CN111236683B - 剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于土木工程加固技术领域，涉及一种剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置和施工方法，包括第一环形板和第二环形板；第二环形板通过调节板与第一环形板相连；且第一环形板通过第一支撑杆与地面相固定；第二环形板通过第二支撑杆与地面相固定；调节板包括内调节板与外调节板；内调节板嵌套在外调节板内部且内调节板相对于外调节板自由移动，内调节板和外调节板上均开设有注浆孔，还包括加固桩；通过环形板和支撑杆对柱体剪切破环处进行加固，同时采用桩体静压法通过设置加固桩对基础也进行加固，保证了柱体和基础能够共同承担荷载，承载力大大提高，有效保障柱体结构的安全和可靠性，且施工过程简单，设备投资少。

Description

剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置及施工方法
技术领域
本发明属于土木工程加固技术领域，尤其涉及一种剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置和施工方法。
背景技术
剪切破坏是框架柱抗震设计中要避免的破坏方式，同时由于剪切破坏主要发生在轴压比较大、剪跨比较小、混凝土强度或箍筋约束不足的情况下，因此，目前工程中常用的混凝土柱加固方法包括以下三种方法：
(1)增大截面加固法：该方法又称为外包混凝土加固法，是采用增大构件或建筑物的截面和配筋，以提高其强度、刚度、稳定性和抗裂性来满足构件正常使用要求的一种加固形式；增大截面加固法有四周外包、单面加厚和双面加厚等加固形式；增大截面加固法具有施工工艺简单、对构件承载力提高较大、适用面广的优点，但其施工工作量较大，且对构件尺寸和自重增加较大，而且柱截面增大后，对原有结构的外观和净空有一定的影响。
(2)外包钢加固法：该方法是指在混凝土柱的四角或两面包型钢的一种加固方法，分为干式外包钢与湿式外包钢两种形式。干式外包钢即将型钢直接外包于原柱上或填塞有水泥砂浆但无法保证结合面剪力的有效传递；湿式外包钢则采用在型钢和原柱间保留一定的缝隙，并在其中浇灌乳胶水泥砂浆或环氧砂浆使两者粘结在一起的方法进行加固；外包钢加固法加固混凝土柱具有施工简便、现场作业量小、构件尺寸增加小、可大幅提高构件的承载力的优点，但其用钢量大，加固费用较高，且其对混凝土横向约束较低。
(3)使用碳纤维布对钢筋混凝土柱进行加固，常采用横向包裹的方式，碳纤维布对混凝土的约束作用与箍筋的约束作用类似，可使其包裹的混凝土处于三向受压状态下；碳纤维布的约束作用是一种被动约束，随着混凝土轴向力的增长，横向膨胀使碳纤维布产生环向伸长，从而达到侧向约束混凝土的目的，碳纤维布加固混凝土柱具有施工便捷、耐腐蚀、适用面广、不增加结构尺寸、自重轻等优点，是近年来应用较多且发展很快的一种加固方法；横向包裹碳纤维布加固混凝土柱可较大地提高柱的延性，但由于碳纤维布是一种各项异性的材料，其纤维方向的强度与弹模远大于其垂直纤维方向的强度与弹模，故其对加固柱的极限承载力提高幅度不大。
发明内容
针对现有柱体加固时承载力低、施工复杂和投资大的技术问题，本发明提供一种剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置和施工方法，在对柱体进行加固的同时对桩体共同加固，保证柱体和桩体能够共同承担荷载，承载力大大提高，柱体结构的整体安全和可靠性好，结构简单易操作，投资小。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置，包括自上而下依次设置的第一环形板和第二环形板；所述第二环形板通过调节板与第一环形板相连；且第一环形板通过第一支撑杆与地面相固定；第二环形板通过第二支撑杆与地面相固定。
进一步的，所述调节板包括内调节板与外调节板；所述内调节板嵌套在外调节板内部且内调节板相对于外调节板自由移动；所述内调节板与第一环形板相连；所述外调节板与第二环形板相连。
