到設計樁長時,壓力表的壓力達到單樁承載力2.7倍時,即可停止壓樁,否則應增加樁長,并會同設計單位另行處理。

(2)壓樁應連續進行,采用硫磺膠泥接樁間歇不宜過長(正常氣溫下為10~18min)3接樁面應保持干凈,澆注時間不應超過2min;上下校中心線應對齊,偏差不大于10mm;節點矢高不得大于1%樁長。

(3)垂直度控制,調校樁的垂直度是沉樁質量的關鍵,須高度重視。插樁在一般情況下人土30~50㎝為宜,然后進行調校。樁機駕駛人員在施工長的組織、指揮下,掌握好雙方角度尺兩個方向上都歸零點,使樁機縱橫方向保持水平,調校垂直在規范允許值以內才能沉樁。在沉樁過程中施工員隨時觀察樁的進尺變化,如遇地質層有障礙物、樁桿偏移時,應分一二個行程逐漸調直。

3、 沉樁線路的選定

預應力樁基施工時隨著人樁段數的增多,各層地質構造土體密度隨之增高。土體與樁身表面間的摩擦阻力也相應增大,壓樁所需的壓入力也在增大。為使壓樁中各樁的壓力阻力基本接近,入樁線路應選擇單向行進,不能從兩側往中間進行(即所謂打關門樁),這樣地基土在人樁擠密過程中,土體可自由向外擴張,即可避免地基土上溢使地表升高,又不致因土的擠壓而造成部分樁身傾斜,保證了群樁的工作基本均勻并符合設計值。

4、 管樁的設計及施工中應注意的事項

(1)管樁的造價較高,樁基礎設計時須根據上部荷載、工程地質條件等綜合考慮,多方案比較后方可采用。同一工程中樁的規格、型號不應太多,以免造成施工困難,特別是注意避免造成施工錯誤。

(2)綜合考慮地質情況和樁身強度,確定單樁承載力。管樁為開口樁,根據現場壓樁觀察分析,在入土過程中,會較快地在樁尖處形成一土楔,使其入土時的擠土情況與閉口樁無異,故在確定單樁承載力時將開口樁按閉口樁考慮。

(3)適當限制壓樁速度,沉樁速度一般控制在lm/min左右為宜,使各層土體能正確反映其抗剪能力。當地基表層中存在大塊石頭等障礙物時,要避免壓偏。

(4)壓樁機應根據土質情況配足額重量或選用相應的液壓樁機。

(5)若采用焊接法接樁時,須分層均勻地將套箍對焊的焊縫填滿,為加快施工速度,減少接樁時間,可設2~3名焊工同時施焊,焊畢停約lmin即可進行沉樁。

(6)管樁身不受損壞;樁帽、樁身和送樁的中心線應重合;壓同一根樁應縮短停息時間。

(7)壓樁機的液壓入樁有一定的垂直行程高度,如YZY360樁機的垂直行程為1.5m,即每入樁1.5m即松開抱樁器。開動油泵使之上移,再抱樁固定壓入,循環作業。在開始的一二個行程,要特別注意控制樁身的垂直度。

(8)記錄入樁行程深度及相應壓力值,以判別入樁情況正常與否及樁的承載能力。

(9)為減少靜力壓樁的擠土效應,應采取如下措施:

A.設置袋裝砂井或塑料排水板,以消除部分超孔隙水壓力,減少擠土現象。袋裝砂井直徑一般為70~80mm,間距l~1.5m,深度10~12m。塑料排水板的深度、間距與袋裝砂井相同。

B.設置隔離板樁

C.壓樁過程中應加強鄰近建筑物、地下管線的觀測、監護。

(二)、強夯法

案例二采用強夯法處理地基。強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基。對高飽和度的粉土與黏性土等地基,當采用在夯坑內回填塊石、碎石或其他粗顆粒材料進行強夯置換時,應通過現場試驗確定其適用性。

1、設計及施工要點

(1)強夯的單位夯擊能量,應根據地基土類別、結構類型荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮,并通過現場試夯確定。在一般情況下,對于粗顆粒土可取1000~3000KN·m/m2;細顆粒土可取1500~4000KN·m/m2。

