Tratamiento de fisuras y cimientos de edificios sobre cimientos kársticos
Después de la construcción de un edificio, debido a la presencia de agua subterránea en los cimientos, el nivel del agua subterránea (o superficial) a menudo fluctúa con frecuencia formando agujeros en el suelo. o incluso colapsar, provocando el colapso de los cimientos. Cuando la deformación de los cimientos excede un cierto límite, provocará grietas en las paredes del edificio y pondrá en peligro la seguridad del edificio. Todo el proceso de erosión y colapso del agua subterránea puede ser largo o corto, desde años o incluso décadas hasta unas pocas horas. Esto depende principalmente de la fluctuación, la frecuencia, la capacidad de carga del nivel del agua subterránea, la composición mineral del suelo y la naturaleza. espesor de la capa de suelo, la escala y conectividad del karst subterráneo, etc.
3.6.1.1 Posible erosión causada por la filtración de agua superficial
El agua superficial se filtra en el suelo de cimentación. Cuando el gradiente hidráulico de filtración de agua subterránea en la capa de suelo es mayor que el gradiente hidráulico crítico, las partículas finas del suelo se mueven en los poros y son extraídas, y la capa de suelo se corroe y destruye, formando agujeros o colapsos. Por ejemplo, las grietas en las paredes del cuarto piso y la biblioteca original de la Universidad Tecnológica de Guilin (anteriormente Instituto de Tecnología de Guilin) fueron causadas por la deformación del suelo provocada por fugas de piscinas superficiales.
3.6.1.2 Corrosión química causada por la penetración de aguas residuales ácido-álcalis
Las aguas residuales industriales ácidas y alcalinas tienen una fuerte capacidad de disolución, lo que no solo destruirá rápidamente las instalaciones de drenaje en el sitio, sino que también También causan grandes fugas concentradas de aguas residuales. Las aguas residuales infiltradas disuelven y lixivian los componentes solubles en el suelo, debilitando la estructura del suelo. Especialmente para la base de arcilla roja cementada con hierro y calcio, la resistencia del suelo se reduce, lo que intensifica la infiltración del flujo de filtración, forma agujeros en el suelo y provoca. la inestabilidad del suelo de cobertura, colapso. En primer lugar, aguas residuales que contienen diversos ácidos (como H2SO4, HCl, etc.). ) se descarga al suelo, la arcilla roja de la base se disuelve y se cementa, y la resistencia disminuye; en segundo lugar, algunos compuestos en las aguas residuales (como H2S, NH3, etc.) forman ácido después de la oxidación, lo que aumenta la acidez en las aguas residuales. agravando así la disolución; además, las aguas residuales superficiales (incluidas las aguas residuales) se descargan al suelo, también promoverá la disolución del cemento de hierro y calcio a través de la interacción de coiones o la sal.
Por ejemplo, en 1983, la segunda fábrica de papel de la ciudad de Guilin colapsó. Las aguas residuales ácidas descargadas por la planta tenían un valor de pH inferior a 2,0 y un contenido de Cl- de 61262 mg/L. Las aguas residuales se filtraron al suelo a través de la zanja de aguas residuales, se descargaron al suelo y se extrajeron aguas subterráneas de pozos cercanos para su análisis y prueba, y los resultados mostraron que el valor del pH del agua subterránea era inferior a 6,0 (el valor del pH del agua subterránea en este lugar). El área generalmente está entre 6,5 y 8,5). Según los datos de exploración del taller de tratamiento de la planta, en 26 de los 49 sondeos se encontraron agujeros en el suelo, algunos de los cuales estaban llenos de sustancias ácidas y alcalinas. El colapso se debe a la infiltración de aguas residuales ácidas, que reducen el valor del pH del agua subterránea, fortalece la disolución de sales solubles en el suelo y la escala de las cuevas del suelo continúa expandiéndose.
3.6.2 Investigación de las causas de las grietas en edificios en zonas kársticas y ejemplos de tratamiento de cimientos
Descripción general del proyecto
Construcción de la antigua biblioteca de la Universidad de Guilin de Tecnología (anteriormente Instituto de Tecnología de Guilin) en 1982. El edificio principal es una estructura de tres pisos. Los forjados y pasillos están fabricados con paneles alveolares prefabricados. Se han encontrado grietas en muchos lugares antes, especialmente alrededor de los baños, pasillos y frontones en el lado este del edificio sur. En la mayoría de las fisuras no se encontraron nuevos signos de desarrollo y no se realizó ningún tratamiento de ingeniería geotécnica.
En marzo de 2000, se descubrió que se estaban desarrollando grietas, como por ejemplo pasillos parciales y grietas parciales en las paredes del segundo y tercer piso de la biblioteca.
