CN101215840B - 飞机式基础加固予力工法 - Google Patents

Abstract

飞机式基础加固予力工法，是对原出现病理事故的扩展基础进行加固的补救措施。对地基基础同时实施予力作用。即在房屋原来的扩展基础的上部位置设计和建造一个新的扩展基础，使之与原扩展基础有机结合形成组合型飞机式基础(即上翼宽大，下翼较小)，共同分担原地基基础上面的结构荷载；同时，对地基也采取相应的予力加固措施，实现有效调整其整体结构体系的差异沉降。对地基和基础施加不同的“予力度”调控标准，同时对新建基础及地基采取相应的予力作用措施；采用夯实处理、压浆加固或静压钢管桩加固，使新建造的地基基础和原扩展基础形成整体复合基础刚度，共同分担上部结构荷载。

Description

飞机式基础加固予力工法

技术领域

本发明属于建筑结构加固的地基基础加固方法技术范畴。主要是处理扩展基础因地基原因，或上部结构荷载分布悬殊差异或超负荷，或相邻荷载影响等原因产生严重损害上部建筑结构的病理事故工程。特别是对因软弱地基发生的不均匀沉降导致建筑结构产生的开裂事故又无法加大原基础面积的修复工程。

背景技术

本发明工法是建筑结构加固技术之一种新工法。它主要针对建筑结构因严重的地基不均匀沉降产生的结构损坏所进行的加固措施。损坏的病状表现在建筑物上部结构体上，但病因却出在地基基础这个建筑结构体系根基上。单纯从基础加固出发，或加大基础面积受到地盘限制，或托换基础受力情况又不能经济有效地解决上述问题。

建筑的地基基础加固有多种方法：地基压密注浆、静压钢管桩做锚桩或斜桩顶入加固措施。对扩展基础因地基原因，或上部结构荷载分布悬殊差异或超负荷，或相邻荷载影响等原因，产生严重不均匀沉降甚至导致上部结构严重开裂时，需要扩大原基础面积但在原位置又扩大不开时，如何进行基础的加固尚无良方。本工法则提供了有效的解决途径。

予力工法是本申请的发明人最先提出的概念和方法，如本申请人的中国专利申请号为200510094639.1强排水复合型动力固结法和申请号为200510094640.4多点胁迫振冲联合挤密法均是予力对吹填软土地基加固的方法，但未涉及对已建成建筑的地基基础加固，特别是对无法扩大原基础面积时的加固。

发明内容

本发明适用于建筑物扩展基础因地基软弱原因，或上部结构荷载分布悬殊差异或超负荷，或相邻荷载影响产生严重的差异沉降而造成上部结构体严重损坏时，需要加大原基础面积又无法实施时的加固处理方法。因是地基差异沉降过大造成对建筑物上部结构的严重损坏，损坏的原因出在建筑结构体系的根基，故处理的关键也是地基基础。将在原基础上建造一个新基础，就实现了扩大基础面积目标，则可大大减小该处基础的压强，从而减小局部基础的过大沉降，以调整基础整体差异沉降，最后再修复建筑物上部结构损坏部分，就可确保建筑物修复后的安全使用了。

本发明飞机式基础加固予力工法，是对出现病理事故的原扩展基础进行加固的补救方法；对建筑物原扩展基础的两种形式：钢筋混凝土的柱下独立基础和钢筋混凝土的墙下条形基础，根据建筑物原有扩展基础形式进行匹配相同形式的新的扩展基础；在房屋原扩展基础的上部位置设计和建造一个新的扩展基础，使之与原扩展基础有机结合形成上翼宽大，下翼较小组合型飞机式基础，在原扩展基础上部新扩展基础剖面均采用锥形剖面，且锥形剖面的最小高度须大于或等于250mm，共同分担原扩展基础上面的结构荷载；同时，对地基也采取相应的予力加固措施，实现有效调整其整体结构体系的差异沉降；新扩展基础的予力度控制标准为0.88～0.78，新扩展基础的地基的予力度控制标准为0.92～0.86；对于该新扩展基础及新扩展基础的地基施加不同的予力度调控标准、采取相应的予力作用，即采用夯实处理、压浆加固或静压钢管桩加固，促使新扩展基础和原扩展基础形成整体复合基础刚度，共同分担上部结构荷载；且在房屋原扩展基础的上部间隔距离H≥600mm的位置建造一个新扩展基础，新扩展基础的宽度B₁大于原基础的宽度B，即B₁≥B+2×250mm，使之与原基础有机结合形成截面为飞机式的组合基础。

