基础托换技术

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基础托换技术

基础托换技术是一种在建筑物原有基础无法满足承载要求或需要进行地基加固时,采用工程技术手段对原有基础进行替换、加固或改造的施工方法。该技术广泛应用于既有建筑物的改造、扩建、纠偏、抗震加固以及地下工程施工中,能够有效提高地基承载力、减少沉降变形,延长建筑物使用寿命。

基础托换通常包括桩式托换、灌浆托换、墩式托换、锚杆静压桩托换等多种形式。具体方法的选择需根据工程地质条件、建筑物结构特点、施工环境等因素综合确定。施工过程中,通常先在原基础下方或周围设置新的承载结构或加固体,逐步将荷载转移至新结构上,从而实现对原基础的替代或加固。

该技术具有施工灵活、适应性强、对周边环境影响小等优点,但也要求设计与施工高度协调,确保荷载转换过程中的结构安全。随着城市建设的发展,基础托换技术在既有建筑改造和城市更新中发挥着越来越重要的作用。

顶管工程施工组织设计 2 按时间可分为:临时性托换和永久性托换。

3 按使用的方法可分为:基础扩大托换,坑式托换,桩式托换(静压桩、锚杆静压桩、预试桩、打入桩、灌注桩、灰土桩、树根桩),灌注托换(水泥灌浆、高压喷射灌浆),支撑式托换以及特殊托换等。

灌浆托换是用压力灌浆方法将胶结剂或化学溶液注入到地基中与土粒胶结,在地基中形成一个强度较高的均匀加固体,从而在深基坑开挖时或地基承载力不足、变形太大的部位保持建筑物稳定。

钻孔或注浆管的布置以及加压注浆方式要先进行设计,使得所形成的加固体具有一定的形状和支挡厚度。注浆孔呈三角形或梅花形布置,注浆孔距根据土质条件和浆液材料而定,一般约为0.6~1.0m。

在深基础开挖时,对加固土体有两种型式,一是按重力式挡土墙设计,用以抵抗水平土压力,一是按支承墙设计,只承担建筑物基础上传下来的垂直荷载,并传递到基坑底面以下的地基上,而水平方向的土压力由锚杆承受;对地下深构筑物则在上部或三侧作灌浆加固体。

水泥压力灌浆的机理有渗入性灌浆,劈裂灌浆和压密灌浆三种。在建筑工程地基处理主要是渗入性灌浆,假定地基天然结构基本上不受扰动和破坏,在灌浆一定压力作用下,克服浆液流动的各种阻力,渗入地层的孔隙或裂中去,并填充密实,同时对四周岩土还起一定压密作用,使岩土胶结成为一个整体,从而减少孔隙率,提高地基的强度,降低压缩性和透水性,防止不均匀沉降,这种灌浆对粒状浆材的颗粒尺寸有一定要求,使能进入孔隙或裂隙中,因而有一个可灌性问题,常以可灌比值N表示,对于砂砾石:N=D15/D85≥10~15

式中: D15——砂砾石含量为15%的颗粒尺寸。

D85——灌浆材料中含量为85%的颗粒尺寸,此外亦可用渗透系数(或裂隙或孔隙尺寸)、浆液的粘度、灌浆压力、灌浆时间等,一般以现场灌浆试验确定其相互关系、并确定灌浆有效扩散半径,但对灌浆容许压力应有一定限制,以不破坏地层的天然结构为原则。

水泥压力注浆的特点是:能与岩土体结合形成强度高、渗透性小的结石体,取材容易,配方简单,操作易于掌握,无环境污染,价格便宜等。

水泥压力注浆适用于加固有裂隙、孔隙、溶洞的岩石、松散砂砾、粗砂、已建工程局部松软地基和用作坝基防渗帷幕、边坡整治、混凝土基础裂缝处理以及地下结构管道的补漏、建筑物纠偏等方面。但本法不适用于地下水、承压水头大和地下水流速大于80m/d以及岩石和土粒孔隙小于0.75mm的情况,对于一般中、细砂和粘土类土,由于它的孔隙过小,水泥浆难以通过,不宜采用。