El 21 de junio de 2006, los escalones de la puerta sur del edificio sur de la biblioteca se derrumbaron repentinamente. El Instituto de Estudios y Diseño de la Universidad Tecnológica de Guilin reforzó el derrumbe, completó el relleno del derrumbe en 5438 0 el 4 de julio de 2006 y presentó un informe de finalización del tratamiento el 21 de julio. La observación del año pasado ha demostrado que el efecto del tratamiento es bueno.
El 23 de julio de 2001, aparecieron grietas en algunas paredes del primer y segundo piso del edificio sur de la biblioteca, y aparecieron grietas de tensión en las paredes tercera y norte de la biblioteca. No está documentado con precisión si estas grietas aparecieron antes o después del colapso.
El 3 de septiembre de 2001, el antiguo Departamento de Ingeniería Civil de nuestra escuela comenzó a realizar observaciones de deformación de la biblioteca. El 3 de abril de 2002, se realizaron ocho ***233 períodos de observación, y en abril. 2002, en marzo se presentó un resumen técnico intermedio de la observación de la deformación del asentamiento de la biblioteca. La observación concluyó que la esquina noreste de la biblioteca aumentó significativamente en aproximadamente 1,5.
El 30 de abril de 2002, una investigación in situ encontró que se habían desarrollado grietas en la pared del primer piso en el lado suroeste de la biblioteca y en el punto de contacto entre la losa del piso y la pared norte. , y aparecieron nuevas grietas en las escaleras del segundo piso al sur de la entrada principal de la biblioteca.
El 8 de junio de 2002, el Instituto de Estudios y Diseño de la Universidad Tecnológica de Guilin inició perforaciones geológicas, principalmente para investigar si hay agujeros en el suelo, colapso kárstico o estratos débiles debajo de los cimientos de la torre sur, analizar las causas de las grietas, y proponer que la cimentación sea una solución de refuerzo.
3.6.2.2 Condiciones geológicas de ingeniería geotécnica del sitio
3.6.2.2.1 Litología del estrato
Según la perforación en sitio, los principales estratos distribuidos dentro del estudio Su ámbito de aplicación son: : Suelo de relleno llano, arcilla limosa, limo, arena fina y guijarros, que se describen a continuación:
Suelo de relleno llano (: de color marrón grisáceo, compuesto principalmente por suelo arcilloso, con una capa superficial parcial de Suelo de hormigón Distribuido por toda la biblioteca Espesor 0,8~2,5 m, ligeramente húmedo a húmedo, ligeramente denso (Q al): amarillo-marrón, marrón-amarillo, con hierro local. manchas de manganeso y nódulos de manganeso, partículas de arena de cuarzo y mica son parcialmente visibles. Esta capa se distribuye por todo el sitio, y su espesor varía mucho, generalmente entre 0,80 metros y 3,20 metros. Está principalmente saturado en húmedo, y el estado plástico ②. -2 es plástico localmente duro Estado ②-1.
Suelo sedoso (Q al): Marrón-amarillo, con partículas de arena de cuarzo y mica visibles en algunas zonas, aparece arcilla arenosa o limosa. en forma de bloques o franjas. El espesor de esta capa varía mucho, desde 0 a 0 a 1,90m, con distribución discontinua, saturación y densidad media.
Arena fina (Q al): marrón claro. , que contiene restos de mica, localmente con más componentes arcillosos. Esta capa se distribuye por todo el yacimiento, pero su espesor varía mucho, oscilando entre 0,20 m y 2,30 m, y se encuentra saturada y suelta. una forma saturada y suelta que no se ha revelado completamente en este estudio. El componente principal es arenisca estacional, con un tamaño de partícula de unos 30 mm y un máximo de 100 mm. El contenido es de unos 70, con aumentos y disminuciones locales. El esqueleto de guijarros está lleno de arena fina y arena media distribuida por todo el sitio, se encuentra en un estado saturado según los resultados de las pruebas de penetración dinámica de alta resistencia y la perforación de campo, esta capa se puede dividir en ⑤-1 de densidad media. ⑤-2 estado ligeramente denso, ⑤-3 estado suelto, ⑤-4 estado ligeramente denso y ⑤-5 estado de densidad media Entre ellos, en el rango de profundidad de 6,4 ~ 9,10 m en el pozo No. 3. el valor n63.5 es extremadamente bajo (N 63.5
Agua subterránea
Perforación Durante el proceso, algunos pozos encontraron agua subterránea. Los tipos de agua subterránea son agua estancada superior y agua freática. El primero existe principalmente en suelo de relleno, y el segundo existe principalmente en capas de limo, arena y guijarros. El primer nivel de agua está enterrado a una profundidad de 2,0 a 6,0 m, el nivel de agua estable mixta es de 1,8 a 6,0 m de profundidad, principalmente suministrado. por infiltración de precipitación atmosférica, y el nivel del agua está estrechamente conectado hidráulicamente con el río Xiaodong y el río Li. Según resultados de investigaciones anteriores, el rango de fluctuación del nivel del agua subterránea es de 3 a 5 m
.Durante el proceso de perforación no se encontraron fenómenos geológicos indeseables como cuevas del suelo y colapso kárstico.