进一步的，所述内调节板和外调节板上均开设有注浆孔。
进一步的，所述剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置还包括设置在第一支撑杆和/或第二支撑杆上的千斤顶。
进一步的，所述剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置还包括加固桩；所述加固桩一端打入地下并通过卡紧装置与基础底板卡紧；所述加固桩另一端与第一支撑杆相连；所述加固桩置于柱体侧部。
一种剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置的施工方法，包括以下步骤：
1)当检测到柱体发生剪切破坏时，将第一环形板包裹在剪切破环的上段柱体外部并卡紧；第二环形板包裹在剪切破坏的下段柱体外部并卡紧；通过第一支撑杆和第二支撑杆对柱体进行加固；
2)调节调节板的位置，使得注浆孔置于剪切破坏处，并通过注浆孔向柱体剪切破坏部位进行注浆修复加固；
3)采用静压法在基础底板上设置加固桩，并通过钢梁使得加固桩和第一环形板的相连，使得在静压打桩时，上部结构传来的荷载能为打桩提供反力，且加固桩与第一环形板形成的整体结构能最大限度的承载从上部结构传递而来的荷载。
进一步的，所述步骤2)中，通过在第一支撑杆和第二支撑杆上设置千斤顶，通过在内调节板和外调节板之间设置液压缸，从而能根据柱体剪切破坏发生的位置，调节上段柱体的竖直高度和下段柱体的竖直高度之间的支撑高度，同时与内调节板和外调节板之间的液压缸相互作用，调节注浆孔置于剪切破坏位置处，满足实际的施工需求；注浆完成修复完成后封闭注浆孔，柱体完成加固。
进一步的，所述步骤3)中，通过在基础底板上开设桩孔将加固桩静压打入桩孔，且桩孔直径大于加固桩直径，并通过对基础底板上的孔洞注浆加固，加固桩和基础底板形成整体。
进一步的，所述步骤3)中，通过卡紧装置使得加固桩与基础底板卡紧，同时利用钢梁将加固桩与第一支撑杆相连，进而使得加固桩与第一环形板连接，还通过加固桩上的千斤顶调节加固桩与第一支撑杆的连接位置，在静压打桩时上部结构传来的荷载能为加固桩打入基础底板上提供反力，由于柱体支撑加固与桩体静压加固共同作用，能最大限度的承载从上部结构传递而来的荷载。
本发明的有益效果是：
1、本发明中，采用第一环形板包住剪切破坏的上段柱体并通过第一支撑杆支撑于地面上，第二环形板包住剪切破坏柱的下段柱体并通过第二支撑杆支撑于地面上，并用螺栓卡紧第一环形板和第二环形板，从而实现对柱体的加固，能提高柱体的负载，操作简单且设备投资少。
2、本发明中，在第一环形板和第二环形板之间设置调节板，通过调节板调节之间的距离位置，并通过注浆孔在柱体剪切破坏处浇筑混凝土，对剪切破环进行修复，进一步对柱体加固，保证柱体的安全。
3、本发明中，在柱体两侧设置加固桩，加固桩的一端打入地下通过卡紧装置与基础底板卡紧，因此，在地面下，加固桩和基础底板形成整体，实现桩体的静压加固，提高承载能力。
4、本发明中，在地面上，加固桩的另一端通过钢梁与第一支撑杆相连，使得加固桩、钢梁、第一支撑杆和第一环形板之间形成一个加固整体，柱体加固和桩体静压加固双重作用，整个装置承载力大大提高，能最大限度的承受柱体上部传递的载荷，安全可靠性好；在静压打桩时上部结构传来的荷载能为加固桩打入基础底板上提供反力。
附图说明
图1为本发明提供的柱体加固和桩体静压装置示意图；
其中：
1—第一环形板；2—第二环形板；3—第一支撑杆；4—第二支撑杆；5—调节板；6—注浆孔；7—加固桩；8—卡紧装置。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本发明提供的剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置，包括自上而下依次设置的第一环形板1和第二环形板2；第二环形板2通过调节板5与第一环形板1相连；且第一环形板1通过第一支撑杆3与地面相固定；第二环形板2通过第二支撑杆4与地面相固定。
