双排桩综合托换技术在老厂改造中的应用

　　摘要：钢筋混凝土灌注桩托换，不仅有效地解决了旧基础的支护加固，而且较其它加固方案更经济合理。
　　关键词：双排桩，砼承台托换、支护、加固
　　一、工程概况
　　某钢厂新建300m3高炉上料系统的现浇砼双排高位料仓，全长60m，顶高13m，基础为钢筋砼筏式基础，埋深-6.5m。位于原150m3高炉高位料仓的北侧。旧料仓为单排料仓，现浇钢筋砼结构，始建于60年代，现正在使用。旧料仓柱基为现浇砼独立基础，埋深-2.0m。新旧料仓基础高差4.5m，新旧基础边缘仅距300mm,局部新基础已伸至旧基础下部。由于旧料仓已没有原始档案资料，且旧料仓的两侧上支托有D800高炉煤气管道，全长55m,根据实测结果，反推原设计取用的地耐力为210kn/m2,而新地质报告给出的该土层地耐力为150kn/m2。
　　从挖出的旧基础来看，当年的基础施工质量很差，基础的厚度相差很大，最薄处在200至300mm之间，底面尺寸2100X3200mm2.而且，基础配筋很小，因此旧料仓是不安全的。特别是料仓正在使用，槽下把振动筛的一侧基础打掉，将荷载传至柱基础上，根据地质报告以及南侧20m处高炉基础的基坑开挖情况可知，施工区域各土层的含水量较大，接近于饱和状态，且处在雨季施工。鉴于以上种种不利情况，新料仓基础施工必须对旧料仓采取行之有效的加固措施，以保证旧料仓的使用和上部煤气管道的安全运行。
　　地质勘探报告表明，厂区场地为人工填土及第四系冲洪积地层。旧料仓基础支承在粉质粘土层。其地质构造情况为：
　　杂填土：灰褐色，由炉渣、建筑垃圾构成，松散。
　　粉质粘土：黄褐色，可塑，含氧化铁、锰、具孔隙。含水量23.6%。饱合度75.4%至92.5%。
　　粉土：褐黄色，饱合，含小姜石，氧化铁、夹粉质粘土薄层。含水量29.1%，饱和度75.4%至100%。
　　粉细砂：褐色-灰白色，稍密、中密、含石英、长石、云母。
　　粉土：褐黄--黄褐色，很湿，含姜石、氧化铁，致密，含水量6.8%，饱和度52.8%至100%。
　　中细砂：灰白色，稍湿，稍密，中密，含石英、长石。
　　二、方案的选择确定
　　此项加固工程工期紧，危险性大，施工难度高。同时，旧料仓已没有原始档案资料，且地下情况复杂，特别是旧料仓上部仓壁上有两道正在运行的煤气管道。如何确保旧料仓柱基础的承载力和基础边坡稳定，以及柱基不发生大的沉降，是保证旧料仓正常生产和新料仓按期开工的关键。对旧料仓基础加固曾有两家施工单位提出了两种不同的方案，这两种方案为：
　　方案1：密排工36钢桩，土层拉锚，护坡桩，桩长12m。需钢材260t左右，费用近140万元。
　　方案2：钢筋砼单锚护坡桩。桩径D800.桩长12m，桩距1m,费用50万元。
　　通过对安全、技术、经济等各方面的综合分析，我公司提出了综合支托技术方案：即采用双排钢筋砼灌注桩综合支托、护坡新概念，在基础外缘布置一排D600桩，每个基础外侧3根，桩长10m。基础两侧各布置一根D900的大直径人工挖孔灌注桩，从基础的旁边掏下去，支托基础，再在基础上部沿柱列做通长扁梁，将外排桩与内排桩连成一体共同受力。此方案费用为30万元。
　　经过甲方、设计、施工单位共同对以上方案的分析比较，认为我公司制定的方案最为合理。其主要优点为：
　　费用低。与方案1，节省费用100万元左右，与方案2比较节省费用20万元。
　　工期短，与打土层锚杆的方案比较，缩短工期近半月。
　　采用了双排桩综合支托、护坡新概念，避免了护坡可能带来的基础沉降以及土体连带基础的水平位移。以往许多失败的教训证明，当新旧基础高差较大、荷载较大时，在基础外采用土层锚杆护坡桩，或仅在基础外缘进行单排桩托换，都是不安全的。本方案内排桩起到了支托桩基的作用，每根桩的承载力为75t，外排桩通过增加的基础上部的扁梁与内排桩形成土中刚架整体受力，以承受桩基荷载和滑动土体形成的主动力和桩间土作用，增强护坡结构的侧向刚度及整体稳定性，实现对基础的可靠加固。
　　加固工程的设计与施工
　　我们在进行方案设计时，十分慎重地进行了反复研究，多方案对比，特别研究了有关资料介绍国内外加固工程失败的教训，制定了科学可靠的双排桩综合托换护坡方案。
　　双排桩托换引用了中国建筑科学研究院地基基础研究所的双排护坡桩的试验与计算结果。
　　将前后两排桩与桩顶承台看作一个底端嵌固的刚架结构，桩顶端点视为刚结点，由于桩承台与桩长之比很小，承台截面刚度很大，所以将承台看作没有变形的刚体。基坑开挖后，在土压力作用下，假定承台只能平移而不产生转角。
　　本工程采用的是600,900两种直径桩，配筋均为16￠20.每根柱基础下两根桩，外排三根桩与承台形成整体，支托旧基础。内排桩底标高-8.5m，外排桩底标高-12m。
　　内排桩，因施工场地限制，采用人工挖孔，外排桩采用机械成孔，每排成孔间隔进行。施工时，先挖出基础加固范围内土方，凿出基础钢筋并进行基础上表面凿毛、钻孔，采用斜筋硫磺砂浆锚固方法，把新老基础连成整体，使桩承台形成一个包裹在老基础外围的壳形基础。然后挖孔，挖孔时，先挖去承台部分土，然后再挖桩身土。开挖过程中，需要进行沉降观测工作。成孔后，用吊车吊入钢筋笼，校正位置垂直后用输送泵浇筑桩及承台砼。
　　每根灌注桩施工的各道工序都应该连续进行，防止中间停歇时间过长，造成施工过程中塌孔。
　　为保证施工质量及工期要求，砼采用C30高强砼，并掺12%膨胀剂、0.05%三乙醇胺早强剂。
　　结束语
　　双排灌注桩综合托换技术，解决了基础加固托换、护坡两大难题。中国建筑科学研究院地基基础研究所的实验、计算结果及工程先例表明：双排刚架的形成，桩的最大弯矩较单排桩减小20%以上，而桩顶位移计算值是单排桩的35%。由于双排桩整体风度大，水平位移明显减小，同时桩的内力也有所下降。本工程两年后的测量结果表明最大沉降5mm，最大水平位移8mm，达到理想的效果。现在的新料仓已投产使用。综合托换技术不仅解决了生产与施工的矛盾，还给今后同类工程的加固护坡提供了成功的经验。
　　值得注意的是：托换技术是一种建筑技术难度大，责任性较强的特殊施工方法。应用托换技术需要丰富的经验，因为它可能危及生命及财产安全，必须由设计和施工都具有丰富实践经验的技术人员来参加这项工作。在实践过程中必须加强科学化管理，特别加强施工监测工作，监测工作包括：建筑物的沉降，倾斜和裂缝观测，地面沉降。并认真作好工程实录。实践证明：使用任何托换技术的方法而不允许沉降是不可能的，因此，在使用这项技术时，必须十分慎重，一定要根据工程具体条件确定最佳方案。