Los parámetros geotécnicos de la cimentación
Según la perforación in situ, Análisis exhaustivo de los resultados de las pruebas in situ y de las pruebas geotécnicas en interiores, de acuerdo con las disposiciones del "Código para el diseño de cimientos de edificios" (GB 50007-2002), y con referencia a otros códigos locales y combinados con la experiencia en construcción. en la región se determinaron las capas de suelo removidas del sitio. Los valores característicos de capacidad portante de cimentación y módulo de compresión de capas distintas a 1 se muestran en la Tabla 3.2.
Tabla 3.2 Valores sugeridos de parámetros geotécnicos Tabla 3.2 Valores sugeridos de parámetros geotécnicos
3.6.2.3 Análisis de causas de fisuración en muros
Fisuración en muros
A lo largo de los años, han aparecido grietas en muchas partes de la biblioteca. Las ubicaciones específicas son las siguientes:
Aparecieron grietas con un ancho de aproximadamente 0,1 ~ 2 mm en las esquinas de los tabiques parciales y los alféizares de las ventanas en el primer piso del edificio sur. Aparecieron grietas de 5 ~ 10 mm en vigas individuales;
Se encontraron grietas en algunas paredes divisorias en el segundo piso del edificio sur. Aparecieron nuevas grietas en la escalera del segundo piso al sur de la puerta.
Hay grietas en algunas vigas de caoba y corredores en el corredor del segundo piso;
Hay grietas en las vigas del tercer piso (uniones de paneles prefabricados) en el edificio sur, y hay grietas de tracción en la pared norte;
El lado este del techo También se encontraron grietas en el edificio secundario al norte.
Descripción general del diseño de los cimientos en el sitio
La biblioteca es una estructura de tres pisos, que utiliza una base de tiras de escombros de mortero debajo de las columnas y una base de columna independiente de hormigón armado (cimientos de piedra en bruto entre columnas). El ancho de la base de la tira es de 1,0 ~ 1,2 m. El aumento de la columna del eje A del edificio sur es de 1,4 m × 2,15 m. El tamaño de la base de la columna del eje B es de 2,8 m × 1,8 m ~ 3,2 m × 2,00 m. La profundidad de enterramiento de los cimientos es de -2,40 metros. La capa de soporte de los cimientos es principalmente arcilla limosa y parcialmente limo (originalmente denominada limo y limo ligero respectivamente, lo mismo a continuación), y la capacidad de soporte de los cimientos es de 196 kPa (es decir, 20 t·m/). 2).
Además, se puede ver en los cimientos de escombros de mortero expuestos por el colapso de la puerta sur que la calidad de la construcción de los cimientos originales era pobre y que una parte considerable de los escombros de mortero de cemento básicamente no estaban cementados. .
Se puede ver en los datos anteriores que las dimensiones de los cimientos del eje A y del eje B del edificio sur son bastante diferentes debido a los diferentes tipos de cimientos.
3.6.2.3.3 Corrosión subterránea producida por aguas subterráneas o superficiales.
El estanque de peces del patio de la biblioteca tiene goteras. Después de la investigación, se descubrió que había muchas fugas en el estanque de peces antes de la reparación y que era necesario reponer agua constantemente para evitar que el estanque de peces se secara. La puerta sur se derrumbó en julio de 2001 y, después de rellenar los cimientos, se redujo la cantidad de fugas de agua del estanque de peces. Esto no sólo muestra que el estanque de peces tiene fugas, sino también que la base de lascas tiene grandes poros, lo que está relacionado con el colapso kárstico. Esta filtración de agua superficial tiene el efecto de empapar, ablandar y socavar el suelo de base.
Además, según los análisis, durante la construcción de la cimentación de pilotes punzonados del nuevo edificio docente contiguo a la biblioteca, se extrajo una gran cantidad de escoria y se reinyectó una gran cantidad de hormigón, lo que destruyó Las condiciones de equilibrio del agua subterránea original en el área del colapso y disminuyeron el nivel del agua subterránea. Las fluctuaciones aumentan y la velocidad del flujo se acelera, lo que intensifica el ablandamiento y el subflujo del agua subterránea en el suelo de cimentación.