无论原来的扩展基础是柱下独立基础或是墙下条形基础，无论该基础是锥形剖面，或是阶梯形剖面，但在其上新设计的扩展基础剖面均采用附图中所示的锥形剖面，且锥形剖面的最小高度须大于或等于250mm，而不能小于250mm。

在进行新基础设计计算时，严格按小偏心受压基础设计，且地基承载力特征值f_ak不进行宽度和深度修正，即f_a＝f_ak。

新设计基础在与上部结构承重柱或墙的连接处应设置加强暗梁形式，配筋最小直径不得小于14。新设计基础与上部结构承重柱或墙的连接采用植筋连结方式，并确保其联结牢固。

新设计基础底板下设100～150mm厚掺入粉煤灰的素混凝土垫层，其垫层四周宽度大于新基础底面四周边各为100mm。该垫层砼标号不得低于C15级。粉煤灰掺量比例由室内试块强度试验最后确定。

新设计扩展基础(锥形基础)可设计成空心状，类似于空心楼板圆孔，最后用砖头砂浆堵死圆孔两端。该基础还可设计成方孔空腔或方孔格栅状，以减轻基础自重。新设计基础与原建筑物基础组合成的飞机式基础要按照予力作用原理方法设计。

对新设计的锥形基础及相应的地基，可采取相应的予力加固措施。对地基可采用小型机具进行细心开挖(尽量不扰动土层结构)后的夯实处理；开挖时先留出30～50mm厚度不挖以提供相应预留夯沉量，视具体土质条件而定；必要时，也可待新基础建成时采取压力注浆加固措施。对基础可采用在四周或两侧进行予力锚桩处理，即采用φ219mm钢管桩(封头桩或开口桩视设计而定)静压锚固，压桩力也由设计决定，以确保其合理分担上部结构荷载。

根据以上飞机式基础加固予力工法设计，其实施的施工程序及工艺过程如下：布置房屋沉降控制观测标点；在原基础位置上测量放线定出新基础边线位置；夯实新设计基础的地基持力层；做素砼垫层；浇筑新设计扩展基础；设计有锚桩时进行静压钢管桩；覆土回填分层夯实；设计有地基压浆时进行压密注浆；设计有对原基础压浆或压桩时实施其相应压浆或压桩顶入；修复上部损坏结构部位；施工中沉降监测，竣工后沉降观测。

本设计的飞机式基础加固予力工法严格按“予力技术作用原理”要求，并针对工程结构损坏程度严格按照“予力度”控制标准来实施予力作用。对于新设计的基础(包括垫层)的“予力度”控制标准为0.88～0.78；对于该新设计基础地基的“予力度”控制标准为0.92～0.86。

当建筑物原有基础埋置在厚填土地基上，又因建筑物差异沉降过大造成上部结构损坏相当严重者，且该基础又出现小量偏斜，此时可对该建筑物原来基础下实施压密注浆和静压斜桩顶入处理，处理方法按具体补救设计要求实施。

本发明的突出效果主要表现在以下几个方面：

第一，它不是单纯从基础加固出发，或加大基础面积，或托换基础受力情况等；

第二，它不是单独从地基加固出发，它可以不改变原有基础下的地基状况，而是重新处理设计新基础的地基条件。

第三，它是区别于现有各类地基基础加固方法的新工法措施。它既要利用原有旧基础承载力，更要新设计建造新基础来分担一部分上部结构的荷载，并与原有旧基础组合形成一种复合型的飞机式基础新型式，就在地基原位改善其受力性状。

由于它在加固中新设计建造了新基础，就又出现两个新问题：一是与建筑物上部结构体的承重柱或承重墙的连接；另一是新设计建造的基础又有一个新的地基设计施工问题。

本工法的“新”能从根本上对该建筑物地基基础应用予力概念、予力技术和予力技术作用原理去解决建筑结构损坏的加固问题。而且，设计的新基础与老基础组合成的一种复合型的飞机式基础，既是相互独立的基础结构；而且又是紧密联系的基础结构，它们要相互配合形成复合基础结构体共同分担建筑物上部结构荷载。这些都是有别于其他的建筑结构加固处理方法。何况，这样的复合型飞机式基础的设计原理又是本申请发明人最先提出的予力结构理论之应用，也是发明人的予力结构理论体系的一个重要组成分支。

本发明的最大优点还在于：与原基础施工相比，其开挖地基土层浅和范围小，对地基土体结构扰动小；处理方法简便，处理的施工周期短；处理费用较低；修复后可确保长期安全使用。特别，当建筑物基础之间距离较小，且开挖土方又受到许多条件限制，比如局部降水很困难且会产生漏斗水位的附加沉降而加重不均匀沉降，此时采用本发明工法将是最合适的处理方法。

