17-既有建筑地基基础加固

117既有建筑地基基础加固17.1概述一、加固要求既有建筑地基基础加固是指解决对原有建筑物的地基基础安全问题的技术总称。当已建成的建筑物（包括构筑物）出现下述情况时，需要对建筑物的地基基础进行加固。（1）沉降或沉降差超过有关规定，出现裂缝、倾斜，影响正常使用。（2）需要增层改造；或其使用功能发生改变，或因增加荷载，原地基承载力和变形不能满足要求。（3）因周围环境改变而需要进行地基基础加固，在既有建筑物或相邻地基中修建地下工程，如修建地下铁道、地下车库，或临近深基坑开挖等。（4）古建构筑物加固工程，地基或基础需要补强加固。2二、加固技术分类既有建筑地基基础加固技术也称为托换技术。托换技术可分为基础加宽技术、墩式托换技术、桩式托换技术、地基加固技术和综合加固技术等。可采用综合的加固方法，如注浆法与高压喷射注浆法组合加固方案；基础减压和加强刚度托换相组合的加固方案等。三、加固技术应用与发展我国自改革开放以来，托换技术的数量和规模不断扩大，如锚桩加压纠偏、锚杆静压桩、基础减压和加强刚度法、碱液加固、浸水纠偏、抽土纠偏、千斤顶整体顶升等多种托换方法都取得了成功的应用和发展。苏州虎丘塔采用了“加固地基、补作基础，修缮塔体、恢复台基”的整修方案，采取了“围、灌、盖、调、换”五项加固措施，取得了较好效果。317.2基础加宽技术一、采用钢筋混凝土套加大基础底面积条形基础的双面加宽当既有建筑的地基承载力或基础底面积尺寸不满足设计要求时的加固。可采用混凝土套或钢筋混凝土套加大基础底面积。4对于单独柱基础，可沿基础底面四边扩大加宽。柱基的四周加宽条形基础的单面加宽51、加大基础底面积的设计和施工应符合下列规定：基础加大后刚性基础应满足混凝土刚性角要求，柔性基础应满足抗弯要求。2、为时新旧基础牢固联结，在灌注混凝土前应将原基础凿毛并刷洗干净，再涂一层高标号水泥砂浆，沿基础高度每隔一定距离应设置锚固钢筋；也可以在墙角或圈梁钻孔钢筋，再用环氧树脂填满，穿孔钢筋须与加固筋焊牢。3、对对于加宽部分，其地基上应铺设的垫料及其厚度，应与原基础垫层的材料及其厚度相同。时加套后的基础与原基础的基地标高和应力扩散条件相同且变形协调。4、对于条形基础应按长度1.5-2.0m划分成许多单独区段，分别进行分批、分段、间隔施工，避免地基土浸泡软化，时加固的基础不产生很大的不均匀沉降。6二、改变浅基础形式加大基础底面积1）抬梁法在原基础两侧挖坑并做新基础，通过钢筋混凝土梁将墙体荷载部分转移到新做基础上的一种加大基底面积的方法。在原基础两侧新增条形基础抬梁扩大基底面积的做法7外增独立基础抬梁扩大基底面积斜撑法加大基底面积1.整体圈梁或框架2.楼板整体区段3.附加基础4.原有基础5.斜支柱2）斜撑法817.3墩式托换技术一、墩式托换适用范围就特点墩式托换对于软弱地基，特别是膨胀土地基的处理是较为有效的。墩体可以是间断的，也可以是连续的，主要取决于原基础的荷载和地基上的承载力。墩式托换的优点是费用低、施施工方便。墩式托换的缺点是工期较长。9二、墩式托换的设计要点（1）采用间断式或连续式的混坑式托换要根据被托换加固结构的荷载和坑下地基土的承载力大小确定，在设计上优先考虑间断坑式托换，当间断墩的底面积不能对建（构）筑物荷载提供足够支承时，则可设置连续式基础（相当于基础加深技术），施工时应首先设置间断墩以提供临时支承，在开挖间断墩间的土，将坑的侧板拆除，在坑内灌注混凝土，这样就形成了连续的混凝土墩或基础。10（2）坑式托换技术的坑井间距最好不小于坑井宽度的三倍。（3）如基础墙为承重的砖砌体，钢筋混凝土基础梁，对于间断的墩式基础，该墙可以从一墩跨越到另一墩。11a）导坑开挖剖面图b）浇灌混凝土墩墩式托换加深基础开挖示意图三、墩式托换施工步骤12一、锚杆静压桩托换技术锚杆静压桩装置示意图1.天车2.反力架3.液压油缸4.锚杆5.基础6.桩7.压桩孔锚杆静压桩是锚杆和静力压桩两项技术结合一种桩基施工新工艺。