女子监狱接见室加固方案三局部静压桩加固.docx
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女子监狱接见室加固方案三局部静压桩加固
甘肃省女子监狱犯人接见室地基基础及墙体裂缝
维修加固设计变更方案（方案三）
（局部地基基础静压桩托换加固）
一、前言
甘肃土木工程科学研究院于2012年12月对甘肃省女子监狱接见室下沉井桩及墙体裂缝进行了加固方案设计，并承揽了该项目加固施工工程。
下沉井桩加固施工过程中发现，接见室场地地下水埋深在14m左右，现场井桩开挖土层及地下水与原勘查报告不符，地下水降水困难。
受甘肃省女子监委托，甘肃土木工程科学研究院对该场地进行了岩土工程补充勘察。
根据《甘肃省女子监狱C监舍、接见室岩土工程补充勘察报告》（以下简称《补充勘察报告》）与接见室《原始施工隐蔽记录》进行持力层比对，该建筑物原井桩桩端大都未到可靠持力层，且由于地下水流量较大，流砂严重，井壁支护难度较大，井桩加固施工存在极大的安全隐患。
甘肃土木工程科学研究院在接见室地基基础加固施工中对墙体裂缝进行了详细统计，发现该建筑物一～二层墙体均出现多处不同程度的斜裂缝以及水平裂缝，墙体裂缝最大宽度为3.0㎜，墙体裂缝最大长度6.3m，对建筑物结构安全造成影响。
且从裂缝形态及沉降观测结果判断，该建筑物局部地基基础下沉仍在继续发展，需立即采取措施对地基基础进行加固处理，并对框架填充墙墙体裂缝进行裂缝封闭修补，以提高结构的耐久性。
2013年9月11日下午，甘肃省监狱管理局及甘肃省女子监狱邀请甘肃省有关专家对甘肃土木工程科学研究院《甘肃省女子监狱犯人接见室下沉井桩及墙体裂缝加固方案》（以下简称《原加固方案》）进行了专家论证，论证会上与会专家对《原加固方案》进行了详细、严格的审查，认为该《原加固方案》安全可靠，设计可行，并对地基基础加固、监区监墙、降水施工设计、框架柱环向裂缝及填充墙体裂缝给出了具体意见。
具体“专家论证会意见”如下：
1、同意甘肃土木工程科学研究院“甘肃省女子监狱C监舍、接见室维修加固方案”，桩基加固采取桩基托换加固方案（二托一加固方法）。
该加固方案安全可靠，设计可行。
2、具体井桩加固范围应根据“补充勘察报告”，结合井桩原始施工记录以及建筑物变形现状设计；
3、对于监区监墙出现裂缝的墙体应立即进行加固处理。
地基基础加固采取桩基托换加固方法，墙体裂缝采取嵌筋或拆除重修；
4、C监舍、接见室地基加固的关键是降水，设计单位应严格按照国家现行规范，结合“补充勘察报告”做好降水设计，确保井桩施工安全；
5、对于C监舍框架柱环向裂缝，可采取粘贴碳纤维布进行加固处理。
C监舍、接见室填充墙墙体裂缝可采用高标号水泥砂浆灌缝处理或拆除重修。
受甘肃省女子监狱委托，甘肃土木工程科学研究院对该建筑物地基基础及墙体裂缝进行维修加固设计变更方案设计。
二、工程概况
甘肃省女子监狱犯人接见室位于兰州市九州开发区甘肃省女子监狱内，建于2000年，为二层钢筋混凝土框架结构，长45.33m，宽10.8m，建筑物总高7.70m，总建筑面积约为1000㎡，基础形式为人工挖孔灌注桩。
由于该建筑物地基基础下沉明显，目前建筑物室内外墙体出现多处明显斜裂缝，已严重影响到该建筑物的正常安全使用。
该建筑物建设单位为甘肃省女子监狱，设计单位为甘肃省监狱管理局勘察设计所，施工单位为甘肃省陇兴建筑工程公司第十六工程队，监理单位为甘肃工程建设监理公司，原勘察单位为中国市政工程西北设计研究院。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）,本工程所在地区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值0.20g，地震分组为第三组。
根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008），该建筑物抗震设防类别为标准设防类（丙类），地震作用应符合本地区抗震设防烈度的要求；该建筑场地类别为Ⅱ类。