Razón de la carga
Hay una estantería de almacenamiento cerca de la mitad sur en el tercer piso del edificio sur de la biblioteca, que contiene más de 50.000 libros, lo que aumenta la carga. en el edificio sur y columnas de pared. Debido a los diferentes tipos y tamaños de cimientos de columnas en los lados norte y sur del edificio sur, el tamaño del fondo de los cimientos sur es más pequeño y la presión adicional y la deformación por asentamiento de los cimientos aumentan.
Análisis de las condiciones básicas
La capa de soporte del sitio en el lado sur de la biblioteca es arcilla limosa, limo, arena fina y guijarros. El suelo de cimentación es irregular. Las principales manifestaciones son:
Considerando que la profundidad de entierro de la cimentación es de 2,40 m, la mayor parte de la capa portante directa de la cimentación es arcilla limosa (en estado plástico duro), pero algunas (como la La columna de hoyos No. 22 y la columna de hoyos No. 13) se encuentran en estado plástico blando, y la columna de hoyos No. 7 está ubicada sobre suelo limoso (estado medio denso). El espesor de la capa arcillosa limosa varía mucho, oscilando entre 0,8-2,10 m;
La capa subyacente es de limo (estado medio denso) y capa de arena fina (estado suelto), con distribución discontinua y grandes cambios de espesor. Grande (espesor 0 ~ 1,9 m y 0,2 ~ 2,30 m respectivamente), la capa de limo tiene una pendiente relativamente grande en algunas áreas.
Dentro de la profundidad de influencia de la tensión, el espesor de la capa de arena fina suelta comprimible también cambia mucho. Por ejemplo, la posición de la columna del orificio No. 22 es de 1,5 my la posición de la columna del orificio No. 18. es de 0,50 m, lo que inevitablemente mostrará diferencias de deformación en el asentamiento de la cimentación.
Análisis de asentamiento y deformación de la cimentación
Se utilizaron tres secciones representativas principales para calcular el asentamiento y la deformación de la cimentación. De acuerdo con las condiciones de carga existentes de la biblioteca (cargas apiladas como libros y cargas vivas), se estima que la carga de una sola columna es de 983 kN y el peso de la columna es de 13,5 kN. Según las dimensiones originales del diseño de la cimentación, los parámetros relevantes se muestran en la Tabla 3.3. Las recomendaciones de parámetros relevantes utilizadas en el cálculo del asentamiento de cimientos se muestran en la Tabla 3.2, y los resultados del cálculo del asentamiento se muestran en la Tabla 3.4.
Tabla 3.3 Parámetros relacionados con la infraestructura Tabla 3.3 Parámetros relacionados con la base
Tabla 3.4 Resultados del cálculo del asentamiento Tabla 3.4 Resultados del cálculo del asentamiento
Para edificios industriales y civiles con marco estructuras, es necesario evaluar la diferencia de asentamiento entre cimientos de columnas y entre cimientos de columnas y cimientos de muros para calcular la deformación. Los resultados del cálculo se muestran en la Tabla 3.5.
Se puede ver a partir de los cálculos anteriores que las diferencias locales de inclinación y asentamiento entre cimientos de columnas, o entre muros de relleno de columnas y cimientos de columnas, exceden los valores permitidos por las regulaciones nacionales.
Según el análisis anterior, la razón del agrietamiento de la pared sur de la biblioteca es el resultado de una variedad de factores, pero la razón más crítica es que el suelo de los cimientos es desigual, lo que resulta en una excesiva asentamiento diferencial, superando las disposiciones pertinentes de la normativa vigente, provocando daños estructurales.
Tratamiento de cimientos en 3.6.2.4
Para mejorar la resistencia y estabilidad del suelo de cimientos, se realiza una inyección a presión sobre los cimientos en el área de distribución del estrato débil.
Tabla 3.5 Resultados del cálculo de la deformación entre bases de columnas Tabla 3.5 Resultados del cálculo de la deformación entre bases de columnas
3.6.2.4.1 Principio y propósito de la inyección
Uso Lechada a presión Este método llena la lechada de cemento en los poros de las capas débiles y los cimientos escamosos en etapas para evitar el desarrollo de poros en la formación, la formación de agujeros en el suelo y la inducción del colapso. Al mismo tiempo, se mejoran las propiedades mecánicas de la capa de suelo blando y se mejora la estabilidad de la base.
