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談灰土井樁的應(yīng)用
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1、前言
我省地處黃土地區(qū),在以往的建筑實(shí)踐中,對(duì)多層建筑物的地基處理,廣泛采用了灰土井樁基礎(chǔ)。該方法設(shè)計(jì)、施工簡(jiǎn)便易行,費(fèi)用低廉,工期短,經(jīng)濟(jì)效益顯著。
灰土井樁俗稱灰土井、灰土柱或灰土墩,是起樁作用的灰土基礎(chǔ)。它是在指定的位置,按一定的尺寸,開挖豎井,然后用灰土分層回填夯實(shí),形成灰土井樁基礎(chǔ)。
灰土的性質(zhì)在施工初期與普通散土無(wú)多大差別,其成分由生石灰與粉質(zhì)粘土按一定比例拌和而成(一般是3∶7灰土或2∶8灰土),并在回填中分層夯實(shí),到后期灰土中的白灰與土產(chǎn)生離子交換和凝硬反應(yīng),使土的強(qiáng)度顯著提高,并具有一定的水穩(wěn)性。根據(jù)資料記載,灰土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度一般為500~1000kPa,軟化系數(shù)約為0.7,顯然比天然土壤要好得多。
灰土井樁基礎(chǔ)適用條件:(1)適用于多層民用建筑;(2)適用于填土、一般濕陷性黃土(非自重濕陷性黃土,濕陷等級(jí)II級(jí)以下)或其他軟弱地基?!痘彝辆畼对O(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(陜西省標(biāo)準(zhǔn))指出,灰土井樁基礎(chǔ)應(yīng)設(shè)在地下水位以上的土層中,具有下列條件的場(chǎng)地不宜選用灰土井樁基礎(chǔ):(1)井樁底距地下水位小于3m時(shí);(2)建筑物使用過(guò)程中,地基浸水不可避免時(shí);(3)建筑物使用中,有含酸污水排泄時(shí)。
經(jīng)多年實(shí)踐,本人認(rèn)為只要設(shè)計(jì)參數(shù)選用得當(dāng),灰土井樁基礎(chǔ)還可應(yīng)用于其它多種建筑場(chǎng)地。
2、應(yīng)用實(shí)例與分析
2.1西安鐵路家屬區(qū)第15幢住宅樓
2.1.1概況
該樓座落于西安鐵路家屬區(qū)內(nèi),原為長(zhǎng)條狀拐角三層樓房,因設(shè)計(jì)等方面的原因,樓房使用后不久就下沉,因此拆除了上部的兩層,但樓房仍繼續(xù)下沉開裂,最后不得不全部拆除,重建三棟五層住宅樓,建筑面積2960m2。
2.1.2地質(zhì)情況
0.0~7.0m為人工填土,主要成分為粉質(zhì)粘土,含磚瓦塊、炭屑等,不均勻,可塑-軟塑,無(wú)濕陷性,地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值90kPa;7.0~10.0m為粉質(zhì)粘土,軟塑-可塑,無(wú)濕陷性,地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值100kPa;地下水位在地表下8.0m。
2.1.3方案選用
由于場(chǎng)地地基土含水量在平面分布上差異大,設(shè)計(jì)該三棟住宅樓平面布局時(shí),采用了兩棟兩個(gè)單元、一棟一個(gè)單元的三棟單體樓房平面布置方案。
場(chǎng)地內(nèi)人工填土層較厚,成分組成不均勻,含水量大,不宜采用天然地基方案。若采用換填地基土方案,則土方量大,造價(jià)高,且場(chǎng)地位于家屬區(qū)內(nèi),施工干擾大,故不宜采用換填方案。采用灰土井樁基礎(chǔ)方案可以克服以上缺點(diǎn),且具有費(fèi)用低、工期短的優(yōu)點(diǎn)。但該場(chǎng)地地基土含水量較大,地下水埋藏淺,按以往經(jīng)驗(yàn)本方案欠妥。我們反復(fù)研究認(rèn)為,灰土井樁基礎(chǔ)作為一種基礎(chǔ),理論依據(jù)充分,計(jì)算可靠,選用的參數(shù)得當(dāng),本方案是可行的。
