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工业厂房工程的基础设计应用

2019/09/25 阅读:

摘要:本文以某厂房工程为例,根据地勘及上部结构的形式、荷载特点、施工条件,对各厂房基础选型逐一描述,同时对施工过程中出现的一些如塌孔、漏浆,钢筋笼无法下沉等问题进行阐述,提出相应的防范和处理措施。最后通过设计和施工中总结的一些经验,希望能以此为类似岩溶地区的基础设计和施工提供参考。

关键词:岩溶地区;厂房;基础设计;桩基

1概述

某汽车厂房工程位于云南嵩明县,总建筑面积16.8万m2,由6栋厂房和2栋宿舍组成。

2地质条件

拟建场地位于嵩明盆地边缘西北侧,地势总体西高东低,呈缓坡状,场地经整平后,地势相对较为平缓。根据地勘报告,场地存有岩溶不良地质现象和填土外,场地地质结构相对简单,地势较为平缓,岩土体的工程特性较好,属中等溶蚀场地。从地勘报告知,1~3#厂房区域存有8m厚回填土,回填时间约1年,自重固结尚未完成。该场地下均揭露有溶洞,见洞率20%,其中4#、5#厂房揭露有土洞,分布在-9.0~-22m处,多为浅层洞体、洞内充填物大多为软塑状粘土,且不具备形成土洞的条件,经对场地调查未发现有落水洞及洞顶板坍塌现象,岩溶地基处于基本稳定。

3基础选型

对于基础形式选择,应根据地勘报告、结构荷载的大小,周边的条件依次选用天然地基、复合地基、桩基础。本场地的基础设计如下:

3.1浅基础设计

本工程4#~6#厂房采用门式刚架结构,跨度为24m、32m两种,无工艺吊挂,荷载较轻,选择浅基础是最经济的基础形式。根据勘察报告,场地虽揭露有溶洞,均在地面15m以下,符合相关规范可不考虑岩溶对地基稳定性的影响条件。且场地无人工填土层,如采用独立基础,基底可坐落②粉质粘土层,地基承载力特征值为170kPa,可满足设计要求。但地勘报告4#、5#厂房局部地段揭露土洞,其埋深在12.8~22.0m,目前地基虽处于稳定状态,但随着时间的推移,土洞会受地表水影响,逐渐向四周扩展,使土层尚失稳定,从而危及上部结构的安全。如采用独立基础需对土洞进行处理,通长会根据土洞的大小、埋深、发育程度采用灌注砂石、素混凝土进行充填后,再进行高压双液灌浆自下而上对其封堵、固结或采用高夯击能的夯机,将土洞夯塌等几种方法[1]。经讨论本场地的土洞采取充填素混凝土的方式。

3.2桩基础设计

3.2.1长螺旋灌注桩长螺旋钻孔灌注桩特点是成孔不用泥浆或套管护壁,施工无噪声、无振动,对环境无污染;机具设备简单,装卸移动快速,施工准备工作少,工效高,降低施工成本等。本工程宿舍楼为5层框架-剪力墙结构,单栋建筑面积8500m2。柱底最大轴压力约为2800kN,最小轴力约为-1300kN。根据地勘报告,本场地揭露溶洞率较低,且岩石出露较深,但拟建建筑物场地下存在层叠交替有机质软土层,地基承载力和压缩模量过小,而上部荷载较大,天然基础难以满足设计要求。勘察报告建议采用长螺旋灌注桩或旋挖钻孔灌注桩。

