山西省阳泉市某园林小区基建中的D14#四联户别墅变形开裂治理设计(.docx

山西省阳泉市某园林小区基建中的DI4#四联户别墅变形开裂治理设计（尹志兵I葛玉祥2马博恒2李森林2闫培龙2（1.太行房地产开发有限公司阳泉市2.中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司保定市071069）摘要：阳泉市某园林小区D4#别墅在复杂的原始地形与地质结构背景下，于基建中变形开裂严重。深入分析了别墅变形规律，查明了失稳原因，治理设计有的放矢，达到了一次治理、完全根除病害的目的。其分析方法与治理设计思路，为今后同类工程提供了极其有益的参考价值。关键词：别墅不均匀下沉桩式托换1.序言山西省阳泉市某园林小区建于平定县东锁簧镇南后峪村西药林寺山的东南麓坡地，依山傍水，风光秀丽。Dl-4#四联户别墅平面尺寸28mX16m,条形基础，砖混加构造柱与圈梁结构，高度为2.5层。由于地基所处原始地形的复杂性及其场地整平效应与地基内潜水含水层的不均一性，致使基建至1.5层时，已建墙体、地板严重变形开裂，局部基础断裂；前排明柱与地基脱开；临坡侧阶上明柱与基础变形开裂严重，若继续加载后患无穷。基于别墅变形开裂规律，结合施工条件，经技术、经济对比分析，别墅内地基沉降区域使用桩式托换；置换前排明柱地基与临坡阶上人工地基及其基础。使用该方案对基建中的别墅治理后，别墅成功封顶。投入运营三年来，地基与上部结构处于稳固状态，潜在的经济效益明显、社会效益广泛。综合治理2 .基建中的别墅变形开裂原因分析2.1 变形开裂规律根据已有地基勘察资料与本次探井揭露及上部结构裂缝调查资料的综合分析，进行了别墅变形规律分区，见图1。山L叵殁堪附“坡与I117-5t¾><IHj<t!a叵IaoII上号FH一评分区灯采Ikjhs<j/彩s0图1变形分区及治理设计平面图各区变形特征简述如下：区别墅变形开裂要紧表现为地基不均匀沉降，最大沉降区域位于2#户中间区域，见图K基于该区变形开裂程度与特征,编制了4个裂缝分布立面图见图2,平面分布见图Io由图2知：A-A'立面中，裂缝由近水平变为近垂直，基础为“八”字型左撇式斜裂缝，该模式是1#户与3#户与2#户相邻部分向2#户倾斜移动形成的挤压应力与2#户相应部分垂直下沉形成的垂直压应力造成的。据此，反映出2#户前墙区域的变形特征要紧是地基沉降变形；B-B'立面中一、二层楼均为斜裂缝，其中二楼裂缝为“八”字型组合，要紧向2#户倾斜移动与自身下沉的结果；图2裂缝立面分布特征图C-C'立面中，一、二层楼墙体要紧近垂直锯齿状裂缝，且规模大，贯穿性强，该部位基础断裂，邻近地板为弧形裂缝。其变形组合规律说明该部位地基下沉量大（现场调查最大下沉量10cm）o在上部结构随地基下沉过程中，由于基础梁的约束，在上部荷载作用下形成的垂直压应力作用而诱发的水平拉应力所致；D-D'立面裂缝为“八”字型右撇型斜裂缝，同样是1#户相应部分向2#户倾斜移动的结果。基于四立面变形开裂规律，其力学模型见图3。由图3知，1#户与3#户上部结构荷载强度。I与。3均小于地基反力。1与。3，由于2#户。2大于地基反力。2,在不平衡W户I2#户I3聆上部绪构.I（I上落.构地城十nrftittWiIO.I图32#户变形开裂的力学模式力场作用下，2#户区域由于地基下沉量大，首先地梁与地基土脱开，其发生弯曲变形，受拉边拉应力超过税的抗拉强度而断裂,如C-C立面区域基础断裂垂直裂缝；随此种不平衡力场的连续作用（地基继续沉降），垂直裂缝向上进展，此阶段即形成了OC、A-A'的垂直裂缝，同时由于1#户与3#户区域地基沉降差异导致了前两者向后者区域倾斜移动。