Tecnología de la construcción
(1) Primero utilice un taladro de ingeniería para perforar un agujero de φ108 mm ~φ127 mm y entre en la capa de guijarros sueltos de 2 a 3 m o alcance el nivel del guijarro. capa ligeramente superior a la densidad y luego taladre la tubería de lechada.
(2) La bomba de inyección DY-70 o H BW 50/1,5 se utiliza para la inyección segmentada de abajo hacia arriba. En circunstancias normales, la profundidad de parada de la capa superior es de 1,6 m.
(3) Esta lechada utiliza cemento Portland ordinario con un grado de resistencia de 32,5 y la proporción de cal a agua es de 1:1. ~ 1,5 : 1. El principio de preparación de la suspensión es diluir primero y luego concentrar. Para secciones de perforación con un gran volumen de succión de lodo, se deben realizar ajustes según las condiciones reales del sitio.
(4) La presión de inyección es de 0,2~0,3 MPa en la etapa final y de 0,1~0,2 MPa en la etapa final. La presión de inyección se ajusta de acuerdo con la cantidad de succión de lechada.
(5) Las condiciones finales de inyección están controladas por la presión de inyección y el volumen de succión de inyección: cuando la presión alcanza 0,4 MPa y el volumen de succión de inyección en la sección inferior es pequeño, se realiza la inyección final, especialmente en la sección de guijarros sueltos, si el volumen de succión de lechada es grande, la presión es baja, verterlo nuevamente después de 6 horas. Cuando la presión límite superior se controla a 0,2 MPa, la inyección final se realiza con una pequeña cantidad de succión de lechada.
Inspección de calidad
Del 12 de agosto, 13 de agosto, 21 de agosto al 24 de agosto de 2002, se seleccionaron al azar 5 puntos para las secciones de construcción temprana interiores y exteriores. Verifique y verifique el efecto de la construcción. . Esta prueba utiliza observación del núcleo y pruebas de penetración estándar in situ combinadas con pruebas de penetración dinámica de cono de alta resistencia. Realizar pruebas de penetración estándar in situ en la capa de arcilla limosa y la capa de arena fina superpuestas; realizar pruebas de penetración dinámica de cono de alta resistencia en la capa de guijarros subyacente.
(1) A través de la perforación y la observación de núcleos, se encontró que una pequeña cantidad de lechada de cemento está aglomerada en la capa de arcilla limosa y la capa de arena fina, mientras que la capa de guijarros se llena con cemento macizo y rayado. y parte de la lechada de cemento se ha solidificado formando grumos, partes aún no solidificadas.
(2) Compare los resultados de la prueba con los resultados de los pozos de inspección adyacentes antes del tratamiento de los cimientos, consulte la Tabla 3.6 a la Tabla 3.10.
Tabla 3.6 Comparación de los resultados de las pruebas in situ entre el pozo de exploración No. 30 original y el pozo de exploración No. 1 Tabla 3.6 Tabla de comparación de los resultados de las pruebas in situ entre el pozo de exploración No. 30 y el No. 1 pozo de prueba
Tabla 3.7 Tabla 3.7 Tabla de comparación de resultados de pruebas in situ entre el pozo de exploración No. 26 original y el pozo de prueba No. 2
Tabla 3.8 Tabla de comparación entre el pozo de prueba No. 2 original 20 pozo de exploración y pozo de prueba No. 3 Tabla comparativa de resultados de pruebas in situ del pozo de exploración No. 20 y No. 3 Tabla 3.9 Tabla de comparación de resultados de pruebas in situ del pozo de exploración No. 21 y No. 4. pozo de exploración Tabla 3.9 21 Tabla de comparación de resultados de pruebas in situ entre el pozo de exploración No. 26 y el pozo de exploración No. 4
Tabla 3.10 Tabla de comparación de los resultados de pruebas in situ entre el pozo de exploración No. 26 y Pozo de exploración n.° 5 Tabla comparativa de los resultados de las pruebas
Los resultados de las pruebas muestran que el número de penetraciones de contacto dinámico de alta resistencia en la capa de guijarros después del tratamiento ha aumentado significativamente, mientras que el número de penetraciones de penetración estándar en la La capa de arcilla limosa no ha cambiado, lo que indica que la lechada de cemento está bien cementada en la capa de guijarros y el efecto de lechada es muy bueno. En capas de arena fina también aumenta el número de golpes de martillo. Se mejoran las propiedades mecánicas de la capa de suelo.
Por cuestiones de tiempo, el tiempo de inyección para algunas secciones fue de aproximadamente 2 semanas y la lechada de cemento inyectada aún no ha alcanzado el tiempo requerido para la consolidación.
Con el tiempo, la lechada se consolidará aún más.