第三章已有建筑物地基加固与纠偏

第三章已有建(构)筑物地基加固与纠偏3.1概况一.已有建筑物地基与基础加固技术分类基础加宽技术墩式托换技术桩式托换技术①静压桩托换：锚杆静压桩②树根桩托换③其它桩式托换地基加固技术①灌注法②高压喷射注浆法综合加固技术二.纠偏技术分类当建筑物沉降或沉降差过大，影响建筑物正常使用时，有时在进行加固后尚需进行纠偏和顶升。纠偏技术可分为：（1）促沉纠偏：①掏土纠偏基础下地基中掏土基础外侧地基中掏土②加载纠偏（2）顶升纠偏：（3）综合纠偏：三.加固与纠偏前应做的技术准备工作1.建筑物地基勘察资料2.沉降和不均匀沉降观测资料3.建筑物上部结构和基础设计资料4.周围建（构）筑物资料5.建筑物施工资料四.施工过程中的监测工作1.沉降观测，包括沉降和沉降速率；2.如有裂缝，进行裂缝大小、发展态势监测；3.地下水位监测；4.如有需要可进行结构中应力监测。有时还需要对临近建筑物进行监测。3.2已有建（构）筑物地基加固技术3.2.1概述1.已有建（构）筑物地基加固与基础补强主要从三方面考虑：（1）将原基础加宽：采用基础加宽技术。（2）改良地基土体：采用注浆技术或高压喷射注浆技术。（3）在地基中设置墩基或桩基础：锚杆静压桩技术，树根桩技术。3.2.2基础加宽技术3.2.3锚杆静压桩技术锚杆静压桩技术属于托换技术，它将压桩架通过锚杆与建筑物基础连接，利用建筑物自重荷载作为压桩反力，用千斤顶将桩分段压入地基中，通过静压桩承担部分荷载。1.锚杆静压桩施工2.锚杆静压桩加固设计（1）桩及桩位布置设计单桩与桩数的设计根据加固要求和地基条件而定。桩截面边长一般为180~250mm，边长200mm时，主筋不小于4Φ10的钢筋，在桩两端箍筋加密布置。混凝土强度不小于C30级。桩段长度根据施工静空间条件确定，一般取1.0~2.0m。单桩承载力可由压桩试验确定：P=P压/K式中P——设计单桩承载力标准值，kN；P压——最终入土深度时压桩力，kN；K——压桩力系数，与地基土的性质、压桩速度、桩材及截面形状有关。在粘性土地基中，当桩长小于20m时，K可取1.5；在黄土和填土中，K值可取2.0。当设计的桩承受较大的水平力或拉拔力时，采用焊接接桩技术；当桩主要承受竖向力，水平力较小时采用硫磺胶泥接桩。桩位布置宜靠近墙体或柱子，桩孔尽量布置在弯矩较小处。（2）锚杆及锚固深度设计锚杆根据压桩力设计，锚固深度一般取10~12倍的锚杆直径。（3）采用锚杆静压桩加固应对原有基础进行抗冲切、抗剪和抗弯能力验算。3.工程实例武汉市轮胎厂办公楼地处香港路与惠济路交汇处，为5层（局部6层）砖混加1层地下室建筑物，地下室底板为肋板基础，基础板厚为400mm，内外墙为三七砖墙。该建筑物自1979年4月动工，1980年6月完工，自建筑之时起就发生倾斜，至1996年10月建筑物向南最大倾斜率达到2.34%(规范规定0.4%)，倾斜值480mm。沉降观测表明，日沉降量仍有0.1~0.2mm，另外还拟加一层，因此，须进行加固处理。岩土工程概况：第一层为杂填土，厚度约为1.7~2.0m。第二层为粉质粘土，可塑状，地基承载力标准值fk=90kPa，平均厚度3.0m。第三层：淤泥质土，流塑状，fk=60kPa，平均厚度3.5m，属高压缩性的土。第四层与第二层基本相同，厚度为4.5m。第五层粉砂层，fk=130kPa，平均厚度2.5m。加固方案的设计与计算设计用锚杆静压桩截面250×250mm，桩身强度C30，桩身长度14~17m。桩尖进入砂土，压桩时以压桩力控制。锚杆静压桩最终设计压桩力为：Pp=Kp×Pa式中Kp——压桩力系数，取值1.5~2.0；Pa——设计单桩垂直容许承载力，kN；Pp——设计最终单桩压桩力，kN。具体施工时，图号1~39号的桩设计压桩力300kN，40~63号桩设计压力200kN，施工时压桩力300~350kN，托换率达到33%。加固前进行了建筑物测点布置，该建筑物由于纠偏需要布置了30个测点，在压桩过程中随时进行沉降观测，监测压桩时对建筑物沉降的影响，便于掌握压桩顺序，用以指导施工。