在既有建筑物基础上按设计开凿压桩孔和锚杆孔，用粘结剂埋好锚杆，然后安装压桩架与建筑物基础连为一体，并利用既有建筑物自重作反力，用千斤顶将预制桩段压人土中，桩段间用硫磺胶泥或焊接连接。当压桩力或压人深度达到设计要求后，将桩与基础用微膨胀混凝土浇注在一起，桩即可受力，从而达到提高地基承载力和控制沉降的目的。17.4桩式托换技术13二、树根桩托换技术树根桩是一种用压浆方法成桩，桩径在100mm～300mm的小直径就地钻孔灌注桩（喷灌微型桩。树根桩法适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、碎石、湿陷性黄土、膨胀土及人工填土等等各种地基土上既有建筑的修复和增层、古建筑的整修、地下铁道的穿越等加固工程。。加层原有建筑原有建筑物地下铁道a）建筑物加层树根桩托换b）建筑物下部地铁树根桩托换14桥面桥墩c）桥墩基础树根桩托换d）树根桩用于稳定土坡15三、坑式静压桩托换技术坑式静压桩是在已开挖的基础下托换坑内，利用建筑物上部结构自重作支承反力，用千斤顶将预制好的钢管桩或钢筋混凝土桩段接长后逐段压人土中的托换方法。继续向下挖坑伸向基础下挖坑嵌条嵌条嵌条横向挡板原基础导坑a）剖面图b）平面图坑式静压桩施工导坑开挖示意图1617.5注浆加固技术一、注浆加固法概念与应用基础灌浆加固示意图既有建筑地基基础注浆加固方法常采用压力灌浆法和高压喷射注浆法。17二、注浆加固法的设计注浆设计前宜进行室内浆液配比试验和现场注浆试验。①对软弱土处理，可选用以水泥为主剂浆液，也可选用水泥和水玻璃双液型混合浆液。在有地下水流动的情况下，不应采用单液水泥浆液。②注浆孔间距可取1.0～2.0m，使被加固土体在平面和深度内连成整体。③浆液的初凝时间应根据地基土质条件和注浆目的确定。在砂土地基中，浆液的初凝时间宜为5～20min；在粘性土地基中，宜为1～2h。④注浆量和注浆有效范围应通过现场注浆试验确定，在粘性土地基中，浆液注入率宜为15%-20%。注浆点上的覆盖土厚度应大于2m。⑤对劈裂注浆压力，砂性土，0.2～0.5MPa；粘性土，0.2～0.3MPa。对压密注浆，当采用水泥砂浆时，坍落度宜为25～75mm，注浆压力为1～7MPa。水泥水玻璃双液快凝浆液时，注浆压力应小于1MPa。1817.6增层改造一、直接增层对沉降稳定的建筑物直接增层时，其地基承载力特征值，可根据增层工程的要求选用试验法（载荷试验、室内土工试验等）和经验法综合确定。1）地基承载力确定2）新基础宽度计算kfGFKb式中b——新基础宽度（m）；GF——单位基础长度上的线荷载（kN//m）；kf——地基承载力特征值（kPa）；K——增大系数，建议按1/1s2sEEK取值；1sE、2sE——分别为新旧基础下地基土的压缩模量。19二、外套结构增层（1）当采用外套结构增层时，可根据土质、地下水位、新增结构类型及荷载大小选用合理的基础型式。（2）位于岩层上的外套增层工程，其基础类型与埋深可与原基础不同，新旧基础可相连在一起，也可分开单设。（3）当天然地基上采用外套结构增层时，应考虑新设基础对原基础的影响，并按规范要求与邻近建筑保持一定距离；对于软弱地基，严禁新旧建筑相距过小及基底应力叠加。（4）当外套结构增层采用天然地基或由旋喷桩、搅拌桩、石灰桩等构成的复合地基时，应考虑地基受荷后的变形，避免增层后新旧结构产生标高差异。（5）当既有建筑有地下室，外套增层结构采用桩基础时，桩位布置应避开原地下室挑出的底板襟边；如不能避开，而需凿除部分底板襟边时，应通过验算确定。新旧基础不得相连。20一、倾斜原因分析•①高压缩性地基厚薄不均，建筑物向高压缩土层分布厚的方向倾斜；•②软土上相邻建筑物净距太小，地基中附加应力扩散叠加，出现相向倾斜；•③在既有建筑物附近开挖基坑，缺乏有效支撑，或降低地下水后，形成排水固结，引起倾斜；•④由于勘察原因，未能查明饱和软黏土的分布；•⑤由于设计原因，未能采取合理的地基加固方案；•⑥改变建（构）筑物的使用功能，如对地基未加处理，就进行增层、增加荷载等活动；17.7纠倾加固和移位21二、纠倾加固原则•进行建筑物纠偏时，应遵循下列原则:•①制定纠偏方案前，应对纠偏工程的沉降、倾斜、开裂、结构、地基基础、周围环境等情况作周密的调查。