一、工程概况
鹿鸣小区位于新河新区装饰城北侧,别墅建筑基本为2-3层,钢筋混凝土异型框架结构,天然地基条形基础。其中A-S-1型长度16.2m,宽度8.1m,单体面积279.2m2,其他户型面积310-472m2,±0.000相当于黄海高程10.000m,室外地坪相对标高-3.150m,绝对标高黄海高程6.850m。
别墅建筑在施工过程中未发现明显的不均匀你沉降,当室外施工道路回填土时,发现三所别墅存在明显的不均匀沉降,受建设单位委托,对别墅建筑提供纠偏加固的初步方案。
二、工程地质条件
根据勘察报告,建筑场地原为新河一级阶地,场地中有池塘,场地较平整,地面标高4.14-7.19m,最大高差3.05m,一般高程6.0-7.0m之间。在勘探深度范围内土层为四层:(1)层新近人工填土,局部为暗沟暗河淤泥;(2)层粉质粘土;(3)层淤泥质粉质粘土;(4)层粉土;(5)淤泥质粉质粘土;(6)粘土。其主要物理力学性质指标如下表:
层号 | 含水量 (%) | 塑性指数 (-) | 液性指数 (-) | 静探阻力 (Mpa) | 压缩模量 (Mpa) | 承载力特征值(Kpa) |
(2) | 30.1 | 18.8 | 0.5 | 1.25 | 6.0 | 110 |
(3) | 40.9 | 18.5 | 1.2 | 0.68 | 4.0 | 70 |
(4) | 36.2 | 15.9 | 1.7 | 3.26 | 5.2 | 140 |
(5) | 35.8 | 18.0 | 1.0 | 0.86 | 3.5 | 80 |
(6) | 23.3 | 15.4 | 0.37 | 3.87 | 8.6 | 200 |
三、建筑物沉降观测与倾斜状况
根据初步测量,目前建筑物的楼面高差与整体倾斜情况:
7#楼地下室向北倾斜1cm,地坪高差6cm。一层向北倾斜2.5cm,地坪高差6cm。二层向北倾斜2cm,地坪高差6cm。
11#楼地下室向北倾斜2cm,地坪高差5cm。一层向北倾斜1.5cm,地坪高差4.5cm。二层向北倾斜2cm,地坪高差6cm。
27#楼地下室向南倾斜2cm,地坪高差5cm。一层向南倾斜2cm,地坪高差5.5cm。二层向南倾斜 2.5cm,地坪高差7cm。
国家规范规定,多层建筑整体倾斜应控制在0.4%之内,平均沉降量应小于200mm,对于A-S-1型,南北长度16.2m,结构楼层的高差应控制在60mm之内,可见上述建筑物大部分已经接近限值,部分已经超限。
四、建筑物不均匀沉降与倾斜原因分析
一般情况下,造成建筑物不均匀沉降与倾斜的主要因素是基础下地基不均匀(地基厚度不均匀或地基特性不均匀)、建筑物竖向荷载平面布置不均匀、原始地形地貌、外部不均匀超载等。
1、地基条件
本建筑场地原始地面黄海高程6.0-7.0m,设计±0.000相当于黄海高程10.000m,室外地坪黄海高程6.850m,条形基础底面黄海高程5.750m,比照勘察报告,基底持力层为(2)层粉质粘土,但该层一般厚度0.7-2.0m,持力层下卧层为厚度约5.0-10.0m的(3)层淤泥质土,灰色,夹粉土薄层,含腐殖质,流塑,场地普遍分布,该层高压缩性,微透水性,工程力学强度很低,对于外部荷载沉降性能非常敏感。对于暗沟淤泥,采用挖除置换砂石垫层方法处理。
2、建筑物竖向荷载平面布置
建筑物为钢筋混凝土异型框架结构,天然地基条形基础。建筑结构特点是在建筑平面内,全面积一层地下室,一层有内庭院、二层以上局部三层,房间布局错落。外墙采用KM1型空心粘土砖,内墙采用加气混凝土砌块,楼板厚度100mm。
经过建模核算,荷载重心与结构重心基本一致,条形基础基底平均压力为85 KPa,平均附加压力为 52 KPa。
3、外部施工超载与其他因素
根据现场施工过程调查,主体装饰完成以后在建筑物未发现明显的倾斜与不均匀沉降。在施工小区道路后,发现建筑物不均匀沉降。
小区道路标高不详,目前还无法计算道路填土超载,该因素在建筑物整体倾斜所占比重还无法测算明白,需要建设单位进一步提供道路的联测标高。
综合分析,建筑物地基对于不均匀荷载较敏感,不均匀沉降基本上因外部超载不均匀造成,外部超载的不均体现在下面三方面:
原始地面标高差异,砂垫层处理造成的附加压力不均匀;