(2)夯點的夯擊次數,應按現場試夯得到的夯擊次數和夯沉量關系曲線確定,且應同時滿足下列條件:

A.然后兩擊的平均夯沉量不大于50mm,當單擊夯擊能量較大時不大于100mm。

B. 夯坑周圍地面不應發生過大的隆起。

C. 不因夯坑過深而發生起錘困難。

(3)夯擊遍數應根據地基土的性質確定,一般情況下,可采用2~3遍,然后再以低能量夯擊一遍。對于滲透性弱的細粒土,必要時夯擊遍數可適當增加。

(4)兩遍夯擊之間應有一定的時間間隔。間隔時間取決于土中超靜孔隙水壓力的消散時間。當缺少實測資料時,可根據低級土的滲透性確定,對于滲透性較差的黏性土地基的間隔時間,應不少于3~4周;對于滲透性好的地基土可連續夯擊。

(5)夯擊點位置可根據建筑結構類型,采用等邊三角形、等腰三角形或正方形布置。一遍夯擊點間距可取5~9m,以后各遍夯擊點間距可與一遍相同,也可適當減小。對于處理深度較大或單擊夯擊能較大的工程,一遍夯擊點間距宜適當增大。

(6)強夯處理范圍應大于建筑物基礎范圍。每邊超出基礎外緣的寬度宜為設計處理深度的1/2至2/3。并不宜小于3m。

(7)根據初步確定的強夯參數,提出強夯試驗方案,進行現場試夯。應根據不同土質條件待試夯結束一置數周后,對試夯場地進行測試,并與夯前測試數據進行對比,檢驗強夯效果,確定工程采用的各項強夯參數。

2、施工中應注意的事項

(1)一般情況下夯錘重可取10~20t。其底面形式宜采用圓形。錘底面積宜按土的性質確定,錘底靜壓力值可取25~40kPa,對于細顆粒土錘底靜壓力宜取小值。錘的底面宜對稱設若干個與其頂面貫通的排氣孔,孔徑可取250~300mm。

(2)強夯施工宜采用帶自動脫鉤裝置的履帶式起重機或其它專用設備。采用履帶式起重機時,可在臂桿端部設置輔助門架,或采取其它安全措施,防止落錘時機架傾覆。

(3)當地下水位較高,夯坑底積水影響施工時,宜采用人工降低地下水位或鋪填一定厚度的松散性材料。夯坑內或場地積水應及時排除。

(4)強夯施工前,應查明場地內范圍的地下構筑物和各種地下管線的位置及標高等,并采取必要的措施,以免因強夯施工而造成破壞。

(5)當強夯施工所產生的振動,對鄰近建筑物或設備產生產生有害的影響時,應采取防振或隔振措施。

3、質量檢驗

(1)檢查強夯施工過程中的各項測試數據和施工記錄,不符合設計要求時應補夯和采取其它有效措施。

(2)強夯施工結束后應間隔一定時間方能對地基質量進行檢驗。對于碎石土和砂土地基,其間隔可取1~2周;低飽和度的粉土和黏性土地基可取2~4周。

(3)質量檢驗的方法,宜根據土性選用原位測試和室內土工試驗。對于一般工程應采取兩種或兩種以上的方法進行檢驗;對于重要工程項目應增加檢驗項目,也可做現場大壓板載荷試驗。

(4)質量檢驗的數量,應根據場地復雜程度和建筑的重要性確定。對于簡單場地上的一般建筑物,每個建筑物地基的檢驗點不應少于3處;對于復雜場地或重要建筑物地基應增加檢驗點數。檢驗深度應不小于設計處理的深度。

四、總結

電力設備往往都對基礎穩定性要求較高,對沉降較為敏感,若變電站的地基承載力較差,為了保障設備的安全運行,要對地基進行處理。上述兩個案例所使用的地基處理方法經過實踐證明,都是有效而可行的:管樁對單體較沉重的設備效果很好,穩定性高且施工速度快,但工程造價較貴;強夯法對大面積的地基處理較為經濟,且能滿足大部分小設備的要求。因此,我們設計人員在地基處理中一定要采用多方案比較,選擇合理地基處理方法,這都將對整個基礎設計的合理性與經濟性產生巨大的影響,當然我們也應考慮施工可行性等多方面因素。

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