•②应结合原始资料，配合补勘、补查、补测，搞清地基基础和上部结构的实际情况及状态，分析倾斜原因；确定合适的纠倾方法和纠倾目标。•③拟纠偏建筑物的整体刚度要好。如果刚度不满足纠偏要求，应对其作临时加固。加固重点应放在底层，加固措施有增设拉杆、砌筑横墙、砌实门窗洞口、增设圈梁和构造柱等。•④加强观测是搞好纠偏的重要环节，应在建筑物上多设测点。在纠偏过程中，要做到勤观测，多分析，及时调整纠偏方案，并用垂球、经纬仪、水准仪、倾角仪等进行观测。•⑤若地基土尚未完全稳定，应在纠偏的另一侧采用锚杆静压桩制止建筑物进一步沉降。•⑥应充分考虑地基土的剩余变形，以及因纠偏致使不同形式的基础对沉降的影响。22a）顶升纠倾b)迫降纠倾c)综合纠倾既有建筑物的纠倾方法建筑物纠倾是指既有建筑物偏离垂直位置发生倾斜而影响正常使用时所采取的托换措施。纠倾是利用地基的新不均匀沉降来调整建筑物已存在的不均匀沉降。三、纠倾加固方法分类23沉井倾斜建筑物纠倾后建筑物射水取土射水取土范围倾斜建筑物沉井沉井a）剖面图b）平面图射水井式纠倾法工作原理图井式纠倾法24钻孔取土纠倾法取土孔倾斜建筑物套管a）剖面图b）平面图基底钻孔掏土纠倾法砖混结构长掏土孔φ250门厅（框架结构）短掏土孔φ200基础外侧斜孔掏土纠倾法取土深度应大于3m，钻孔直径不应小于300mm。25倾斜建筑物纠倾后建筑物堆重物加载系统锚桩悬臂梁基础堆载加压纠倾示意图锚桩加压纠倾示意图堆载纠倾法26上部结构顶升梁千斤顶分离面顶升纠倾工作原理示意图顶升纠倾27浸水纠倾法•浸水纠倾应符合下列规定：•①根据建筑结构类型和场地条件，可选用注水孔、坑或槽等方式注水。注水孔、坑或槽应布置在建筑物沉降较小的一侧。•②当采用注水孔（坑）浸水时，应确定注水孔（坑）布置、孔径或坑的平面尺寸、孔（坑）深度、孔（坑）间距及注水量；当采用注水槽浸水时，应确定槽宽、槽深及分隔段的注水量。•③注水时严禁水流入沉降较大一侧的地基中。•④浸水纠倾前，应设置严密的监测系统及必要的防护措施。有条件时可设置限位桩。•⑤当浸水纠倾的速率过快时，应立即停止注水，并回填生石灰料或采取其它有效的措施；当浸水纠倾速率较慢时，可与其它纠倾方法联合使用。•⑥浸水纠倾结束后，应及时用不渗水材料夯填注水孔、坑或槽，修复原地面和室外散水。28四、移位•移位设计的内容•（1）结构设计•结构设计主要是指承托既有建筑移位的整体结构的托换梁系，包括移位建筑的上轨道梁系及承担整体结构行走过程中的基础，即下轨道梁系，•①计算砌体结构的线荷载或框架结构的轴力、弯矩和剪力。•②结构托换梁系截面及配筋设计。•③移位过程中基础的受力验算及补强设计。•④新旧基础的承载力和变形验算及补强设计。•（2）地基设计•①移位路线的地基设计，按永久性工程进行设计，地基承载力设计值可提高1.25倍。•②移位后的地基基础设计，若出现新旧基础的交错，应考虑既有建筑地基压密效应造成新旧基础间地基变形的差异，必要时应进行地基基础加固。29（3）滚动支座的设计①滚动支座可采用不小于60的实心钢棒或100～150的钢管混凝土，并应通过试压确定，支座上下采用20mm厚的钢板作为上下轨道面，或采用工具式轨道梁，以利应力扩散及减少滚动摩擦力。②滚动支座的间距及数量应根据支承力的大小设计。（4）移动装置的设计①移动装置有牵引式及推顶式两种，牵引式宜用于荷载较小的小型建筑物，推顶式宜用于较大型的建筑物，必要时可两种方式并用。移位时应控制滚动速率不大于50mm/min。②托换梁系作为移动的上轨道梁，基础作为下轨道梁，移位前下轨道梁应进行验算、加固、修整和找平。③上下轨道梁系的设计应同时考虑移位荷载的移动及滚动过程局部压力的位置改变。3017.8工程应用实例【例1】意大利比萨斜塔纠倾工程1）工程简介意大利比萨斜塔是中世