三、工程地质概况
（一）、场地位置、地形、地貌及地层结构
该场地位于兰州市北部山区内罗锅沟九州开发区，地处罗锅沟东岸二级阶地。
该场地原始地形地貌条件较复杂，根据现场调查了解，该场地1993年经回填整平，原始地貌不复存在，现场地相对平整。
根据《补充勘察报告》揭示，该场地出露的地层有素填土、粉质粘土、砾砂、细砂、圆砾、泥岩层。
地层出露无规律，粉质粘土、砾砂、细砂、圆砾交互出现，层序不一。
其工程地质特征如下：
1、①层填土（Q4ml）：
黄褐色（或棕红色），分布于整个场地。
土质不均，以粉土为主（个别孔夹有粉质粘土），含有少量细砂（或含有少量细砂及细砂夹层），偶见卵石。
稍湿～湿（或稍湿～湿～饱和），稍密～密实。
岩芯呈散状或短柱状。
上部0.00～0.20m为混凝土地坪。
层厚9.90～18.00m，层顶埋深0.00～0.00m，层顶标高97.872～99.450m，层底标高80.045～89.548m。
2、②层粉质粘土（Q4al+pl）：
黄褐色（或棕红色），见于ZK-3、4、6、7、8、10、12、13、14勘探孔。
以粘性土为主，土质不均匀，含有少量细砂（或砾砂、粗砂）、夹有卵石及圆砾，局部夹有圆砾层。
层理不明显，无摇振反应，稍有光泽反应，干强度中等，韧性中等。
湿～饱和（或饱和），稍密～中密（或中密～密实，或密实）。
岩芯呈散状或短柱状。
该层出露无规律，个别孔多次交互出现，层序不一。
层厚0.80～11.10m，层顶埋深9.90～25.20m，层顶标高73.625～89.548m，层底标高71.025～85.748m。
③--1砾砂（Q4al+pl）：
黄褐色,见于ZK-3、9勘探孔。
以中粗砂为主，含有大量砾石及粘性土。
砾石颗粒呈亚圆形，颗粒不均匀，级配良好，细粒含量约占全重的60%左右。
砾石成份以石英岩、花岗岩为主。
砂质成份以石英、长石为主。
饱和，稍密～中密。
层厚1.00～3.00m，层顶埋深15.30～24.00m，层顶标高74.625～84.150m，层底标高73.625～81.150m。
③-2层细砂（Q4al+pl）：
黄褐色，见于ZK-1、2、6、9、10勘探孔。
以细砂为主，含有少量（或大量）粘性土，偶见卵石及砾石。
湿～饱和（或饱和），稍密～中密。
个别孔夹有粉质粘土薄层。
岩芯呈散状。
层厚0.90～3.90m，层顶埋深13.70～23.20m，层顶标高76.248～85.7485m，层底标高73.625～82.488m。
4、④层圆砾（Q4al+pl）：
青灰色,冲～洪积成因，颗粒磨圆度一般，以圆形和亚圆形为主，颗粒不均匀，级配良好，圆砾颗粒约占全重的55～70%左右，一般粒径在10～50㎜之间，最大粒径80㎜。
稍密～密实，饱和（或湿～饱和）。
个别孔夹有红色粘性土，夹有砾砂薄层。
砂质充填，含有粘性土（或粘性土充填，含有少量细砂）。
岩心呈散状。
圆砾成份以石英岩、花岗岩为主。
砂质成份以石英、长石为主。
层厚1.00～5.50m，层顶埋深10.20～27.60m，层顶标高71.025～88.515m，层底标高70.025～84.015m。
ZK-5、8、9、11、12勘探孔未见该层。
5、⑤层泥岩（K1）：
棕红色泥岩（或以棕红色泥岩为主，局部夹有青灰色砂粒岩），泥（砂）钙质胶结，水平层理结构，时代属白垩系。
矿物成份以石英、长石为主。
呈强风化状态，遇水软化，弱透水性，密实，岩心呈散状。
未穿透，揭露厚度4.00～8.70m，层顶埋深15.00～28.70m，层顶标高70.025～84.280m，揭露层底标高65.248～-75.980m。
（二）、地基土的物理力学性质指标评价
1、①层素填土（Q4ml）：
天然含水量为6.6%～23.5%之间，稍湿～湿，天然密度为1.41～1.96g/cm3之间，天然孔隙比变化在0.548～1.183之间。
压缩系数在0.12～0.87MPa-1之间，属中～高压缩性土，压缩模量Es=2.5～16.0MPa。
根据标准贯入试验，实测N′=5～14，修正N=4.7～10.40，呈稍密～密实。