附图说明

图1是本发明新设计的飞机式基础结构示意图，

图2为苏州新区某住宅楼加固新设计的独立柱基下的飞机式基础。该七层框架式住宅楼工程采用钢筋砼柱下独立基础及墙下条形基础。建造在古运河边的不均匀填土地基上。该楼建成十年后出现上部结构严重开裂，开裂部位集中在靠东头河岸边的1～3层楼的柱子和墙体连接处及楼板上。经采用此法加固，其基础和地基实施的予力度控制标准分别为0.84和0.92。该楼加固处理后观测一年未出现新裂缝，使用情况良好。

图3为江阴周庄某住宅楼新设计的墙基下的飞机式基础。该砖混住宅楼原基础采用砼条形基础，该工程建造在不均匀填土地基上，建成三年后在几个厚填土部位即出现上部墙体及楼板严重开裂，且裂缝还直接发展到二楼阳台上。经采用此法加固，其基础和地基实施的予力度控制标准分别为0.84和0.90。该楼加固后，观测三年多来使用情况良好。

图2～3都是本发明人实施处理的二个实际工程应用的新设计飞机式基础结构形式。

图4是图2的剖视图、图5是图3的剖视图。

建筑物原有基础1、新设计建造基础2、新建基础垫层3、柱子上钻孔与钢筋焊接4、柱5、墙6。

具体实施方式

本发明是针对建筑物扩展基础的两种形式：钢筋混凝土的柱下独立基础和钢筋混凝土的墙下条形基础。处理设计也是根据建筑物原有基础形式进行匹配相同形式的新的扩展基础。

无论原来基础是柱下独立基础或墙下条形基础，原来的基础是锥形剖面，或是阶梯形剖面，新设计的扩展基础剖面均采用如图3和图4所示的锥形剖面(参见附后图3和图4)，且锥形剖面的最小高度须大于或等于250mm，而不能小于250mm。

同时，新设计的扩展基础还须满足以下一些构造要求：

(1)混凝土的强度等级不应低于C25；

(2)新设计的锥形基础底板宽度B₁和长度A₁应根据受力计算确定；但B₁和A₁的最小值须大于或等于原有基础宽度B和长度A，即B₁≥B+2×250mm和A₁≥A+2×250mm；

(3)新设计的锥形基础的底板受力钢筋最小直径不宜小于φ12mm；间距不宜大于200mm；受力钢筋保护层厚度不宜小于45mm；箍筋直径不宜小于φ6.5mm；

(4)新设计的锥形基础底板与原有基础顶面最小间距应大于或等于600mm。

对于新设计的扩展基础的底面尺寸确定，应满足以下受力要求：

a)基础底面的压力，应符合下式要求：

当轴心荷载作用时            p_k≤1.1f_a                (1)

式中，p_k--相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；

f_a--修正后的地基承载力特征值。

当偏心荷载作用时，除满足(1)式要求外，尚应符合下式要求：

p_kmax≤1.3f_a                                         (2)

式中，p_kmax--相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值。

b)基础底面的压力计算，可按以下公式确定。

当轴心荷载作用时

$p_k=\frac{F_k+G_k}{A}---\left(3\right)$

式中，F_k--相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值；

G_k--基础自重和基础上的土重；

A--基础底面面积。

当偏心荷载作用时

$p_{k\max }=\frac{F_k+G_k}{A}+\frac{M_k}{W}---\left(4\right)$

$p_{k\min }=\frac{F_k+G_k}{A}-\frac{M_k}{W}---\left(5\right)$

式中，M_k--相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值；

W--基础底面的抵抗矩；

p_kmin--相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值。

在设计新基础设计计算时，严格按小偏心受压基础设计，且地基承载力特征值f_ak不进行宽度和深度修正，即f_a＝f_ak。

新设计基础在与上部结构承重柱或墙的连接处应设置加强暗梁形式，配筋最小直径不得小于14。

基础与上部结构承重柱或墙的连接采用植筋连结方式，并确保其联结牢固。

新设计基础底板下设100～150mm厚掺入粉煤灰的素混凝土垫层，其垫层四周宽度大于新基础底面四周边各为100mm。该垫层砼标号不得低于C15级。粉煤灰掺量比例由室内试块强度试验最后确定。

新设计扩展基础(锥形基础)可设计成空心状，类似于空心楼板圆孔，最后用砖头砂浆堵死圆孔两端。该扩展基础还可设计成方孔空腔或方孔格栅状，以减轻扩展基础自重。新设计扩展基础与原建筑物基础组合成的飞机式基础要按照予力作用原理方法设计。