選用的參數(shù)如下:
土壤的容許摩阻力fv=13kN燉m2
地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=90kPa
樁徑d=1.4~2.2m
樁長(zhǎng)h=5.3~6.0m
按單樁承載力基礎(chǔ)計(jì)算。
實(shí)踐證明,新建住宅樓地基處理選用灰土井樁基礎(chǔ),效果良好,投入使用10多年,未發(fā)現(xiàn)任何下沉、開裂等病害。
2.2西安市南二環(huán)路鐵路新村人行天橋
2.2.1概況
西安市南二環(huán)路將鐵路住宅小區(qū)分隔成南北兩部分。南二環(huán)路建成通車兩年時(shí)間內(nèi),連續(xù)發(fā)生了數(shù)起交通傷亡事故,教訓(xùn)深刻。為此需增建人行天橋?qū)⒛媳弊≌瑓^(qū)連通。
人行天橋設(shè)計(jì)選用了連續(xù)鋼構(gòu)橋方案。連續(xù)鋼構(gòu)橋?qū)Φ鼗€(wěn)定性要求較高,要求地基承載力σ0≥200kPa,壓縮系數(shù)小。根據(jù)西安市城建局要求,修建人行天橋時(shí),不允許影響南二環(huán)路的正常行車。因此,地基處理方案選用了本人設(shè)計(jì)的灰土井樁基礎(chǔ)方案。
2.2.2地質(zhì)情況
0.0~4.0m為人工填土,主要成分為砂粘土,含建筑垃圾,可塑,地基基本承載力σ0=90~110kPa。4.0~12.0m為黃土狀砂粘土,可塑-流塑,無(wú)濕陷性;其中4.0~5.5m,可塑,地基基本承載力σ0=130kPa;5.5~8.5m,流塑,地基基本承載力σ0=70kPa;8.5~10.0m,軟塑,地基基本承載力σ0=110kPa;10.0~12.0m,軟塑,地基基本承載力σ0=110kPa。12.0~16.0m為古土壤,可塑,地基承載力σ0=140kPa。16.0~25.0m為砂粘土,可塑,地基基本承載力σ0=110kPa。地下水位在地表下8.1m。
2.2.3方案選用
連續(xù)鋼構(gòu)橋在橫向上易受到橫向力的影響,使其在橋墩基礎(chǔ)部位產(chǎn)生扭矩,因此,對(duì)橋墩地基土的要求較高。然而該地段地質(zhì)條件較差,天然地基不能滿足設(shè)計(jì)要求,因而必須進(jìn)行地基處理。靜壓樁處理地基方案,因壓樁所需大型機(jī)具設(shè)備和場(chǎng)地較大,會(huì)影響南二環(huán)路的正常交通,且造價(jià)高等缺點(diǎn)而被否定。挖孔灌注樁處理地基方案,筆者認(rèn)為該施工方案所需機(jī)具設(shè)備較多,也會(huì)影響南二環(huán)路的正常交通,而且會(huì)污染綠草地(橋墩位于公路綠地),造價(jià)較高,因此挖孔樁方案并非最佳方案。本人推薦選用灰土井樁基礎(chǔ)方案,本方案具有所需設(shè)備簡(jiǎn)易、對(duì)南二環(huán)路的正常交通基本無(wú)影響、輕微污染綠地、造價(jià)低廉、工期短等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)專家們研究、論證,最后選用了筆者推薦的灰土井樁基礎(chǔ)地基處理方案。
根據(jù)《灰土井樁設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(陜西省標(biāo)準(zhǔn))要求,西安市南二環(huán)路鐵路新村人行天橋的地基處理一般不宜采用灰土井樁基礎(chǔ),因?yàn)榈叵滤宦癫剌^淺,又該橋設(shè)計(jì)采用連續(xù)鋼構(gòu)梁,對(duì)地基的要求較高,一旦在城市重要交通干線上出現(xiàn)病害,整治難度大。在認(rèn)真分析地質(zhì)情況、場(chǎng)地條件、橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等方面因素后,我們選用了灰土井樁基礎(chǔ)處理方案,效果良好。選用的參數(shù)如下:
土壤的容許摩阻力fv=13kN燉m2
地基土基本承載力f0=130kPa
樁徑d=1.5m
樁長(zhǎng)h=3.6m
每座橋墩設(shè)4根樁,樁頂設(shè)0.5m厚的3∶7灰土墊層,按群樁偏心荷載計(jì)算比較。
實(shí)踐證明,西安市南二環(huán)路鐵路新村人行天橋地基處理選用灰土井樁基礎(chǔ),效果良好,建成使用5年多,至今完好無(wú)病害。
2.3臨潼鐵路療養(yǎng)院干部療養(yǎng)樓
2.3.1概況
臨潼鐵路療養(yǎng)院干部療養(yǎng)樓為4層樓房,局部(大廳)為5層,建筑面積2864m2,它座落于一黃土斜坡地上,設(shè)計(jì)住房標(biāo)準(zhǔn)較高,樓內(nèi)每套房?jī)?nèi)均設(shè)有洗澡間,供應(yīng)溫泉水,地坪下水管溝較多。
該樓1988年5月開工,1990年6月竣工。竣工后在東樓樓梯與外縱墻結(jié)合部即出現(xiàn)開裂,但裂縫未繼續(xù)發(fā)展。1996年5月中旬,由于管理不善,未及時(shí)發(fā)現(xiàn)上水管因銹蝕而斷裂,導(dǎo)致溫泉水灌入管溝內(nèi)。該樓施工質(zhì)量差,地下管溝裂縫縱橫交錯(cuò),溫泉水沿裂縫下滲,浸泡地基,造成局部地基土變軟,灰土井樁失效,樓房基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降,墻體多處開裂,最后決定停止使用該療養(yǎng)樓,進(jìn)行整治。
2.3.2地質(zhì)情況
0.0~6.5m為人工填土,含少量雜物,可塑,多孔隙、蟲孔;6.5~15.0m為黃土狀粉質(zhì)粘土,屬二級(jí)非自重濕陷性黃土,地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=140kPa。地下水位在地表下15m。
2.3.3分析
干部療養(yǎng)樓地基屬二級(jí)非自重濕陷性黃土,設(shè)計(jì)采用灰土井樁基礎(chǔ)。由于上水管道銹蝕斷裂,無(wú)人查問,還繼續(xù)上水。使大量水滲入地基土中,導(dǎo)致地基土的性質(zhì)惡化,樓房產(chǎn)生不均勻下沉、開裂。
臨潼鐵路療養(yǎng)院干部療養(yǎng)樓出現(xiàn)病害的主要原因是管理使用不當(dāng),地基土被水浸泡,造成灰土井樁失效,無(wú)法支撐上部荷載,使建筑物下沉、開裂。
3、一點(diǎn)體會(huì)
(1)對(duì)于濕陷性黃土地基,選用灰土井樁基礎(chǔ)方案要慎重?!兑?guī)程》明確規(guī)定,“在濕陷性黃土場(chǎng)地上,當(dāng)建筑物地基易受水浸濕,在計(jì)算灰土井樁基礎(chǔ)的承載力時(shí),其容許摩阻力fv應(yīng)取零值。”
筆者認(rèn)為,灰土井樁是按摩擦樁、端承樁進(jìn)行計(jì)算的,一旦地基土受水浸濕而濕陷,將可能產(chǎn)生負(fù)摩擦力,計(jì)算中僅取其容許摩阻力fv)為零值是不夠的,這樣易使灰土井樁失效,最終導(dǎo)致建筑物不均勻下沉、開裂。
(2)選用灰土井樁基礎(chǔ)要與防水措施相結(jié)合。在一般濕陷性黃土地基采用灰土井樁基礎(chǔ)時(shí),可在樁頂上面作一定厚度的灰土墊層,它可起到隔水、防止水滲入地基的作用。同時(shí),在設(shè)計(jì)施工時(shí)要做好上下水管道、管溝等的質(zhì)量,防止因管理和使用方面的原因,導(dǎo)致水滲入地基土中,最終導(dǎo)致灰土井樁失效,使建筑物出現(xiàn)病害。
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