3.2.2钻孔灌注桩设计1#、3#厂房为大跨度双向钢桁架结构,2#厂房为多层钢框架结构,荷载大,承载力和沉降要求高。浅基础和摩擦桩难以满足要求,需考虑采用端承桩,市面存在的主要桩型有预应力管桩、预制混凝土方桩、人工挖孔桩、钻孔灌注桩。从适用性看,8度区不宜采用预应力管桩;预制方桩存量少,制作周期长;人工挖孔桩适用基岩埋深浅和地下水不丰富的情况下,本工程虽符合以上两点,但场地存在4~8m人工回填土,回填时间短,压缩尚未固结,存在塌孔的风险也不易采用。而钻孔灌注桩能提供的承载力大,且所需桩数又少,当地对此种桩型比较熟悉,施工经验丰富,亦适用于岩溶地区。综合分析1~3#厂房采用钻孔桩基础,以白云岩为持力层。在设计中我们采取如下几项措施:(1)嵌岩桩基础,岩土工程勘察规范相关规定要求,易逐桩布置勘探孔进行岩溶专项施工勘察,查明桩端下3-5d且不小于5m深度范围内是否存在溶洞裂隙等不良地质情况,以确保建筑安全。(2)根据详勘数据,对每一个桩分别计算单桩承载力,合理采用不同的桩径,减少桩数。最终1#厂房Ⅱ区、2#厂房采用多桩布置方式,1#厂房Ⅰ区、3#厂房采用一柱一桩布置方式。(3)对于溶洞顶板岩石厚度小于3d且小于5m时,桩穿透溶洞,嵌入稳定白云岩不小于1倍桩径且≥1m,持力层的斜面时,入岩深度从斜面最低处算起。

3.3桩基础施工

3.3.1长螺旋灌注桩施工长螺旋灌注桩施工存在的主要问题有桩位偏移,钢筋笼无法沉入等。分析原因:(1)桩机对位不准,场地表层存在一定厚度的有机质软土层,造成钻机移位。对此桩机就位后需要进行复检,偏差不得大于规范允许值,下钻时速度缓慢。(2)混凝土的配合比不合理、塌落度不符合要求、钢筋笼底收口角度过大导致钢筋笼不能下沉。应改善配合比,保证级配满足要求,控制钢筋笼收口角度。

3.3.2钻孔灌注桩施工岩溶地区桩基施工相对复杂,尤其1~3#厂房存在回填土,对桩基的施工增加了难度。在勘察阶段,结合柱的布置,对每一根桩下均做钻探,以保证桩端以下5m范围内无断裂破碎带和洞穴分布。在施工中,部分桩因塌孔、缩径、漏浆、导致成孔困难。结合现场实际情况采取多种措施。如3#厂房,最初采用干坐业成孔,下钢筋笼期间,在洞下5m处出现塌孔现象,分析原因是上层的回填土固结度不够,且清孔后未能及时灌注混凝土,放置时间过长。后改为泥浆护壁钻孔桩,合理控制泥浆密度、粘度解决了塌孔问题。虽然每个桩下均做探孔,但勘探所用钻的直径与桩直径相比较小,不能准确的揭露土层中溶洞分布状况及大小,造成个别桩的在成孔过程中出现掉钻、漏浆等现象。遇到这种情况我们对桩周边再次补勘发现,部分是由于初勘察未能揭露的地下溶洞、溶槽等。关于溶洞的处理通常有以下几种方法:当溶洞较小时可向孔内回填大量粘土、水泥、封堵溶洞间隙,减少漏浆现象;较大时可采用灌注砂石、素混凝土进行充填后,再进行高压双液灌浆自下而上对其封堵、固结处理;当溶洞深度较大时可采用下钢护筒方式处理。

4结论和建议

本项目根据地质情况并结合上部结构特点、荷载的大小以及施工因素,分别采用了独立基础、长螺旋灌注桩基础以及钻孔灌注桩基础。既满足了工程设计的需要,又取得了良好的经济效果。通过对岩溶地区基础的设计,以下几点需注意:(1)岩溶地区的地质情况复杂,有溶沟、溶槽、石芽等,选用基础形式时,必须对场地地质情况做出准确的勘探。(2)当基础下有土洞存在时,土洞会受地表水影响,逐渐向四周扩展,使土层尚失稳定,从而危及上部结构的安全。对此需查明土洞的分布情况及大小,通长采取灌注砂石、水泥砂浆、充填素混凝土或用强夯机夯塌土洞等措施进行处理。(3)岩溶地区采用桩基础时,应做一桩一勘,查明地下溶洞的分布情况及大小,确保桩端以下3倍桩径和5m范围内无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布,且在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。(4)岩溶地区当桩身范围内存在溶洞时,可根据溶洞大小分别采取回填粘土、水泥、灌注砂石、素混凝土或下钢护筒方式处理。

参考文献

[1]郑伟国.岩溶地区基础选型的思路和建议[J].建筑结构,2012,42(7):115-118.

[2]代万品.岩溶地区某深基坑工程勘察设计实践[J].工程技术研究,2019,4(10):198-199.

作者:关洪成 单位:北京市工业设计研究院有限公司

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