2、②层粉质粘土（Q4al+pl）：
土质不均匀，含有少量细砂（或砾砂、粗砂）、夹有卵石及圆砾，局部夹有圆砾层。
湿～饱和（或饱和）。
根据标准贯入试验，实测N′=8～17，修正N=5.6～12.00，呈稍密～中密状态。
3、③--1砾砂（Q4al+pl）：
以中粗砂为主，含有大量砾石及粘性土。
砾石颗粒呈亚圆形，颗粒不均匀，级配良好，细粒含量约占全重的60%左右，饱和。
根据标准贯入试验，实测N′=15，修正N=10.6，呈稍密～中密状态。
③-2层细砂（Q4al+pl）：
以细砂为主，含有少量（或大量）粘性土，偶见卵石及砾石，湿～饱和（或饱和），个别孔夹有粉质粘土薄层。
根据标准贯入试验，实测N′=11～22，修正N=7.8～15.3，呈稍密～中密状态。
4、④层圆砾（Q4al+pl）：
颗粒磨圆度一般，以圆形和亚圆形为主，颗粒不均匀，级配良好，圆砾颗粒约占全重的55～70%左右，一般粒径在10～50㎜之间，最大粒径80㎜。
个别孔夹有红色粘性土，夹有砾砂薄层。
砂质充填，含有粘性土（或粘性土充填，含有少量细砂）。
饱和（或湿～饱和）。
根据重型动力触探测试结果，实测N′63.5=8～63，修正N63.5=6.2～25.7，呈稍密～密实状态。
5、⑤层泥岩（K1）：
呈强风化状态，遇水软化，弱透水性，湿。
实测N′63.5=35～78，修正N63.5=14.4～28.1，密实。
（三）、场地土的湿陷性评价
根据《补充勘察报告》揭示，该场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅳ级（很严重）。
最大湿陷深度大于14.00m。
（四）、地基土样腐蚀性分析评价
根据《补充勘察报告》揭示，土对混凝土结构有中等腐蚀，土对钢筋混凝土结构中钢筋具有中等腐蚀，土对钢结构有微腐蚀。
（五）、场地地下水
根据《补充勘察报告》揭示，勘察深度范围内，含水层有①层素填土、②层粉质粘土、③层砾砂（细砂）、④层圆砾，属弱～强透水性孔隙潜水，渗透系数K=0.1～45m/d，渗透性较差，地下水的流向不一。
稳定水位孔口下14.10～15.60m（相对高程83.702～83.850m）之间。
补给来源主要为大气降水、阶地上游潜水、排水及渗漏的生产、生活用水等。
（六）、场地地震效应及不良地质现象评价
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010），该场地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，第三组。
根据场地岩土工程地质条件，结合《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）判定，该场地土中素填土、粉质粘土为中软场地土，砾砂（细砂）、圆砾、泥岩为中硬场地土，该场地类别为Ⅱ类。
根据《补充勘察报告》揭示，该场地主要由①层素填土、②层粉质粘土、③-1层砾砂、③-2层细砂、④层圆砾、⑤层泥岩构成。
地层出露无规律，粉质粘土、砾砂、细砂、圆砾交互出现，层序不一。
③-2层细砂为液化土层，存在影响场地稳定性的不良地质现象（砂土液化），属建筑抗震不利地段，应采取抗液化措施，不宜将未经处理的液化土层作为天然地基持力层。
四、事故原因
根据该建筑物地基基础下沉现状，经综合分析，该建筑物地基基础下沉的主要原因如下：
1、根据《补充勘察报告》与C监舍《原始施工隐蔽记录》进行持力层比对，该建筑物原井桩桩端大都未到可靠持力层；
2、该场地地层出露无规律，粉质粘土、砾砂、细砂、圆砾交互出现，层序不一，土层岩性分布不均匀，且原井桩桩端持力层不一，由于桩端压缩变形不一而使桩基沉降差较大，致使上部结构产生变形；
3、由于地基土大量浸水湿陷，致使地基土对桩体出现负摩擦力，产生下拉荷载，导致桩基不均匀沉降，造成上部结构产生变形。
五、维修加固设计依据
1、《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）；