上述立面的斜裂缝就是这种倾斜移动变形的结果。区：结构简单，要紧是一层明柱，明柱本身完整，基本无裂缝，其变形表现为明柱基础与地基土脱开。区：位于别墅临坡侧，阶上结构有明柱与小开间两种结构，见图1,其变形要紧表现为明柱基础向不一致方向倾斜，其次是小开间基础与地基土脱开，局部基础断裂。区与区的变形要紧是地基的不均匀沉降引起。2.2 别墅变形开裂的原因分析基于上述，别墅3个区虽变形规律不尽相同，但具有共性一一均反映出地基不均匀沉降的特征，它们变形开裂型式与程度具有较大差异，这是由于：区一、二层所有结构除封顶外基本完成，负载较大，因此墙体地板变形开裂严重；区除明柱外无其它荷载；区明柱与小开间基础部分受荷较小，故变形程度差。布是地基土不均匀沉降的重要诱因；回填根据现场调查与已有资料的综合分析，地基不均匀沉降的原因：别墅纵跨两脊加士未经有效处理，密实度差，在上部加载过程中的固结作用使地基土固结变形加剧，致一沟的原始地形之上，1#户、3#户与4#户使别墅基建尚未完成而被迫终止。分别建于冲沟两翼的山脊区域，2#户位于两脊间的原始冲沟区域。场地平整后，造成了回填土厚度的差异性，2#户区域回填厚度平均6.Om,最大厚度6.9ITb而其余3户区域填土厚度l2m。因此，压缩层厚度差异是造成地基不均匀沉降的关键因素；经现场探井调查，2#户原始冲沟区域由于临空侧填士作用，大气降水入渗水要紧汇合于该区域回填土与基岩接触带，滞水位高出基岩0.30.5m,而其余3户区域地基土基本无水，地下水对地基土的软化作用与不均匀分3 .别墅综合治理设计3.1治理分区与治理方案2.1节按照别墅变形开裂规律进行了分区，并简述了各分区的变形特征，这些特征受地基变形特征及上部结构荷载等因素操纵，因此以别墅变形开裂规律分区作为治理分区，对别墅变形开裂按区进行治理设计，如此可做到有的放矢。在对地基结构、上部荷载及变形程度的综合分析的基础上，根据场地条件，各区使用的治理方案见表3-1。治理分区地基结构特征设计基底压力（kPa）基础型式场地条件治理方案区地基土要紧由回填士构成，厚度平均6.Om,处理效果差，欠固结土，压缩性大。200条形基础沉降大的区域，不具备机械施工条件使用桩式托换，人工成孔。区地基土要紧由同填土构成，厚度中间大3.05.0m,两侧薄1.0-1.5m,处理效果差，临空侧限不佳。100独立基础施工条件较好明柱间用3：7灰土置换回填土，分层夯实,脱空部分使用水泥砂浆充填密实。区地基土要紧由回填土构成，厚度2.03.0m,松散，密实度差100独立与条基施工条件较好将已做基础全部拆除,将回填土全部清除至基岩面，用3：7灰土分层夯实至基础设计标高,重新按设计要求建造基础各区治理方案表3-13.2治理设计（1）托换桩与地基土参数别墅治理设计的重点为区，其它区域属常规治理，因篇幅所限仅重点叙述托换桩设计部分。1）托换桩设计使用人工挖孔桩，桩径d=800mm,桩长按嵌入中风化泥岩0.5m,根据地基回填土的厚度与嵌岩长度，确定的托换桩桩长有6m与8m两种，桩间距3.Om,地基回填土平均重度Y=17.5kNm:泥岩天然湿度单轴抗压强度标准值fsj=5MPao（2）需考虑的其他因素由于地基土属欠固结土，设计时应考虑地基土在自重与上部荷载作用下，固结压密对桩基承载力的影响一一负摩阻力的影响，该种影响按下列各式进行验算：q。