对新设计的扩展基础及相应的地基，可采取相应的予力度控制措施。对地基可采用小型机具进行细心开挖(尽量不扰动土层结构)后的夯实处理；开挖时先留出30～50mm厚度不挖以提供相应预留夯沉量，视具体土质条件而定；必要时，也可待新扩展基础建成时采取压力注浆加强措施。对新设计扩展基础还可采用在四周或两侧进行予力锚桩处理，即采用φ219mm钢管桩(封头桩或开口桩视设计而定)静压锚固，压桩力也由设计决定，以确保其合理分担上部结构荷载。

根据以上飞机式基础加固予力工法设计，其实施的施工程序及工艺过程如下：

布置房屋沉降控制观测标点；在原基础位置上测量放线定出新基础边线位置；夯实新设计基础的地基持力层；做素砼垫层(掺粉煤灰)；浇筑新设计扩展基础；设计有锚桩时进行静压钢管桩；覆土回填分层夯实；设计有地基压浆时进行压密注浆；设计有对原基础压浆或压桩时实施其相应压浆或压桩顶入；修复上部损坏结构部位(先清理裂缝，并一次修复到位)；施工中沉降监测，竣工后沉降观测(二月一次，观测一年)。

本设计的飞机式基础加固予力工法严格按“予力技术作用原理”要求，并针对工程结构损坏程度严格按照“予力度”控制标准来实施予力作用。对于新设计的基础(包括垫层)的“予力度”控制标准为0.88～0.78；对于该新设计基础地基的“予力度”控制标准为0.92～0.86。

当建筑物原有基础埋置在厚填土地基上，又因建筑物差异沉降过大造成上部结构损坏相当严重者，且该基础又出现小量偏斜，此时可对该建筑物原来基础下实施压密注浆和静压斜桩顶入处理，处理方法按具体补救设计要求实施。

Claims (6)

1.飞机式基础加固予力工法，是对出现病理事故的原扩展基础进行加固的补救方法；其特征是对建筑物原扩展基础的两种形式：钢筋混凝土的柱下独立基础和钢筋混凝土的墙下条形基础，根据建筑物原有扩展基础形式进行匹配相同形式的新的扩展基础；在房屋原扩展基础的上部位置设计和建造一个新的扩展基础，使之与原扩展基础有机结合形成上翼宽大，下翼较小组合型飞机式基础，在原扩展基础上部新扩展基础剖面均采用锥形剖面，且锥形剖面的最小高度须大于或等于250mm，；共同分担原扩展基础上面的结构荷载；同时，对地基也采取相应的予力加固措施，实现有效调整其整体结构体系的差异沉降；新扩展基础的予力度控制标准为0.88～0.78，新扩展基础的地基的予力度控制标准为0.92～0.86；对于该新扩展基础及新扩展基础的地基施加不同的予力度调控标准、采取相应的予力作用，即采用夯实处理、压浆加固或静压钢管桩加固，促使新扩展基础和原扩展基础形成整体复合基础刚度，共同分担上部结构荷载；且在房屋原扩展基础的上部间隔距离H≥600mm的位置建造一个所述新的扩展基础，新的扩展基础的宽度B₁大于原基础的宽度B，即B₁≥B+2×250mm，使之与原基础有机结合形成截面为飞机式的组合基础。

2.根据权利要求1所述的飞机式基础加固予子力工法，其特征是新扩展基础设计成空心状；在保证基础刚度基础上，尽量减轻其自重。

3.根据权利要求1所述的飞机式加固予力工法，其特征是新扩展基础与房屋上部承重柱或承重墙的连接采用钢筋混凝土连接方式，并须先做植筋处理。

4.根据权利要求1所述的飞机式加固予力工法，其特征是在建造新扩展基础的地基时不扰动原地基土层结构，并在新扩展基础的地基上做厚度为100～150mm的人工垫层，该垫层材料掺入适量粉煤灰制成掺粉煤灰的素混凝土垫层。

5.根据权利要求1所述的飞机式基础加固予力工法，其特征是所述的予力工法的施工工艺过程为：布置房屋沉降控制观测标点；在原扩展基础位置上测量放线定出新扩展基础边线位置；夯实新扩展基础的地基持力层；做素砼垫层；浇筑新扩展基础；设计有锚桩时进行静压钢管桩；覆土回填分层夯实；设计有地基压浆时进行压密注浆；设计有对原扩展基础压浆或压桩时实施其相应压浆或压桩顶入；修复上部损坏结构部位；施工中沉降监测，竣工后沉降观测。

6.根据权利要求1所述的飞机式加固予力工法，其特征对于特别严重的病理事故原扩展基础工程，将对原扩展基础下方采取压密注浆或斜桩顶入配套补救加固措施。

Images