2、《湿陷性黄土地区建筑规程》（GB50025--2004）；
3、《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）；
4、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；
5、《既有建筑地基基础加固技术规范》（JGJ123-2000）；
6、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）；
7、《混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2006）；
8、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）；
9、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；
10、《甘肃省女子监狱犯人接见室原始施工图纸》；
11、《甘肃省女子监狱C监舍、接见室岩土工程补充勘察报告》；
12、“甘肃省女子监狱C监舍、接见室维修加固方案专家论证会意见”。
六、维修加固方案
根据《补充勘察报告》与接见室《原始施工隐蔽记录》进行持力层比对，该建筑物原井桩桩端大都未到可靠持力层，地基基础加固应对所有井桩进行加固处理；对底层局部未设置地圈梁处应增设圈梁。
但该场地地层较复杂，地下水埋深较浅，地下水位以下饱和土存在流砂、淤泥、大量涌水等异常情况，井桩开挖施工难度非常大，地基基础加固成本费用相对较高；另外该建筑物为二层钢筋混凝土框架结构，总建筑面积较少（约为1000㎡），底层增设地圈梁，总体加固费用较高，不经济，建议拆除重建，但在拆除重建之前，应对下沉严重的井桩及墙体裂缝进行抢险加固处理，以维持其短期使用期限。
具体加固方案如下：
（一）、地基基础维修加固方案
由于该场地地层较复杂，地下水埋深较浅，地下水位以下饱和土存在流砂、淤泥、大量涌水等异常情况，井桩开挖及支护施工难度非常大，降水费用较高，采用井桩托换加固成本费用较高。
甘肃省女子监狱拟对该接见室拆除重建，其维持使用时间较短，桩基托换暂采用坑式静压桩托换加固方法。
1、地基基础加固范围
本次加固暂拟对下沉严重的井桩进行加固处理，共布置托换静压桩10根（详见《托换静压桩加固平面布置图》）。
对未加固处理的井桩应进行定期进行沉降观测，发现问题及时处理。
2、地基基础维修加固方案
本次接见室局部地基基础加固拟采用坑式静压桩托换加固方案。
静压桩托换加固原理就是利用建筑物的自重做反力，用压桩设备将桩体（混凝土方桩或钢管桩）分段逐节压入地基土，桩与桩之间采用焊接，使桩端坐落到或进入可靠持力层，使建筑物荷载直接传到持力层，迅速终止沉降，达到加固目的，压桩深度根据压桩力和标高双控制。
静压桩完成完成后，截断被托换井桩的主筋，原有井桩工作失效。
静压桩托换加固设计参数如下：
（1）、静压桩采用200×200mm钢筋混凝土方桩，桩体分段长度1.2～1.5m（桩尖长1.5m），主筋4C14，箍筋φ8@150～200，桩体混凝土强度为C30，混凝土保护层厚度50mm。
（2）、桩体采用静力分段压入，接桩采用焊接。
（3）、桩体托换钢管采用φ159无缝钢管，壁厚≥6mm。
（4）、桩端持力层以③层砾砂，或④层圆砾为持力层。
压桩深度采用标高及压桩力双控制，压桩深度平均约基底以下20.0m。
（5）、压桩力为450～500KN，托换力为500KN。
终止压力应满足P≥1.5Ra要求。
桩位平面偏差不得大于±20mm；桩节垂直度偏差应小于1%的桩节长。
（6）、压桩完成后，导坑回填采用3：
7灰土夯实至基底-700mm，托换钢管两侧焊接4C14钢筋，浇筑微膨胀混凝土，混凝土强度C30。
（7）、以上具体参数详见设计图纸。
3、拆除散水恢复方案
（1）、室外散水恢复参照甘02J01《建筑用料及做法》选用混凝土散水。
（2）、素土夯实，300㎜厚3:
7灰土（压实系数≥0.95），宽出面层300mm。
（3）、150㎜厚素混凝土撒1:
1水泥砂子，压实赶光，混凝土强度等级为C20，以《普通硅酸盐水泥配合比设计规程》JGJ55为依据。
（4）、向外坡4%。
散水宽度为1500mm，混凝土分块浇筑，每块长度不超过6米，分格缝宽为20mm，散水与外墙间设道长缝，缝宽10mm，用沥青砂浆嵌缝。
（二）、框架填充墙墙体裂缝补强加固方案
1、压力灌浆补强裂缝
对该建筑物墙体裂缝宽度为0.5～3mm的墙体裂缝，采用压力灌浆补强加固，通过借助压缩空气，将108胶水泥聚合浆液（水泥：
2%聚乙烯醇溶液=1:
0.7）注入砌体裂灌缝，欠饱满灰缝、孔洞以及疏松不实砌体，达到恢复结构整体性，提高砌体强度和耐久性，改善结构防水抗渗性的目的。
压力灌浆工艺程序如下：
（1）、表面处理：
铲除裂缝两侧（100～200mm）及灌浆部位的抹灰层，吹净灰尘。
（2）、标定灌浆嘴位置：
灌浆嘴应该设置在裂缝起讫点、交叉点及裂缝较大部位，其间距应满足以下规定：
满铺砂浆砌筑时，竖向间距200～300mm，水平间距500～600mm；
非满铺砂浆砌筑时，竖向间距400～500mm，水平间距800～1000mm；
（3）、钻孔：
按标定的灌浆嘴位置钻孔，孔径D0=D+1mm，D为灌浆嘴外径，孔深30～40mm。
钻孔后，先以压缩空气吹干净孔中灰尘，再用压力水冲洗干净。
（4）、安装灌浆嘴：
以聚醋酸乙烯乳胶水泥涂抹于灌浆嘴表面及灌浆孔壁，插入灌浆嘴，抹平順溢出胶泥，静置固化一天以上。
（5）、封缝：
沿已安装好灌浆嘴的裂缝，用水喷淋1～2次后，以灌浆液涂刷一遍，再摸1:
2水泥砂浆封闭，宽200mm。
（6）、灌浆：
灌浆分两次进行，压力控制在0.2～0.25Mpa。
2、高标号水泥砂浆封闭修补
对该建筑物墙体裂缝宽度大于3mm的墙体裂缝，采用高标号水泥砂浆封闭修补处理，达到恢复结构整体性，提高砌体强度和耐久性的目的。
先将裂缝清理干净，用勾缝刀将M15水泥砂浆填入缝内，在M15水泥砂浆中可掺入5%的107胶，以增加其黏结性。
3、墙体裂缝修补范围
墙体裂缝修补范围详见裂缝统计表。
墙体裂缝统计表
序号
层号
墙体裂缝位置
裂缝数目（道）
裂缝长度
MAX（mm）
裂缝宽度
MAX（mm）
裂缝形态
备注
1
一层
4-5/D
3
800
2.0
斜裂缝
2
5-7/D
1
500
2.0
斜裂缝
3
C-D/7
1
800
2.0
斜裂缝
4
7-9/D
1
1200
2.0
斜裂缝
5
C-D/9
1
2000
3.0
斜裂缝
6
9-11/D
2
1500
2.0
斜裂缝
7
C-D/11
1
1000
2.0
斜裂缝
19
二层
4-5/D
3
800
2.0
斜裂缝
20
5-7/D
1
500
2.0
斜裂缝
21
C-D/7
1
800
2.0
斜裂缝
22
7-9/D
1
1200
2.0
斜裂缝
23
C-D/9
1
2000
3.0
斜裂缝
24
9-11/D
2
1500
2.0
斜裂缝
25
C-D/11
1
1000
2.0
斜裂缝
26
3-4/C
1
1800
2.0
斜裂缝
27
4-5/C
1
2400
3.0
斜裂缝
28
5-6/C
1
800
2.0
斜裂缝
29
8-9/C
1
2200
2.0
斜裂缝
30
9-10/C
2
2800
2.0
斜裂缝
31
10-11/C
3
3000
2.0
斜裂缝
32
A-B/3
1
6300
1.0
水平裂缝
33
4-5/B
1
2200
2.0
斜裂缝
34
8-9/B
2
2200
2.0
斜裂缝
复核：
张新太统计：
李晓东
七、附件：
1、“专家论证会参加人员签到表”
2、“专家论证会意见表”
3、井桩施工原始记录对照图
4、托换静压桩加固平面布置图
5、静压桩托换及暗梁加固详图
审定：
审核：
甘肃土木工程科学研究院
二○一三年九月二十日
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