灌浆设备主要有压浆泵,选用原则是:能满足灌浆压力的要求,一般为灌浆实际压力的1.2~1.5倍;应能满足岩土吸浆量的要求;压力稳定,能保证安全可靠运转;机身轻便,结构简单,易于组装、拆卸、搬运。

水泥压浆多用泥浆泵或砂浆泵代替,国产泥浆泵、砂浆泵类型较多,常用于灌浆的有BW—250/50型、TBW—200/40型、NSB—100/30型泥浆泵以及100/15(C—232)型砂浆泵等,常用种灌注用泵技术性能见表5—38,配套机具有搅拌机、灌浆管、阀门、压力表等,此外还有钻孔机等机具设备。

⑷ 材料要求及配合比:

灌浆一般用净水泥浆,水灰比变化范围为0.6~2.0,常用水灰比从8:1到1:1;要求快凝时,可采用快硬水泥或在水中掺入水泥用量1~2%的氯化钙;如要求

缓凝时,可掺入水泥用量0.1~0.5%的木质素磺酸钙;亦可掺加其它外加剂以调节水泥浆性能,在裂隙或孔隙较大,可灌性好的地层,可在浆液中掺入适量细砂,比例为1:0.5~1:3,以节约水泥,更好充填,并减少收缩。对不以提高固结强度为主的松散土层,亦可在水泥浆中掺加细粉质粘土配成水泥粘土浆,灰泥比为1:3~8(水泥:土体积比),可以提高浆液的稳定性,防止沉淀和析水,使填充更加密实。

应通过试验确定灌浆段长度、灌浆孔距、灌浆压力等有关

参数。灌浆段长度根据岩土裂隙发育程度,松散情况、渗透性以及灌浆设备能力等条件选定,在一般地质条件下,段长多控制在5~6m;在岩土质严重松散、裂隙发育、渗透性强的情况下,宜为2~4m,灌浆孔距根据岩土的裂隙、孔隙情况、灌浆的有效作用范围和所用压力的高低通过预先试灌确定,一般为0.5~3.0m。灌浆压力是指灌浆段所受的全压力,即孔口处压力表上指示的压力,所用压力大小视钻

孔深度、岩土性质以及水泥浆的液度等而定,一般为0.3~0.5Mpa。

b 灌浆施工程序是:先在岩土中按规定位置钻孔到要求深度,孔径一般为55~100mm,并探测地质情况。岩石地基还应先用压力冲洗孔内污物和石粉碎屑,并估算耗水情况,然后在孔内插入直径38~50mm的射管,管底部1.0~1.50m管壁上钻有注浆孔,在射管之外设有套管,在射管和套管之间用砂填塞,地基表面裂隙用1:3水泥砂浆或粘土、麻丝填塞,而后拔出套管,用压浆泵将水泥浆压入射管而透入岩土中,水泥浆应连续一次压入,不得中断。灌浆先从稀浆开始,逐渐加浓。灌浆次序一般把射管一次沉入整个深度后自下而上分段连续进行,直至孔口为止。灌浆宜间隔进行,第一组孔灌浆结束后,再灌第二组、第三组。

c 对于砂砾石地基灌浆,也可采用花管灌浆法,系利用吊锤直接将灌浆花管打入砂砾层中,花管由厚壁无缝钢管、花管和锥形管尖组成。在冲洗管内淤砂后,即可自下而上分段拔管灌浆。灌浆方法可以是自流式,也可以是压力式,但都是灌完一段后,将灌浆管拔起一段高度,重复上述工序,如此一段一段地自下而上依次拔管,逐段灌浆。本法设备简单,操作方便,多用于较浅的砂砾层,遇有大砾层仍宜用边钻孔边设套管,在套管内下花管灌浆方法。

d灌完浆后,拔出灌浆管,留孔用1:2水泥砂浆或砂砾石填塞密实。

在基础的两侧穿透基础设多束树根来承托加强原有基础。施工步

⑴ 在钢导管的导向下,用小型钻机旋转钻进(钻孔直径一般为75~125mm),穿过原有建筑物基础进入到下面坚实土层中;

