CN107700521B - 一种建筑物地基加固托换墩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑物地基加固托换墩及其施工方法：对托换墩进行放线定位；开挖导坑、操作坑；安装钢管桩、固定桩顶钢板；对钢管桩进行预压托换处理；在桩顶钢板上固定一托换钢管，托换钢管上端与建筑物基础接触，托换钢管与钢管桩同轴；在托换钢管侧壁上预制有注浆管接头；开挖托换墩孔；在托换墩孔内浇筑素混凝土至与钢管桩平齐；对地基土进行压力注浆；浇筑钢管桩的桩头部位；分层夯实回填操作坑。本发明通过预先在基底下压入托换钢管桩，能够避免托换墩施工期间引起既有建筑物基础和上部结构产生附加下沉，特别适用于建筑物地基事故处理和基础预防性托换；增加了托换墩的端承力，并可减少地基沉降。

Description

一种建筑物地基加固托换墩及其施工方法

技术领域

本发明属于土木工程中的地基与基础加固技术领域，具体涉及一种建筑物地基加固托换墩及其施工方法。

背景技术

墩式托换技术是地基与基础事故处理或预防性托换中常用的方法，广泛应用于古建筑地基加固、既有房屋增层改造地基补强和建筑物纠倾工程中。该托换技术适用于条形基础、独立基础和筏板基础等多种基础形式。传统的墩式托换技术是直接在既有建物基底下挖孔，深度至设计要求的持力层，然后灌注混凝土形成托换墩。托换墩一般直径较大、深度有限，墩孔多采用人工开挖。托换墩的承载力主要取决于墩身材料的抗压强度和墩底持力层地基土的承载力。墩式托换技术目前存在以下问题：（1）墩孔开挖施工会造成原基底面积的削弱，必然引起原建筑物基础及上部结构产生附加下沉；（2）墩身混凝土灌注过程中，可能会发生离析、缩颈、夹泥等缺陷，导致墩身材料抗压强度不易保证，直接影响托换墩的承载力；（3）托换墩底部地基土不能得到有效加固，托换墩的端承力难以保证；（4）对于纠倾工程，纠倾施工必须待托换墩强度达到28天龄期后方可进行，施工周期较长。因此，研究和设计一种新的建筑物地基加固托换墩及其施工方法十分必要和迫切。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种建筑物地基加固托换墩的施工方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案（施工过程）如下：

一种建筑物地基加固托换墩的施工方法，包括如下步骤：

（1）对托换墩进行放线定位；

（2）在托换墩的对应位置处，距离既有建筑物基础的外边缘一定距离处竖直开挖导坑；

（3）开挖操作坑；

（4）在操作坑内设计托换墩处竖直安装第一节钢管；在第一个钢管上方依次竖直安装其余钢管，形成钢管桩；

（5）卸除压桩设备，在钢管桩上端开口处固定一块中心开有圆孔的桩顶钢板；

（6）采用托换装置对钢管桩进行预压托换处理；

（7）在桩顶钢板上固定一托换钢管，托换钢管上端与建筑物基础接触，托换钢管与钢管桩同轴；在托换钢管侧壁上预制有注浆管接头；

（8）以钢管桩为中心轴，在建筑物基础底面以下开挖托换墩孔；

（9）在托换墩孔内浇筑素混凝土至与钢管桩平齐；

（10）通过托换钢管侧壁上预留的注浆接头对地基土进行压力注浆；

（11）浇筑钢管桩的桩头部位；

（12）分层夯实回填操作坑。

进一步的，在所述钢管桩下端的侧壁上均布有多个出浆孔。

进一步的，在钢管壁上500mm范围内，沿钢管高度方向上布置5层出浆孔。

进一步的，所述出浆孔为圆形，孔径为Φ6，孔间距为50mm，上下两层出浆孔的距离为100mm。

进一步的，在分布有出浆孔的钢管桩的外壁上包裹一圈滤网。

进一步的，在所述滤网的外侧缠绕透水膜。

进一步的，在所述钢管桩的底端设有一桩靴，该桩靴为底面半径大于钢管半径的倒圆锥，该倒圆锥的锥角不大于60度。

本发明的另一个目的在于，提供一种建筑物地基加固托换墩，包括安装在建筑物基底下方的多个托换墩，所述托换墩内部设有与其同轴的钢管桩；所述钢管桩上端开口处固定一块中心开有圆孔的桩顶钢板；在所述桩顶钢板上固定有与钢管桩同轴的托换钢管，所述托换钢管上端与建筑物基底接触；在所述托换钢管侧壁上预制有注浆管接头；在所述钢管桩下端的侧壁上均布有多个出浆孔。