参见图1，本实施例中，第一环形板1采用环形钢板，第一支撑杆3包括两个L形结构的支撑杆，实施时，两个L形结构的支撑杆对称放置，且一端均与第一环形板1相连，另一端与地面固定连接，第一支撑杆3与第一环形板1连接后呈“门”字形结构与地面相固定。
参见图1，本实施例中，第二环形板2采用环形钢板，第二支撑杆4的结构与第一支撑杆3的结构相同，第二支撑杆4与第二环形板2连接后也呈“门”字形结构与地面相固定，且第一支撑杆4和第二环形板2组成的整体结构置于第一支撑杆3与第一环形板1组成的整体结构内。
本实施例中，调节板5包括内调节板与外调节板；内调节板嵌套在外调节板内部且内调节板相对于外调节板自由移动；内调节板与第一环形板1相连；外调节板与第二环形板2相连。实施时，内调节板和外调节板之间设置有液压缸，从而实现内调节板和外调节板之间的相对移动。
本实施例中，内调节板和外调节板上均开设有注浆孔6。注浆孔6为条状注浆孔，在内调节板和外调节板移动时，确保条状注浆孔6的孔隙畅通，便于注浆。
本实施例中，在第一支撑杆3上设置千斤顶，千斤顶为两个，对称设置于第一支撑杆3与第一环形板1连接构成的“门”字形结构的竖直支撑杆上，在增加第一支撑杆3承载能力的同时调节第一支撑杆3竖直方向的高度。
实施例2
本实施例中，与实施例1不同的是，在第二支撑杆4上设置千斤顶，千斤顶为两个，对称设置于第二支撑杆4与第二环形板2连接构成的“门”字形结构的竖直支撑杆上，在增加第二支撑杆4承载能力的同时调节第二支撑杆3竖直方向的高度。
实施例3
进一步的，在实施例1的基础上，本实施例中，在第二支撑杆4上设置千斤顶，千斤顶为两个，对称设置于第二支撑杆4与第二环形板2连接构成的“门”字形结构的竖直支撑杆上，在增加第二支撑杆4承载能力的同时调节第二支撑杆3竖直方向的高度。
实施例4
进一步的，在实施例3的基础上，柱体剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置还包括设置加固桩7；加固桩7一端插入地下并通过卡紧装置8与基础底板卡紧；加固桩7另一端与第一支撑杆3相连。
参见图1，本实施例中，加固桩7为两个，且分别置于柱体两侧。实施时，在地面下的原有基础底板上钻打桩孔，桩孔的孔直径比加固桩直径大100mm，将加固桩7压入桩孔内，加固桩7的上节和加固桩7的下节之间在基础底板上通过卡紧装置8卡紧。具体的，在静压打入加固桩7时，加固桩7穿过基础底板上桩孔时张开，当加固桩7打入到设计标高时，加固桩7上的卡紧装置8卡住基础底板，基础底板的孔洞注浆加固，在地面下，加固桩7与基础底板形成整体，共同承担上部结构传来的荷载。
本实施例中，在地面上，加固桩7一端通过横向钢梁与第一支撑杆3相连，加固桩7、第一支撑杆3和第一环形板1形成整体，承载力增加；在静压打桩时上部结构传来的荷载能为加固桩打入基础底板上提供反力。
本实施例中，在两个加固桩7上均设置千斤顶，当柱体剪切破坏位置发生破坏时，第一环形板1个第二环形板2的位置发生变化，通过加固桩7上千斤顶调节加固桩7通过钢梁与第一支撑杆3连接，从而使得加固桩7与第一环形板1相连，实现双重加固作用，满足实际施工的需求。
实施例5
现结合柱体剪切破环的实际应用场景，进一步说明本发明提供的加固施工装置和施工方法。
1)当检测到柱体发生剪切破坏时，将第一环形板1包裹在剪切破环的上段柱体外部并卡紧；第二环形板2包裹在剪切破坏的下段柱体外部并卡紧；通过第一支撑杆3和第二支撑杆4对柱体进行加固；
2)调节调节板5的位置，使得注浆孔6置于剪切破坏处，并通过注浆孔6向柱体剪切破坏部位进行注浆修复加固；
3)采用静压法在基础底板上设置加固桩7，并通过钢梁使得加固桩7和第一环形板1的相连，使得在静压打桩时，上部结构传来的荷载能为打桩提供反力，形成的整体结构能最大限度的承载从上部结构传递而来的荷载。
本实施例，步骤1)中，第一支撑杆3上端与第一环形板1连接固定，第二支撑杆4上端与第二环形板2连接固定，第一支撑杆3底端和第二支撑杆3底端分别与地面相固定，实现对柱体的加固，增加承载能力。
