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既有建筑物加固修繕勘察與地基基礎加固方案選擇

收錄時間:2011-01-28 22:39 來源:北京市勘察設計研究院有限公司  作者:陳愛新,劉長青  閱讀:0次 評論:0我要評論

內容提示:建國初期北京城區建設的建筑物一般為多層磚混結構,采用天然地基淺埋基礎,因建筑物整體結構剛度較差或地基不均勻造成建筑墻體開裂、基礎下沉的不在少數。本文以清華二教加固修繕工程為例,闡述了文物保護工作過程中巖土工程勘察的方法,通過對比分析提出了適宜的地基基礎加固處理方案,以期對類似工程的建設起到借鑒作用。

延伸閱讀:地基變形 地基基礎加固 托換樁基礎 淺基礎

        0 前言

        建國初期北京城區建設的大部分多層建筑采用磚混結構、條形基礎,一般不設地下室,基礎埋深相對較淺,有的基礎直接砌置在人工填土層上或僅作褥墊層處理,由于建筑結構整體剛度較差,加上人工填土層或其下天然沉積地層工程性質較差,導致了建筑物墻體開裂、基礎下沉,嚴重影響了其使用功能,對于具有歷史文物保護意義的重要建筑,需要進行加固修繕工作。(參考《建筑中文網

        既有建筑加固修繕工程,為了滿足現行結構設計、抗震設計等技術規范的要求,往往需要增加其基礎底面上的荷載,并且須保證在加固工程中和后續使用期間建筑物的破壞變形不再繼續發展,這就需要首先對其地基基礎進行加固處理,以滿足建筑物加固修繕后設計對地基承載力及變形的要求。采用適宜、可行的勘察手段查明既有建筑物基礎下地基土的工程特性,是地基基礎加固方案合理選擇的前提條件。

        1 工程案例

        1. 1 二教的建筑設計條件

        清華大學第二教室樓 (簡稱 “二教”) 位于清華大學校內西區中心位置,科技館南側,1954 年建成,已使用 50 余年。

        整棟樓建筑平面呈“L” 形,東西向總長39. 65m,南北向總寬 23. 13m,為二層坡屋頂磚混結構,檐口高度 10. 55m (絕對高程 53. 85m)。室內地坪最低處標高 43. 47m,室內地坪最高處標高44. 57m,室外地坪標高 43. 30m。紅色磚砌外墻,素混凝土條形基礎,埋深約 1. 0m (下部 300mm 厚毛石混凝土,上部 700mm 厚 90 號素混凝土),基礎寬度 分 別 為 1. 8m、1. 4m、1. 1m 及 0. 8m 四 種(見圖 1)。

       

        1. 2 已有勘察資料

        根據 1954 年清華大學地基勘測組的地質資料,基礎砌置在人工回填土層,填土層以下為新近沉積的含有未腐爛植物的黑色有機土,地基存在軟弱下臥層,基底標高約 42. 30m,許可耐壓力為 10t/m2。地下水埋深在自然地面以下約 2. 3m。

        1. 3 加固前二教樓的使用狀況

        在加固前,樓房的外承重墻多處出現裂縫,有的甚至是新近出現的,且外承重墻墻體風化較為嚴重,部分內承重墻也出現裂縫,2006 年的檢測結果表明,二樓北段東、西兩側墻體向東傾斜嚴重,東墻頂最大傾斜 10cm,西墻最大傾斜 11cm,較 1963年檢測結果更嚴重。此外,建筑的上部結構嚴重不符合地處 8°抗震設防的北京地區的空曠磚房屋抗震要求,承重墻抗震承載力不足; 鋼木桁架結構屋頂局部破損嚴重。

        本建筑物的結構安全性鑒定評級的綜合評定等級為 Dsu級,已屬危房。

        1. 4 加固修繕的設計意圖

        因二教樓具有文物保護價值,為了能夠安全使用,必須進行加固修繕處理。

        加固的原則為: 總體上滿足國家現行建筑結構規范、規程,加固后建筑物外觀總體不變,主要在室內采取措施,以達到文物保護的要求,加固改造后改善教室樓的建筑使用要求。

        因此,擬對其地基基礎、墻體、樓板及梁等采用結構抗震加固措施。

        2 勘察方法

        由于已有的勘察資料過于簡單,不能滿足現行規范要求的建筑物加固修繕設計所需,因此需進行補充勘察。本次勘察的重點包括以下幾個方面: ①通過現場調查及勘探,進一步確定既有建筑物基礎直接持力層巖性特征及工程性質; ② 進一步查明現狀基礎的埋深、變形及破壞情況; ③ 查明地下水的水位標高、類型與賦存特征,分析其對建筑物基礎設計和地基加固施工的影響,并評價地下水對主要基礎結構材料的腐蝕性。

        2. 1 現場勘探工作

        在制定勘察方案前,調閱了場地周邊的地質資料,同時考慮到可能采用的地基基礎加固措施,使勘察方法具有針對性。

        首先對現狀墻體的裂縫發育情況進行了調查,根據調查結果,裂縫發育有以下幾個特征: ① 多分布于東南角、東門兩側墻體; ② 長度一般為 1 ~3m; ③ 寬度一般 0. 5 ~ 1. 0cm; ④ 多沿 45°或垂直方向發展。