进一步的，在分布有所述出浆孔的钢管桩的外壁上包裹一圈滤网。

进一步的，在钢管桩的底端设有一桩靴，所述桩靴为底面半径大于钢管半径的倒圆锥。

与现有的墩式托换技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明通过预先在基底下压入托换钢管桩，能够避免托换墩施工期间引起既有建筑物基础和上部结构产生附加下沉，特别适用于建筑物地基事故处理和基础预防性托换。

（2）本发明大幅度提高了托换墩的承载力。通过对墩底持力层后压浆，使浆液在墩底部地基土层中有明显的扩散渗透、挤密、加固和局部膨胀扩径等作用，从而增加了托换墩的端承力，并可减少地基沉降。

（3）本发明显著提高了托换墩的抗压强度。钢管桩与墩身混凝土组合为劲性混凝土结构，形成复合材料，承载力大幅提高。

（4）基底部位采用微膨胀混凝土，避免了混凝土凝结硬化过程中由于收缩造成混凝土与基底脱空的问题；

（5）本发明具有施工工期短，成本低等优点。在托换墩施工完成后，即可进行上部结构施工，无施工间歇，缩短了工期，节约了成本。

附图说明

图1是本发明的建筑物基础托换墩的结构示意图；

图2是图1的A-A向视图；

图3是图1节点2的大样图；

图4是图1节点1的大样图。

图中各标号含义：1-既有建筑物基础、2-托换钢管、3-钢垫板、4-钢管桩、5-托换墩、6-被加固的土体、7-注浆管接头、8-注浆圆孔、10-带有注浆圆孔的钢板、11-滤网、12-注浆孔。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

参见图1～图4，本发明的一种建筑物地基加固托换墩的施工方法，具体包括以下步骤：

（1）根据建筑物基底1以上荷载和托换墩5的承载力，确定托换墩5的数量和位置，对托换墩5进行放线定位，相邻托换墩5间距介于1.8～2.0m。

（2）在托换墩5的对应位置处，距离建筑物基础1的外边缘10～20cm处竖直开挖导坑，该导坑的平面尺寸为1.2m×1.0m～1.5m×1.0m，导坑的深度至建筑物基础底面以下1.5～2.0m；

（3）开挖操作坑：将导坑在基础1底面以下的部分向基础1的内侧方向水平开挖至设计要求的托换墩5中心位置处，得到高度为1.8～2.0m的操作坑；

（4）在操作坑内托换墩5定位轴线处竖直安装第一节钢管并校正垂直，该第一节钢管底端带有桩靴；以建筑物基础1底面以上荷载为反力，使用压桩设备（如千斤顶）将该钢管竖直向下压入操作坑底部的地基土中；为了便于施工，将钢管预先加工成长度为1.0～1.5m的多段钢管；在第一个钢管上方依次竖直安装其余钢管，通过不断地压桩、接桩交替进行，钢管之间现场焊接为一整体，直至建筑物基础底面以下钢管桩4的长度≥托换墩设计长度+1000mm，即得到钢管桩4；

为了增加托换墩5的底端承载力，同时减少地基沉降，如图3所示，在钢管桩4下端的侧壁上均布有多个出浆孔12，这些出浆孔12能够使进入钢管桩4的水泥浆液直接渗入钢管底端的地层中并沿孔隙扩散。经试验，在钢管壁上500mm范围内，沿钢管高度方向上布置5层出浆孔。优选的，出浆孔12为圆形，圆形能够均匀地扩散；其优选的孔径为Φ6，孔间距为50mm，上下两层出浆孔12的距离为100mm。