本实施例，步骤2)中，通过在第一支撑杆3和第二支撑杆4上设置千斤顶，通过在内调节板和外调节板之间设置液压缸，从而能根据柱体剪切破坏发生的位置，调节上段柱体的竖直高度和下段柱体的竖直高度，同时与内外调节板之间液压缸能够相互作用，调节注浆孔6置于剪切破坏位置处，满足实际的施工需求；注浆完成修复完成后封闭注浆孔，柱体完成加固。
本实施例，步骤3)中，通过卡紧装置8使得加固桩7与基础底板卡紧，同时利用钢梁将加固桩7与第一支撑杆3相连，进而使得加固桩7与第一环形板1连接，还通过加固桩7上的千斤顶调节加固桩7与第一支撑杆3的连接位置，在静压打桩时上部结构传来的荷载能为加固桩7打入基础底板上提供反力，由于柱体加固与桩体静压加固共同作用，能最大限度的承载从上部结构传递而来的荷载。
具体的，当柱体剪切破坏位置发生破坏时，第一环形板1个第二环形板2的位置发生变化，此时通过第一支撑杆3上的千斤顶调节第一环形板1和第一支撑杆3相连接固定剪切位置处的上段柱体；通过第二支撑杆4上的千斤顶调节第二环形板2和第二支撑杆4相连固定剪切位置处的下段柱体，同时通过调节板5调节注浆孔6置于剪切破坏处，对柱体进行注浆修复加固；此外，再通过加固桩7上千斤顶调节加固桩7地面端的竖直方向高度位置，且通过钢梁将加固桩7的顶端与第一支撑杆3连接，从而使得加固桩7与第一环形板1相连，实现双重加固作用，满足实际施工的需求；同时，在静压打桩时上部结构传来的荷载能为加固桩7打入基础底板上提供反力。
具体的，本发明在实施时的操作步骤如下：
第一步：用第一环形板1包住剪切破坏的上段柱体，并用螺栓卡紧第一环形板1，使第一环形板1紧箍上段柱体；并通过第一支撑杆3支撑于地面上进行加固；第一支撑杆3竖向方向上对称设置千斤顶，便于能够与内调节板和外调节板之间液压缸相互作用，根据柱体实际的剪切破坏位置调节上段柱体的竖向支撑高度；
第二步：用第二环形板2包住剪切破坏柱的下段柱体，并用螺栓卡紧第二环形板2，使第二环形板2紧箍下段柱体，并通过第二支撑杆4支撑于地面进行加固；第二支撑杆4竖向方向上对称设置千斤顶，便于能够与内调节板和外调节板之间液压缸相互作用，根据柱体实际的剪切破坏位置调节下段柱体的竖向支撑高度；
第三步：通过调节板5连接第一环形板1和第二环形板2，调节板5可以调节上段柱体和下段柱体之间的相对位置，调节板5由内外嵌套的内调节板和外调节板组成，内调节板和外调节板之间设置液压缸可以实现内调节板和外调节板之间的相对移动，且内调节板和外调节板上开设有条状注浆孔6，注浆孔6是可封闭的条状注浆孔，条状注浆孔6在内调节板和外调节板相对移动时，确保注浆孔的孔隙畅通，便于注浆；
第四步：通过条状注浆孔6在发生剪切破坏的上段柱体与下段柱体之间浇筑混凝土，对于柱体剪切破坏部位进行注浆修复，柱体加固；注浆完成后，密封注浆孔6；
第五步：设置加固桩7；在地面下的原有基础底板上钻打桩孔，桩孔的孔径比加固桩直径大100mm，然后将加固桩7压入桩孔内；加固桩7为两个，分别置于柱体两侧；
第六步：加固桩7的上节和加固桩7的下节之间均设置卡紧装置8，在静压法打加固桩7时，穿过基础底板时，基础底板上的孔洞张开，当加固桩7打入到设计标高时，加固桩7上的卡紧装置8卡住基础底板，基础底板上的孔洞注浆加固，两个加固桩7与原有基础底板形成整体，共同承担上部结构传来的荷载；
第七步：静压法反力装置，两个加固桩7置于地面上的一端均通过钢梁与第一支撑杆3相固定，两个加固桩7、第一支撑杆3和第一环形板1连接成整体共同作用，最大限度的承载柱体上部结构传递下来的荷载；在静压打桩时上部结构传来的荷载能为加固桩7打入基础底板上提供反力。
以上是本发明的较佳实施例，但是本发明中加固桩的个数不仅限于两个，根据实际的施工情况，加固桩也可以是三个或多个。
综上，本发明提供的剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置和施工方法，在基础下陷导致的柱体剪切破坏状态下对柱体进行加固，并且在加固柱体的同时采用桩体静压方法对基础也进行加固，丰富了结构柱加固的方法，解决了基础下陷导致的柱体剪切破坏，保证了柱体和基础能够共同承担结构上部传来的荷载，有效保障柱体结构的安全和可靠性，施工过程简单，设备投资少。