        然后針對建筑物墻體裂縫發育較多的部位和轉角處布設鉆孔、探坑,共布設 7 個鉆孔和 7 個探坑。在鉆孔內采取土樣、水樣并進行原位測試工作(包括標準貫入試驗和輕型動力觸探試驗),現場勘探過程中加強對軟弱地層 (如人工回填土和黑色有機質土密實程度、干濕狀態和含有物等) 的描述,變層深度校核鉆進進尺; 在墻體底部發育有裂縫的部位挖掘探坑,先挖至基礎底面標高后,進行輕型動力觸探試驗,再垂直基礎向下挖 50cm,在基底下坑槽側壁采用環刀取原狀土樣,立即密封,最后用北京鏟人工鉆至 5m 深度,對探坑揭示的基礎尺寸、材料、變形情況和破壞程度 (裂縫發育寬度及貫通性) 逐一詳實記錄,并拍攝照片。

        考慮到對現狀地基、基礎的保護,防止地表水或地下水沿鉆孔、探坑入滲浸泡地基而使其軟化,勘探結束后對鉆孔、探坑進行分層回填、搗實。

        2. 2 室內試驗工作

        根據搜集到的資料及現場勘探情況,室內試驗分析工作針對以下幾個方面展開。

       

        (1) 對所取土樣進行了物理力學試驗,主要試驗指標統計結果見表 1。試驗表明基礎底下的粉土填土①2 層具有一定壓密作用,與原位測試結果(N10擊數為 20 次以上) 反應的情況基本一致;

        (2) 針對可能采取的注漿法地基加固方案,對淺部土層進行了水平滲透和垂直滲透試驗 (表2),試驗表明淺層粘性土、粉土的滲透性均較低。

        3 地基基礎加固方案

        3. 1 地基條件評價

        根據勘察結果,可以得出以下幾點結論。

        (1) 教室樓場地的地層沉積規律表明,其地貌單元屬于清河古河道范圍,人工填土及新近沉積層厚度約 7 ~ 8m,建筑基底下分布有一層厚度約 0. 8~ 1. 4m 高壓縮性的有機質粘土,新近沉積粘性土下至第四紀土層間為分布較穩定的中密砂礫石層,厚度約 3m;

        (2) 基底下淺部的粘性土、粉土地層的滲透性很低,其試驗成果參見表 2;

       

        (3) 新近沉積的砂礫石層基本不含地下水,目前地下水基本在砂礫石底部或以下,埋深約 7 ~8m,且上層滯水存在的概率較小;

        (4) 建筑基礎均砌置在人工填土上,直接持力層巖性主要為粉土填土,厚度 0. 5 ~ 1. 2m 左右,具有一定變化,東部厚度較大,在基礎上荷載作用下,具有一定的壓密效果,基底下 0. 5m 深度內較為明顯。其下的粘性土、粉土在水位下降過程中,均表現為具有一定的固結程度,但下臥有機質粘土仍屬于高壓縮性土。

        3. 2 建筑物墻體裂縫分布及傾斜發展分析

        (1) 東墻基底比西墻基底的填土厚度較厚,其中東墻基礎下填土厚為 1. 5 ~ 1. 6m,而西墻處為0. 5 ~ 0. 9m;

        (2) 東墻基底下的含有機質的軟弱地層稍厚于西墻基礎下的地層,分別為 1. 2 ~ 1. 4m 和 0. 8 ~0. 9m;

        (3) 自教室樓建成后,地下水基本呈逐年下降的趨勢,地下水下降加大了地基固結沉降變形;

        (4) 室外整體地面標高,西側地面高于東側地面,所以東側地面易形成積水,積水下滲會軟化地基土;

        (5) 由于二教教室內墻體多處曾經過鑿墻改裝接線槽,室內裂縫一般在線槽附近發展;

        (6) 二教曾經過一次加固工作,通過調查可知,其植筋和噴混凝土的荷載只是附著在墻體上,而沒有傳至地基上,沒有從根本上解決不均勻變形問題,同時又增加了基底荷載,加速了墻體的變形;

        (7) 對于東南角小開間平面范圍未設置圈梁,整體性差,墻體裂縫發育密度大、裂縫寬; 其他大開間均設置圈梁,所以表現為裂縫發育較少,主要是墻體整體傾斜。

        現狀教室樓的病害是由上述幾個方面共同作用的結果,要防止裂縫繼續發展,必須從加固地基基礎和上部結構兩個方面入手。

        3. 3 地基基礎加固方案比選分析

        根據勘察結果,結合場地施工條件及工程經驗,二教樓的地基基礎加固方案主要對注漿法、樹根樁法[1]和托換承臺梁法進行了優缺點分析與比較,見表 3。

       

原文網址:http://www.xfmlzfz.cn/research/201101/14739.htm

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