另外，为了使第一节钢管在压入地基土的过程中出浆孔12不被堵住，在分布有出浆孔12的钢管外壁上包裹一圈滤网11，可选用点焊将滤网11固定在钢管壁上；防堵效果更好的是在滤网11的外侧缠绕聚乙烯保鲜膜，并用塑料胶带每隔100mm间距缠绕固定。

优选的，在第一节钢管的底端设有一桩靴9，该桩靴9为底面半径大于钢管半径的倒圆锥，该倒圆锥的锥角不大于60度。桩靴9的作用：a.保护钢管在压桩过程中，注浆孔不被破坏和堵塞；b.减小了压桩过程中桩周土的摩阻力，可以使钢管桩进入较深地层；c.便于压桩完成后，浆液能够从钢管中顺畅流出。优选的，该钢管（不含桩靴）的长度为1.0～1.5m，壁厚7mm，外径为Φ273mm。

（5）卸除压桩设备，然后在钢管桩4上端开口处固定一块桩顶钢板10，桩顶钢板10中心开有圆孔8。

（6）采用托换装置对钢管桩4进行预压托换处理，以阻止钢管桩4卸荷后产生回弹；

（7）在桩顶钢板10上固定一托换钢管2，托换钢管2上端放置钢板3与建筑物基础1接触，保证托换钢管2与钢管桩4同轴；在托换钢管2侧壁上预制有注浆管接头7，以便通过托换钢管2对托换墩5底端的地基土6进行注浆加固；

（8）以钢管桩4为中心轴，在建筑物基础底面以下开挖墩孔，孔径1500mm，孔深6000～9000mm；

（9）清底后，在托换墩孔内分层浇筑素混凝土并振捣密实，分层厚度为250～300mm，素混凝土浇筑高度与钢管桩4顶端平齐；

（10）墩身混凝土浇筑完成后3～5天，通过托换钢管上预留的注浆接头7对托换墩底端的地基土6进行压力注浆。注浆材料为纯水泥浆液，水灰比为0.45～0.60，注浆压力超过2.5MPa时结束注浆。

（11）浇筑桩头部位混凝土。桩头部位采用微膨胀素混凝土，混凝土强度等级不低于C30；

（12）分层回填并夯实操作基坑，分层厚度为250～300mm，回填料为2:8灰土或3:7灰土，单个托换墩5施工即告完成。

（13）重复上述步骤（2）～（12），沿建筑物基础的跨度方向上托换墩5的设计位置上重复设置多个托换墩5，整个工程即告完成。

实施例：

为了说明本发明的具体实施过程以及验证本发明的有效性，发明人给出以下施工实施例。

某电厂煤泥泵房设备基础为筏板，基础尺寸为11000mm×9000mm，厚1000mm。由于基底土浸水，造成筏板基础不均匀沉降，必须进行加固处理，经多种加固方案比较，确定采用墩式托换法对筏板地基进行加固处理。

依据勘察报告，地质条件自上而下依次为：①杂填土，层厚0.6～1.0m，松散；②素填土，层厚约0.8m，坚硬；③粉质粘土，层厚约0.4m，可塑；④砂砾石层，层厚1.7m，松散；⑤粉质粘土，层厚1.1m，软塑；⑥古土壤，层厚0.60m，坚硬；⑦粉质粘土，层厚2.9m，坚硬；⑧砂砾石层，层顶埋深约为8.0m左右，本层未穿透。地下水埋藏较深，可不考虑其对基础的影响。

根据加固设计要求：在筏板基础沉降较大一侧基底下共布置7根托换墩，以⑧砂砾石层作为持力层，墩间距1850mm，托换墩直径1500mm，深度9.0m，承载力为800kN。为防止托换墩施工期间筏板基础产生附加下沉，先施工钢管托换桩，然后施工托换墩。