3.2.4树根桩技术1.树根桩树根桩是一种小直径钻孔灌注桩，其直径通常为100~250mm，有时也有采用300mm。先利用钻机钻孔，满足设计要求后，放入钢筋或钢筋笼，同时放入注浆管，用压力注入水泥浆或水泥砂浆而成桩。小直径的钻孔桩可以竖向、斜向设置，网状布置如树根状，故称树根桩。2.树根桩使用条件主要用于古建筑修复工程，地下建筑工程地基加固，楼房加层和危房加固工程的地基加固，岩土边坡加固工程。3.施工流程（1）成孔（2）放置钢筋或钢筋笼（3）放置注浆管（4）投放细石子（5）注浆注浆宜分两次进行，第一次注浆压力可取0.3~0.5MPa，第二次注浆压力可取1.5~2.0MPa，并应在第一次注浆液达到初凝后及终凝前进行第二次注浆。4.树根桩加固地基设计（1）单桩承载力单桩承载力可根据单桩荷载试验确定。树根桩一般是摩擦桩，其桩端阻力一般不计。由于树根桩是压力注浆而形成桩的，其桩侧摩擦阻力大于一般钻孔灌注桩和预制桩。（2）树根桩复合地基树根桩复合地基一般属于刚性桩状复合地基。树根桩托换基础极限承载力可按下式计算Pf=αnPpf+βFs式中Ppf——树根桩单桩极限承载力，kN；Fs——承台下地基土极限承载力，kN；n——承台下树根桩桩数；α——树根桩承载力发挥系数；β——承台下地基土承载力发挥系数。（3）树根桩承受水平荷载树根桩与土形成挡土结构，承受水平荷载。对树根桩挡土结构不仅要考虑整体稳定，还应验算树根桩复合土体内部的稳定性。在设计时，可根据复合土体计算基准面上作用的垂直力N，水平力H，和弯矩M计算内力。基准面可根据预计滑动面确定。①基准面处复合土体等值换算截面积ARP计算ARP=nApm+bh其中Ap为一根树根桩的等值换算截面积，表达式为Ap=(n1-1)As+Ac式中n——树根桩与桩周土应力比，可取n=100；m——基准面内包括的桩数。n1——钢筋与砂浆（或混凝土）弹性模量之比，n1=7~10；As、Ac——分别为钢筋、树根桩截面积。②基准面处复合土体等值换算截面惯性矩IRP计算式中x——计算基准面各个树根桩距中性轴距离。1232bhxnAIpRP③基准面复合土体上最大压应力式中N——计算基准面处作用在树根桩复合土体上的垂直力；M——计算基准面处作用在树根桩复合土体上的弯矩；y——计算基准面中性轴至计算基准面边缘的距离。树根桩复合土体中的最大压应力应满足下式：σRPmaxR式中R——计算基准面处地基土容许承载力，kPa。④树根桩长度l计算l=l1+l2式中l1、l2——计算基准面以上、以下长度。式中D——树根桩直径；f——树根桩与计算基准面以下的土间摩阻力。yIMANRPRPRPmaxDfAlRc25.树根桩加固工程实例昆明某楼房树根桩加固，该楼1984年建成，1986年出现倾斜和开裂。该楼为毛石基础上加地圈梁，地基为软硬不均匀的洪积和湖积的粘土、粉质粘土及淤泥层，淤泥层厚2.3~4.10m，埋深2.0~2.2m，其承载力小于40kPa。建筑物东北角位于未经处理的淤泥质土上的素填土中，致使产生不均匀沉降，引起建筑物的倾斜和产生许多裂缝。在该楼东北部基础轴线和轴线间布桩56根，桩长7~8m，嵌入到粘土层中3m左右，桩径130mm，上部1m与基础连接部分的桩径为180mm，钻孔分直孔和80°~85°倾斜孔两类。维护桩直径为130mm和200mm两种，各53根，桩长5.5m~12.6m，堪入粘土层深度大于1m。3.2.5其他加固技术及综合加固技术1.高压喷射注浆技术2.灌浆技术3.其他桩式托换技术如挖孔桩、灌注桩、打入桩、一般静压桩等。4.灰土桩和石灰桩托换技术5.墩式托换技术6.综合加固技术建筑物地基加固中往往需要应用两种或两种以上加固技术，以取得较好的技术和经济效果。3.3倾斜建筑物纠偏技术3.3.1综述建（构）筑物产生不均匀沉降，将导致上部结构产生倾斜，当倾斜度超过有关规定时，应对建筑物进行纠偏。