=5（3-1）6=兀AZe+-YAzi（3-2）IL式中：点一一第i层土桩侧负摩阻力标准值,kPa；ni第i层土的负摩阻力系数，取0.25；%、re一一分别为第i层土与其上e层土的桩长（m）标K(m)欠固结土层厚度（m）中性点深度确定回填土重度（kN/m3）基桩下拉荷载£ （kN）持力层类型深度（m）8.00.87.5基岩7.517.53096.00.85.5基岩5.517.5166基桩下拉荷载验算结果表3-2桩基极限承载力的验算按嵌岩桩考虑：地下水对地基土强度的软化基于前述，地基内滞水仅局部存在，影响厚度较小，且非连续分布，因此，托换桩设计时不宜单独考虑，但在考虑基桩承载力安全系数时作适当考虑。（3）基桩承载力的验算基桩承受上部荷载取桩间距3m,条形基础宽度1.0m,基底压力。二200kPa,据此基桩所受的荷载Nk=200×3×l=600kNo重度,kN/m3；zpz,分别为第i层土、第e层土的厚度,m；巴一一桩周第i层土平均竖向有效应力，kPa。基桩下拉荷载：（3-3）/=I式中：n中性点以上土层数；f中性点以上第i层土的厚度，m；n负摩阻力群桩效应系数，取1。根据（1）与（2）,两种桩长基桩下拉荷载验算结果见表3-2o以=Qd+2火（3-4）Qrk=GfkAP（3-5）式中：。式、Qrk一分别为总侧阻与嵌岩段总端阻，由于基岩面以上均为回填土，故2产0；C嵌岩段侧阻与端阻综合系数,按嵌岩深径比近似取O.6,则£=0.83,4=5MPao将这些参数代入式（3-4）与（3-5）计算得基桩极限承载力QUk=2085kNo基桩设计承载力Ra=QUkl2=2085/2=1042kN基桩需承担荷载R=Nk+5（3-6）桩长8m时，R尸600+309=909kN;桩长6m时,R1=600+166=766kNoR1>飞，满足设计要求。基桩设计承载力为实际承载力的1.15倍与1.36倍，此部分安全储备足以抵御地基含水的不利影响。桩身强度验算RSP（3-7）式中：c工作条件系数，取0.7,位按C20考虑，fr=9600kPao则&=909&M766雨<0.42×3.14X0.7×9600=3376kN满足要求。桩身结构桩长6.08.0m,具体桩长以嵌入中风化泥岩0.5m为准，整个桩体使用C20素碎,为保证桩头的完整性与不被压碎,桩顶2.Om配置钢筋笼（按0.3%构造配置），桩身结构见图4,技术要求（略）。桩孔施工第一步，紧临基础开挖竖导洞，第二步，待竖导洞挖至基底下1.7m时，开凿平洞至基底之下（托换桩孔与基础中心应重合），第三步开挖桩孔至基岩嵌岩深度，如孔壁坍塌或者松散应采取护壁措施。图4托换桩结构图桩体浇注使用商碎,待浇筑至距平洞底标高2.5m时，应采取振捣措施，然后安设钢筋笼，平洞临孔侧进行支模或者砌砖一次浇筑至距基底0.5m停浇，间隔24小时后用钢板、工字钢支撑接顶，最后用与桩体同强度的干硬性碎将桩头与基础间剩余空间充填捣实，确保桩与基础密实接触。支撑结构见图5。图5支撑结构图托换桩施工顺序托换桩施工应分批次，前批施工完成后才能施工后批桩，具体施工顺序见图1。（4）区与区治理设计治理方案见表3-1,治理设计与技术要求略。4.结语4.1 治理别墅场地原始地形复杂，地基是人工填土欠固结地基，多种不利因素的综合效应，导致了别墅变形开裂不均匀的复杂性与多样性，治理难度大。4.2 根据别墅变形开裂规律与地基土结构的综合分析，确定了地基土不均匀固结变形是别皇变形开裂的关键因素。基于变形规律分区及其变形程度确定了桩式托换、地基土置换与重建基础的综合治理方案，通过综合施治，别墅按设计成功加载封顶，实践证明治理设计是可靠的。4.3 别墅投入使用三年多来，地基与上部结构变形处于稳固状态，避免了因变形过大失去加载可能而被迫拆除所造成的经济缺失，具有巨大潜在的经济效益与广泛的社会效益。4.4 文中既有建筑物变形规律调查、分析方法与设计思路对今后同类工程具有一定的借鉴意义。