具体施工过程如下：

（1）根据建筑物基底1以上荷载和托换墩5的承载力，确定托换墩5的数量和位置，对托换墩5进行放线定位，相邻托换墩间距为1.85m；

（2）在托换墩5的位置，距离筏板基础1的外边缘10～20cm处竖直开挖导坑，导坑的平面尺寸为1.2m×1.0m，导坑的深度至筏板基础1底面以下2.0m；

（3）开挖操作坑：将导坑在筏板基础1底面以下的部分向筏板基础1的内侧方向水平开挖至设计要求的托换墩5中心位置处，得到高度为2.0m的操作坑；

（4）在操作坑内托换墩5定位轴线处竖直安装第一节底端带有桩靴的钢管桩，钢管桩4与托换墩5同轴，钢管桩为无缝钢管，型号为Φ273mm，壁厚7mm。校正垂直后，以筏板基础1底面以上荷载为反力，使用500kN油压千斤顶将钢管竖直向下压入操作坑底部的地基土中。钢管预先加工成长度为1.0～1.5m的若干段。通过不断地压桩、接桩交替进行，直到钢管桩4长度不小于10m时为止，桩段之间连接采用沿周圈焊接。

第一节钢管为底端带有桩靴、侧壁钻有注浆孔的特制钢管，长度为1.0m（不含桩靴部分），在钢管壁上500mm范围内，沿钢管高度方向钻有5排孔径为Φ6的出浆孔，孔间距为50mm，排距为100mm。出浆孔外侧缠绕包裹一圈滤网，并用点焊将滤网固定在钢管壁上，在滤网的外侧缠绕2道聚乙烯保鲜膜，并用塑料胶带每隔100mm间距缠绕固定。

（5）卸除压桩设备，然后在钢管桩上端开口处固定一块截面为250mm×250mm，厚度为20mm的钢板10，钢板中心预先钻有直径为Φ50mm的圆孔。

（6）采用托换装置对钢管桩4进行预压托换处理，以阻止钢管托换桩4卸荷后产生回弹；

（7）在钢管桩4桩顶钢板10上固定一外径Φ159，壁厚6mm的托换钢管2，托换钢管2上端放置一块截面为200mm×200mm，厚度为20mm的钢板3并与基础1底面顶紧，保证托换钢管2与钢管桩4同轴。在托换钢管2壁上预先制作好注浆管接头7，以便通过钢管2对托换墩5底端地基土进行注浆；

（8）以钢管桩4为中心，在基底1下开挖墩孔，孔径1500mm，孔深9000mm；

（9）清底后，在墩孔内分层浇筑素混凝土并振捣密实，分层厚度为300mm，混凝土浇筑至钢管桩4桩头部位平齐时停止浇筑，混凝土强度等级为C30；

（10）墩身混凝土浇筑完成后3天，通过托换钢管2上预留的注浆孔7对地基土6进行压力注浆。注浆材料为纯水泥浆液，水灰比为0.50，水泥为42.5R级普通硅酸盐水泥，注浆压力超过2.5MPa时结束注浆工作。

（11）浇筑桩头部位混凝土。桩头部位采用微膨胀素混凝土，混凝土强度等级为C30；

（12）分层回填夯实操作基坑，分层厚度为300mm，回填料为2:8灰土，单个托换墩施工即告完成。

（13）重复上述步骤（2）～（12），整个工程即告完成。

加固效果：本次地基加固，钢管桩4施工采用间隔开挖，经多次观测施工期间基础最大附加沉降为0.5cm，托换墩施工完成后，建筑物基础及上部结构沉降无变化，加固效果良好。

Claims (2)

1.一种建筑物地基加固托换墩的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

（1）根据建筑物基底以上荷载和托换墩的承载力，确定托换墩的数量和位置，对托换墩进行放线定位，相邻托换墩间距介于1.8～2.0m；

（2）在托换墩的对应位置处，距离建筑物基础的外边缘10～20cm处竖直开挖导坑，该导坑的平面尺寸为1.2m×1.0m～1.5m×1.0m，导坑的深度至建筑物基础底面以下1.5～2.0m；