倾斜建筑物纠偏主要有两类：一类对沉降少的一侧促沉，促沉纠偏可分为：掏土促沉、加载促沉、降低地下水位促沉、湿陷性黄土地基浸水促沉等。另一类是对沉降多的顶升，顶升纠偏可分为机械顶升、压浆顶升。纠偏过程是建筑结构、基础和地基中的应力和位移的调整过程，不能急于求成，不能矫枉过正只能缓慢进行。现场监测对纠偏有非常重要的意义，3.3.2加载纠偏技术通过在建筑物沉降较少的一侧加载，迫使地基土变形产生沉降，达到纠偏目的。该法较使用于建筑物刚度较好，跨度不大，地基为深厚软粘土地基情况。锚桩加压纠偏，在沉降较小的一侧地基中设置锚桩，修建与建筑物相连的钢筋混凝土悬臂梁，通过千斤顶加荷系统加载，促使基础纠偏。武钢钢锭模具库，全长135m，柱距9m，跨度28.5m，吊车轨道标高10m。基础和地坪坐落在厚度6.2~9.4m的填土上。由于地坪长期堆载钢锭模，荷载较大，致使桩基发生沉降倾斜，柱顶位移达127mm，造成吊车卡轨。采用锚桩加压纠偏，第一次加荷450kN，纠偏25~35mm；第二次加荷375kN，纠偏13mm，经纠偏吊车可正常使用。3.3.3掏土纠偏技术掏土纠偏是在沉降较小的一侧地基中掏土，迫使地基产生沉降，达到纠偏目的。（1）基础下地基中掏土纠偏法基础底板下钻孔取土（2）基础外侧地基中掏土纠偏法3.3.4顶升纠偏技术顶升纠偏是将建筑物基础和上部结构沿某一特定位置进行分离，在分离区设置若干个支承点，通过安装在支承点的顶升设备，使建筑物沿某一直线（点）作平面转动，使倾斜的建筑物得到纠正。对沉降反应灵敏而又易产生沉降的工程，如软地基上的浮顶式油罐等，在结构设计中可考虑设置顶升梁及预留安装顶升设备的位置。1.结构设计（1）砌体结构对砌体结构可采用支撑梁设计，并验算抗弯、抗剪及支撑梁支座上原砌体的局部承压能力。一般根据上部结构重量、墙体的总延长米和千斤顶工作荷载得出支承点平均间距，按相邻三个支承点的距离之和作为支承梁设计跨度。（2）框架结构对框架结构顶升力应作用于框架柱下，要使框架柱得到托换，必须增设一个能支承框架柱的结构体系，因此支承梁（柱）体系必须按后增牛腿来设计。原框架结构本身是一个超静定结构，其柱脚为为固定端，而柱托换施工以后顶升时的框架柱脚却为自由端，因此计算结果与原结构内力计算结果有一定的改变，为了解除内力改变对结构变形的影响，托换前增设联系梁相互拉接，解除柱脚的变位问题。设计时应进行截面抗弯能力、局部抗压强度及柱周边的抗剪强度验算。2.施工平面设计（1）砌体结构平面设计包括支承梁的分段施工顺序和千斤顶位置的平面布置。分段施工应保证每墙段至少分三次，每次间隔时间要等托换梁混凝土强度达到50%后方可进行相临段的施工，临近段的施工应满足新旧混凝土的连接及钢筋的搭焊要求。支承梁筑成连续封闭的梁系，要考虑节点及转角的构造处理。顶升点的设置一般根据建筑物的结构形式、荷载及起动器具工作荷载来确定。注意避开窗洞、门洞及受力薄弱位置。（2）框架结构框架结构施工设计包括托换牛腿的施工顺序及千斤顶的设置。托换牛腿应控制各柱位相间进行，必要时应设置一道附属措施（如支撑等），同时一旦施工处理完就要立即浇注混凝土。千斤顶的设置一般根据柱荷载及千斤顶工作荷载来确定，同时考虑牛腿受力的对称性。3.顶升量的确定一般顶升量应包括三个内容（1）建筑物不均匀量的调整值：h1i=βELEi+βNLNi式中βN、βE——分别为建筑物南北向及东西向基础倾斜度；LNi、LEi——计算点i到建筑物基点南北向及东西向的距离。（2）根据使用功能需要调整的顶升值h2i；（3）地基土剩余不均匀变形调整值h3i。i点顶升量hi为hi=h1i+h2i+h3i4.顶升率的确定顶升的频率应根据建筑物的结构类型以及它所能承受的抵抗变形的能力来确定。顶升次数n为n=Hmax/△Hmax式中Hmax——纠偏所需最大顶升值；△Hmax——结构能承受的一次最大顶升量。另外顶升纠偏技术还可用于建筑物的整体顶升。3.3.5其它纠偏技术除加载纠偏、掏土纠偏和顶升纠偏外，还有注浆顶升