既有建筑地基基础的加固研究

建筑物的健康诊断和加固改造技术,是自人类有建筑史以来就出现的古老、传统、专业性强的技术。随着建筑业和现代科学技术的迅猛发展,人们对建筑物健康诊断和加固改造的认识逐渐加深。建筑物结构加固包括两个方面:一是对已受损结构的加固,使其恢复原有结构的抗力或超过原有结构的抗力;另一个是对完好结构的加固,使其提高结构抗力。以下主要探讨了既有建筑地基基础的加固策略。

既有建筑地基基础的加固研究

1、既有建筑地基基础的加固策略

一般的,建筑物基础加固时应按以下程序进行:第一步,查明建筑物破坏的原因。第二步,经选择、优化后确定建筑物基础加固方案。第三步,确定建筑物基础加固施工的技术措施与应变方案。第四步,进行地基加固或基础托换。第五步,进行基础与承台加固及二者的连接。第六步,纠偏,结构加固补强。从第四至六步也可根据实际方案进行调整,可减少或合并某些步骤。具体的加固方法可以总结为如下几点。

1.1锚杆静压桩托换法

锚杆静压桩是锚杆和静力压桩两项技术巧妙结合而形成的一种桩基施工新工艺。加固机理类似于打入桩,受力直接。锚杆静压桩托换不需要在基础下挖坑,只在基础上打孔设上锚杆,作为千斤顶的反力架,另在基础上打桩孔,通过桩孔向地基中压桩。

施工工艺如下:(1)先在原基础顶面标出压桩孔与锚杆孔位置,人工或电钻成孔。压桩孔应下大上小,以利基础承受桩的冲切;(2)向锚杆孔中插入锚杆,与基础锚固,安装锚杆静压反力架;(3)向压桩孔中插入第一节桩,放上千斤顶,用千斤顶将桩压入土中。再压第二节桩,如此连续作业;(4)当达到设计要求的深度与压桩力(设计荷载的1.5倍),拆去千斤顶与反力架;必要时可在原基础上增设基础梁;(5)当需要防止桩在卸载后回弹,可参照坑式静压桩加预应力的方式,令桩在不卸载条件下封桩并与基础连成一体。

1.2树根桩法

树根桩是一种小直径钻孔灌注桩。通常采用钢管导向冲击成孔,亦可直接采用回转成孔,成孔直径100~250mm,根据成孔直径的大小,可放入一根钢筋或多根钢筋,也可采用钢管,成孔后,将配制好的砼灌入孔内,最后成桩。由于树根桩可以任意角度倾斜,形态似树根故而得名。它的突出优点是能够最大限度地保持结构物与地基之间原有的平衡状态,保证在加固地基的同时,又不破坏地基土对结构物的支撑作用。树根桩的三维结构增加了地基的刚度,可使基础的沉降大大降低。树根桩施工时所需场地小,操作灵活,无振动,不需要笨重的设备,不影响建筑物的正常使用。因而在地基加固领域内具有广阔的发展前途。

树根桩的设计策略如下:(1)桩径宜为150~300mm,桩长不宜超过30m,桩的布置可采用直桩型或网状斜桩型;(2)树根桩的单桩竖向承载力可通过单桩载荷试验确定,也可按《建筑地基基础设计规范》有关规定估算,尚应考虑既有建筑的地基变形条件的限制和桩身材料的要求;对软弱地基,主要承受竖向荷载时钢筋长度不应小于1/2桩长,主要承受水平荷载时应全长配筋;(3)树根桩设计时,尚应对既有建筑的基础进行有关承载力的验算。当不满足上述要求时,应先对原基础进行加固或增设新的承台。

1.3复合注浆法

复合注浆是将静压注浆和高压旋喷注浆结合,发挥两种注浆技术优势的一种新型注浆技术。实际工程中是先采用高压旋喷注浆成桩柱体,再采用静压注浆增强旋喷效果,扩散加固浆液,防止固结收缩,消除注浆盲区。将复合注浆方法应用于地基和桩基础加固中,能充分发挥静压注浆和高压旋喷注浆这两种注浆加固方法各自的优点,克服各自的缺点,从而达到最大的适用地层范围和最佳的加固效果,保证加固的成功率和安全性。

建筑物沉降或沉降差超过有关规定,建筑物出现裂缝、倾斜,影响正常使用,甚至危及建筑物安全,需采用复合注浆加固地基;既有建筑物需要加层改造或建筑物用途改变、增加荷载,原地基承载力和变形不能满足要求,需采用复合注浆提高地基的承载力;在既有建筑物地基或相邻地基中修建地下工程,或邻近深基坑开挖等,采用复合注浆加固地基,防止建筑物受周边影响。

复合注浆的施工工艺:

(1)注浆钻孔施工。对桩基的桩身缺陷或桩底持力层缺陷进行加固时,先采用地质钻机在桩中进行钻孔抽芯或在桩侧进行钻孔,对桩身缺陷加固时需在桩中钻孔抽芯至缺陷位置以下1m左右,对桩底持力层缺陷加固时需根据设计桩底持力层要求从桩中或桩侧钻孔抽芯至完整持力层以下3m左右。钻孔孔径一般开孔为110mm或101mm,终孔直径为101mm或91mm,钻孔垂直度保证小于1%。

(2)建立孔口注浆装置。注浆钻孔施工完成以后,在注浆孔口建立注浆装置。孔口注浆装置采用预埋设的方式固定在桩顶注浆孔口,采用水泥浆将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。

(3)采用高压旋喷方式喷射清水进行冲洗扩孔。

(4)采用高压旋喷注浆方式进行注浆。按要求进行清水喷射洗孔和扩孔后,再采用高压旋喷注浆方式进行旋喷注浆。将注浆管分段下入孔底后,从下而上进行旋喷注浆,旋喷注浆一般采用单管旋喷注浆方式。

(5)采用静压注浆方式进行注浆。高压旋喷注浆结束后,利用孔口注浆装置封住孔口进行静压注浆。静压注浆开始时采用较稀的浆液和较低的注浆压力,随后逐渐增加浆液浓度及加大注浆压力,直至设计注浆量和注浆压力为止。一般静压注浆在浆液终凝前需进行2~3次灌注。静压注浆可以采用单液也可采用双液注浆。

(6)封孔。静压注浆结束后,若注浆孔口冒浆,需对孔口进行封闭处理,防止浆液流出;若注浆结束后孔内浆液有流失,需补灌浆液到注浆孔内浆液饱满为止。

2、结语

需要进行加固改造的既有建筑范围很广、数量很多、工程量很大、投资额很高,因而,既有建筑物加固改造在我国建筑业及经济建设中具有重要作用,其维修、加固和改造是完善和提高建筑物使用功能的重要基础工作,建筑地基基础加固可以最大限度延长建筑物的有效使用寿命,是维持既有建筑物正常使用、符合可持续发展战略,具有社会经济意义。

为了进一步提高既有建筑纠偏和地基基础加固的技术水平,更好地应用于工程实践,研制和开发适用于既有建筑纠偏和地基基础加固的小型检测设备和施工机具,在既有建筑地基加固技术应用上加大力度,通过工程实践不断总结经验;从经济效益、社会效益等方面完善加固工程的综合性评估。

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