（3）开挖操作坑：将导坑在基础底面以下的部分向基础的内侧方向水平开挖至设计要求的托换墩中心位置处，得到高度为1.8～2.0m的操作坑；

（4）在操作坑内托换墩定位轴线处竖直安装第一节钢管并校正垂直，该第一节钢管底端带有桩靴；以建筑物基础底面以上荷载为反力，使用压桩设备将该钢管竖直向下压入操作坑底部的地基土中；将钢管预先加工成长度为1.0～1.5m的多段钢管；在第一个钢管上方依次竖直安装其余钢管，通过不断地压桩、接桩交替进行，钢管之间现场焊接为一整体，直至建筑物基础底面以下钢管桩的长度≥托换墩设计长度+1000mm，即得到钢管桩；

在钢管桩下端的侧壁上均布有多个出浆孔；在钢管壁上500mm范围内，沿钢管高度方向上布置5层出浆孔；出浆孔为圆形；孔径为Φ6，孔间距为50mm，上下两层出浆孔的距离为100mm；

在分布有出浆孔的钢管外壁上包裹一圈滤网，在滤网的外侧缠绕聚乙烯保鲜膜，并用塑料胶带每隔100mm间距缠绕固定；

在第一节钢管的底端设有一桩靴，该桩靴为底面半径大于钢管半径的倒圆锥，该倒圆锥的锥角不大于60度；该钢管不含桩靴的长度为1.0～1.5m，壁厚7mm，外径为Φ273mm；

（5）卸除压桩设备，然后在钢管桩上端开口处固定一块桩顶钢板，桩顶钢板中心开有圆孔；

（6）采用托换装置对钢管桩进行预压托换处理；

（7）在桩顶钢板上固定一托换钢管，托换钢管上端放置钢板与建筑物基础接触，保证托换钢管与钢管桩同轴；在托换钢管侧壁上预制有注浆管接头，以便通过托换钢管对托换墩底端的地基土进行注浆加固；

（8）以钢管桩为中心轴，在建筑物基础底面以下开挖墩孔，孔径1500mm，孔深6000～9000mm；

（9）清底后，在托换墩孔内分层浇筑素混凝土并振捣密实，分层厚度为250～300mm，素混凝土浇筑高度与钢管桩顶端平齐；

（10）墩身混凝土浇筑完成后3～5天，通过托换钢管上预留的注浆接头对托换墩底端的地基土进行压力注浆；注浆材料为纯水泥浆液，水灰比为0.45～0.60，注浆压力超过2.5MPa时结束注浆；

（11）浇筑桩头部位混凝土：桩头部位采用微膨胀素混凝土，混凝土强度等级不低于C30；

（12）分层回填并夯实操作基坑，分层厚度为250～300mm，回填料为2:8灰土或3:7灰土，单个托换墩施工即告完成；

（13）重复上述步骤（2）～（12），沿建筑物基础的跨度方向上托换墩的设计位置上重复设置多个托换墩，整个工程完成。

2.一种建筑物地基加固托换墩，其特征在于，包括安装在建筑物基底下方的多个托换墩，相邻托换墩间距介于1.8～2.0m；所述托换墩内部设有与其同轴的钢管桩，建筑物基础底面以下钢管桩的长度≥托换墩设计长度+1000mm；所述钢管桩上端开口处固定一块中心开有圆孔的桩顶钢板，桩顶钢板中心开有圆孔；在所述桩顶钢板上固定有与钢管桩同轴的托换钢管，所述托换钢管上端与建筑物基底接触；在所述托换钢管侧壁上预制有注浆管接头；在所述钢管桩下端的侧壁上均布有多个出浆孔；在钢管壁上500mm范围内，沿钢管高度方向上布置5层出浆孔；出浆孔为圆形，圆形能够均匀地扩散；孔径为Φ6，孔间距为50mm，上下两层出浆孔的距离为100mm；在分布有所述出浆孔的钢管桩的外壁上包裹一圈滤网；在滤网的外侧缠绕聚乙烯保鲜膜，并用塑料胶带每隔100mm间距缠绕固定；

在钢管桩的底端设有一桩靴，所述桩靴为底面半径大于钢管半径的倒圆锥，该倒圆锥的锥角不大于60度。

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