⑵ 当钻到设计深度后进行清孔;

⑶ 放入钢筋,钢筋数量视桩孔直径而定,当为小直径桩孔(7.5~25cm)时,可放入单根钢筋;大直径桩孔(180~205mm)则放置数根钢筋组成的钢笼;

⑷ 用压浆泵灌注水泥砂浆或细石混凝土,采取边灌、边振、边拔管,最后成桩。

桩可竖向或斜向设置,也可在各个方向倾斜任意角度,如同一根树根。本法具有桩型灵活,截面小,能将桩与墙体和基础连成一体,压力灌浆能使桩体与地基紧密结合,除支承垂直荷载、抗拔、抗侧向荷载和抗倾覆力矩外,还能加固地基,因桩孔小,对墙基和地基几乎都不产生任何应力,同时施工可在地面上进行,施工场地较小(平面尺寸0.6~1.8m),净空低(2.1~2.7m);机具振动和噪音甚微,对被托换的建筑物较安全,费用低,可用于各种土层和建筑结构,是适用广、有价值的一种托换方法。

⑸ 树根桩的承载力计算:

树根桩的容许承载力为极限荷载的一部分,其值取决于建筑物的容许沉降值,树根桩的极限荷载P,可按以下经验公式计算:

式中:D——桩的直径,即钻孔直径(mm)

L——桩的长度(mm)

τ——桩与土间的附着力或由于桩而使土中产生的剪

应力或土的内聚力有关的系数,当为软土,τ=0.05;松散土,τ=0.10;中等密实度的土,τ=0.15,极坚的土、碎石、砂,τ=0.2Mpa。

I——无量纲系数,取决于桩的直径,当D=100mm时,I=1.0,当D=150mm时,I=0.9,当D=200mm时,I=0.85,当D=250mm时,I=0.8。

树根桩可穿过不同土层直接支承在岩石上作支承桩,也可用于支承在砂土或粘土上作摩擦桩。当安全系数k=3时,支承在岩石上的竖直树根桩,其承载能力由材料强度决定,容许承载力如下表:

sy/t 7353-2016 金属构件及组件热渗锌防护层技术规范 支承在岩石上的树根桩容许荷载

注: 对于倾斜桩和摩擦桩,承载力将小于上述数值。

树根桩用于托换,其安全系数要大,将由以下两项构成,即:

式中:k——树根桩的安全系数

kf——原有地基的安全系数,kf≥1

kp——桩本身的安全系数,kp=(Pmaχ╱P)>1

① 成孔方法与普通灌注桩基本相同,一般可用XJ100—1型工程地质钻成孔,就位后接通压缩空气jt/t 1097-2016标准下载,进行干钻孔,约深600mm,放入护孔钢套管,如土质不好,钻进会出现缩颈或塌孔,套管应下到产生缩颈或塌孔的土层深度以下,然后在套管的导向下,在套管内上钻头用旋转法(或冲击法)钻进,穿过原有建筑物基础直到下面的地基土层中去。当为粘性土、杂填土,可用合金钻头;用于风化岩层可用外嵌砂钻头,通入足够风量,以冷却钻头和除渣;当用于大块石、基岩中钻孔时,可用钢砂钻头,钻进时加入一些钢砂磨削岩石,同时通入适量的压缩空气。当钻孔可能坍孔时,要加用套管,通常采用带有刃口的套管,可起钻孔作用。

② 当钻到设计标高,拔出钻头,进行清孔,再下钢筋笼;钢筋笼长度由起重机械性能和起吊空间确定,在室内通常采用分节制作安装,钢筋接头应错开,搭接焊缝长度应不小于10倍钢筋直径;钢筋笼外径应小于设计桩径40~50mm;下钢筋笼要吊直扶稳,避免碰撞孔壁。

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