Claims (6)

1.一种剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置，其特征在于：所述剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置包括自上而下依次设置的第一环形板(1)和第二环形板(2)；所述第二环形板(2)通过调节板(5)与第一环形板(1)相连；且第一环形板(1)通过第一支撑杆(3)与地面相固定；第二环形板(2)通过第二支撑杆(4)与地面相固定；
所述调节板(5)包括内调节板与外调节板；所述内调节板嵌套在外调节板内部且内调节板相对于外调节板自由移动；所述内调节板与第一环形板(1)相连；所述外调节板与第二环形板(2)相连；所述内调节板和外调节板上均开设有注浆孔(6)；
所述剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置还包括加固桩(7)；所述加固桩(7)一端打入地下并通过卡紧装置(8)与基础底板卡紧；所述加固桩(7)另一端与第一支撑杆(3)相连；所述加固桩(7)置于柱体侧部。
2.根据权利要求1所述的剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置，其特征在于：所述剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置还包括设置在第一支撑杆(3)和/或第二支撑杆(4)上的千斤顶。
3.一种基于权利要求2所述的剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)当检测到柱体发生剪切破坏时，将权利要求1所述的第一环形板(1)包裹在剪切破环的上段柱体外部并卡紧；第二环形板(2)包裹在剪切破坏的下段柱体外部并卡紧；通过第一支撑杆(3)和第二支撑杆(4)对柱体进行加固；
2)调节调节板(5)的位置，使得注浆孔(6)置于剪切破坏处，并通过注浆孔(6)向柱体剪切破坏部位进行注浆修复加固；
3)采用静压法在基础底板上设置加固桩(7)，并通过钢梁使得加固桩(7)和第一环形板(1)的相连，使得在静压打桩时，上部结构传来的荷载能为打桩提供反力，且加固桩(7)与第一环形板(1)形成的整体结构能最大限度的承载从上部结构传递而来的荷载。
4.根据权利要求3所述的剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤2)中，通过在第一支撑杆(3)和第二支撑杆(4)上设置千斤顶，通过在内调节板和外调节板之间设置液压缸，从而能根据柱体剪切破坏发生的位置，调节上段柱体的竖直高度和下段柱体的竖直高度之间的支撑高度，同时与内调节板和外调节板之间的液压缸相互作用，调节注浆孔(6)置于剪切破坏位置处，满足实际的施工需求；注浆完成修复完成后封闭注浆孔，柱体完成加固。
5.根据权利要求3所述的剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤3)中，通过在基础底板上开设桩孔将加固桩(7)静压打入桩孔，且桩孔直径大于加固桩(7)直径，并通过对基础底板上的孔洞注浆加固，加固桩(7)和基础底板形成整体。
6.根据权利要求5所述的剪切破坏下柱体加固和桩体静压施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤3)中，通过卡紧装置(8)使得加固桩(7)与基础底板卡紧，同时利用钢梁将加固桩(7)与第一支撑杆(3)相连，进而使得加固桩(7)与第一环形板(1)连接，还通过加固桩(7)上的千斤顶调节加固桩(7)与第一支撑杆(3)的连接位置，在静压打桩时上部结构传来的荷载能为加固桩(7)打入基础底板上提供反力，由于柱体支撑加固与桩体静压加固共同作用，能最大限度的承载从上部结构传递而来的荷载。
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