道路或绿化堆土的不均造成的附加压力不均匀;
持力层厚度不均匀造成的局部不均匀沉降。
五、建筑物沉降稳定与纠倾措施
根据以上分析,建筑物基础基底压力接近地基土天然地基承载力,建筑物对不均匀因素比较敏感,外部荷载差异是造成倾斜的主要因素。控制建筑物沉降速率与倾斜的主要措施也是从这两方面着手,或者调整或减轻外部荷载差异性,或者加固地基提高地基的承载力与抗变形能力。
目前建筑物主体结构与维护结构及外粉刷已经完成,对于高档住宅楼也无法有效控制二次装修荷载,因此改变结构荷载的方法较难实现,道路等外部荷载也是不容易改变的,应采用加固地基或疏桩减沉方法。对于倾斜率已经超过规范验收标准情况,应采取强制纠偏措施,对于接近规范验收标准情况,可根据实际情况或采取强制纠偏或采取自然纠偏方法。
1、加固方法与选型
对于深厚软土地基筏板基础的既有建筑地基加固,控制沉降加固地基可供选择的合适方法主要有地基加固类的压密注浆、树根桩、旋喷水泥桩法,或刚性疏桩减沉的锚杆后压微型预制桩法。
压密注浆特别适合于填土类或沙砾石类地基,对于软土地基加固,有过成功的案例,主要缺点是加固不均匀,质量不容易控制,控制变形的能力相对较弱。
树根桩也称微型灌注桩,对于软土、一般性土都很适合。只是对于超深厚软土,深部成桩质量难于控制,另外湿作业施工场地较泥泞,施工进度较慢,需要养护期。
旋喷水泥桩,对于加固该类地基也很适合,缺点是会带来施工附加沉降,需要养护期、湿作业场地较泥泞,成本较高。
锚杆后压微型预制桩,特别适合既有建筑软土地基控制沉降,控制见效快,对场地空间要求小,利用既有建筑荷载反力,无振动无污染。缺点是微型预制桩的制桩市场化程度低,制桩与运输会导致成本稍高一些。
综合考虑建筑结构、地基基础条件以及周边环境、总体建设进度情况,采用锚杆静压桩方法加固地基控制沉降。
2、纠偏方法与选型
建筑物倾斜率超过国家验收规范标准,需要进行纠偏。目前纠偏方法主要两大类,一类是迫降纠偏,就是把倾斜的高点降下去;一类是抬升纠偏,就是把倾斜的低点抬上去。
迫降纠偏方法相对简单,利用建筑物自重和辅助沉降措施,成本相对低些,缺点是需要具备实施辅助措施的场地条件,一般适合于软土地基的筏板基础、周边环境简单、基础埋深不是很大、周边管线可以临时转移的情况。本次纠偏具备迫降纠偏的条件,因此选择该方法。
抬升纠偏方法相对复杂,主要采用结构托换体系,将整个建筑物利用抬升设备整体抬起来纠偏,工艺复杂,成本较高。一般情况下不具备迫降纠偏条件时可用该方法纠偏。
迫降纠偏的具体方法也有多种,可分为二类,一类是掏土纠偏;一类是土体不均匀固结沉降纠偏。
掏土纠偏就是利用机械设备从倾斜高点下面掏土,造成高点水土流失而沉降。该种方法的主要优点是纠偏可控且影响范围小,纠偏率大,缺点是需要具备掏土的施工条件。
建设单位提出要求,室外装饰与绿化已经完成,纠偏应不损坏室外绿化与装饰,所以需要在室内掏土纠偏。
3、加固与纠偏设计参数与施工技术要求
(1)关于室内地坪
为给地基加固压桩和掏土纠偏提供工作场地,需要将地下一层的地坪部分凿除。
(2)加固程度
加固程度主要考虑掏土纠偏的时间、纠偏量、地基沉降速率、外部超载量等因素,如紧急纠偏且控制沉降速率在0.04mm/天之内,则采取50-80%的托换加固,如缓和纠偏且容许沉降速率在0.1mm/d之内,则采取40-60%的纠偏加固。
(3)锚杆桩设计参数
桩截面积0.2*0.2m2或0.25*0.25m2,单节长度2.0m,胶黏剂接桩,桩持力层为 (4)层粉土,控制压桩力不小于250KN,预估长度16m(0.2*0.2m2)或12m(0.25*0.25m2)。
(4)纠偏设计参数
建筑物沉降差60-70mm,根据建筑物底面积(133m2)以及迫降量(60mm),初步估算掏土量,并折合成钻孔掏土量。本次掏土纠偏采用钻孔直径110mm,顺迫降方向沿条形基础布置掏土孔,孔斜度70-80°,钻孔深度超(2)层粉质粘土1.0-2.0m,孔间距1.0-1.5m。根据钻孔数量以及掏土量,计划掏土轮次为10次,每个掏土轮次2天,每天迫降量5-10mm。应加强沉降观测,纠倾期间每天沉降监测二次。
纠倾到位后,采用水泥浆液填充钻孔。水泥浆液水灰比0.5,水泥为普通硅酸盐PO42.5级。注浆压力0.2-0.3Mpa,注满孔洞溢出为止。