CN113863705B - 基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法及应用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法及应用装置，其中方法为步骤一、明确旋喷钢管托换桩的设计长度；步骤二、设计旋喷钢管托换桩；步骤三、应用装置采用旋压一体机施工；步骤四、钢管桩桩段控制施工；步骤五、浇筑完成加固承台和加固承台内筋并对下部的土体进行开挖；步骤六、施工新基础和新柱；步骤七、将加固承台和旋喷钢管托换桩切除；步骤八、施工作业的分区逐步开展，完成托换。本发明通过加固承台内筋和加固承台的设置，提供了连接和承力基础；通过旋喷钢管托换桩设置，对既有建筑下不同地质条件地基基础加固进行桩基设计，且可进一步利用旋喷钢管托换桩；通过旋压一体机的应用，可狭小的空间内施工。

Description

基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法及应用装置

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，特别涉及基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法及应用装置。

背景技术

我国既有建筑体量已经达到400亿平方米（2018年），其中由于各种原因需要加固改造的既有建筑，数量庞大，既有建筑加固改造市场体量巨大。在既有建筑下进行地下空间开发，是对既有建筑建筑面积扩增，对既有建筑功能进行提升的重要方式，采用各种地下空间开发形式对既有建筑实现地下扩容市场需求及市场容量巨大。

既有建筑地下空间拓展与加固改造，需要解决好既有建筑结构的荷载传递或转换、加固改造过程中既有建筑的变形控制、新老结构连接等一系列问题，确保结构具有很好的安全性能、使用性能和耐久性能。且对于不良地质或含有地下水的地层在地下室这个狭小空间内如何对应的便捷施工也缺乏相应设计。

发明内容

本发明提供了基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法及装置，用以解决既有建筑加固改造的针对基础的加固托换、托换桩的设计及便捷施工、托换桩装置的应用等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，加固的既有建筑包含原基础和原柱；所述原柱顶部连接楼板或地下室顶板，拟建建筑位于原基础以下；具体步骤如下：

步骤一、结合原地勘报告、补充勘察报告，对既有建筑内拟建场地在勘察最深范围内分层，明确桩身设计范围各土层主要物理力学指标、桩侧、桩端阻力，由此明确旋喷钢管托换桩的设计长度；补充勘察期间进一步探明地下水位和地下水类型；

步骤二、对拟建场地进行三通一平，并对应施工作业面开槽，在原基础上围绕原柱两侧或四周对称设计下部旋喷钢管托换桩并测量放线，采用静力开孔，并预先标记原基础上植筋、原柱上植筋和旋压一体机固定位置；

步骤三、正式施工前，为了调试设备、获取现场施工参数，开展试桩试验；旋喷钢管托换桩的桩孔采用旋压一体机中旋喷组件进行引孔，旋喷桩旋喷桩根据工程需要和土质条件利用高压旋喷形成旋喷孔，通过喷射水泥浆、气和水形成旋喷桩，而后再通过旋压一体机进行钢管桩的静压；其中，旋喷桩和钢管桩的施工可分为独立的两步施工或分段交替进行，旋压一体机的高度小于原基础顶部至楼板或地下室顶板的高度，旋压一体机包含门式架和门式架上可拆卸连接有旋喷子组件和静压子组件；

步骤四、钢管桩桩段就位必须保持垂直，钢管桩段轴线与旋喷桩在一个位置上，同心同轴；保持同一垂直线上，不得偏压，压桩套上钢桩帽再进行压桩；同时，最后一节钢管采用送装器控制桩顶标高；

步骤五、待旋喷钢管托换桩安装检测完毕后进行封桩，而后在原基础四周及竖向上间隔连接有基础植筋、在原柱四周和竖向上连接柱植筋，且对应原基础设计加固承台和加固承台内筋；浇筑完成加固承台和加固承台内筋，对原基础下部的土体进行开挖，直至挖至拟建的基础底面；

步骤六、在拟建的基础底面施工新垫层、新基础和新柱，其中新柱中轴线对应原柱中轴线，旋喷钢管托换桩关于新柱对称设置；

步骤七、新柱顶部连接于原基础底部，上部结构荷载通过原基础传递入新柱，待新柱连接完成后，荷载从旋喷钢管托换桩转移到新柱子上，再将加固承台和旋喷钢管托换桩切除；

步骤八、上述施工流程应根据施工作业的分区逐步开展，并考虑工程结构与荷载的对称性，旋喷钢管托换桩施工作业面对称；在同一基础上一次只能施工一根桩，同一基础上相邻桩之间的施工时间间隔不少于1天，由此完成托换。

进一步的，对于步骤三中，旋压一体机通过角部锚杆与原有地面通过锚杆连接，锚杆长度根据锚杆钢筋确定，一般不小于550mm（锚固段不少于350mm，外露段不少于200mm），采用成孔埋设；锚杆在施工前进行3根抗拔试验，单根极限抗拔力大于设计值，一般不小于80kN；锚杆孔严格定位，成孔应垂直，确保锚固力，采用水钻方法成孔，注入植筋胶，再安放钢筋，待植筋胶强度达到设计要求后，将旋压一体机的门式架固定在锚栓上并锁紧螺母。

进一步的，对于步骤四中，旋喷钢管托换桩顶部嵌入原基础内，其中，旋喷桩有效桩径或通过设计确定，浆液采用水泥净浆，水泥用量根据设计要求，一般不小于140kg/m，水灰比为0.6~1.2；旋喷桩设计参数，喷水压力≥20MPa；喷浆压力≥10MPa；气流压力≥0.7MPa；提升速度≤300mm/min；钢管桩按每节1~3m分段压入，钢管桩接头采用对接焊加管片焊或者套丝连接或者坡口焊等方式；

所述旋喷钢管托换桩中钢管桩还可为H形、T形或工字形钢桩、预制方桩；钢管桩直径为108-400mm，钢材强度不低于Q235；

所述原基础或新基础是钢筋混凝土结构，原基础或是混凝土基础、砖基础、毛石混凝土基础、灰土基础等无筋扩展基础、扩展基础、柱下条形基础、筏形基础或箱形基础。

进一步的，对于步骤四中，钢管顶标高不得低于设计桩顶标高，钢管内水泥浆液应灌注至设计桩顶标高以上不少于200mm；待水泥浆硬化后，进行截桩头施工，将钢管桩桩头截至设计桩顶标高；钢管内部还设置有钢筋笼或竖向加强件，钢筋笼和竖向加强件顶部锚入加固承台，或分别与加固承台内筋连接。

进一步的，对于步骤五中，加固承台和加固承台内筋施工时，先将原基础和原柱四周凿毛，并对称设置基础植筋；其中加固承台内筋至少包含有双层水平筋，且水平筋高度范围均与原柱连接。

进一步的，安装旋压一体机，根据测放的桩位进行桩机对位，其中旋喷子组件中钻杆垂直度靠钻机自身配备的双线锤和钻机上的水平尺进行双控，必要时用经纬仪双向90°进行校正，垂直度偏差不大于1%；钻机就位后，开动动力头旋动钻杆，通过钻头水平或钻头底部方向的喷射高压水或者不喷射高压水，钻进至设计桩底标高。

进一步的，钻进设计桩底标高后，开动动力头旋动钻杆，启动高压注浆泵、向钻杆底部的钻头提供高压空气及浆液，通过钻头水平或钻头底部方向的高压喷射流，一边切割土体、一边提升，同时喷射浆液；控制高压注浆泵压力，喷至旋喷设计桩顶标高。基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑方法的应用装置，包含原基础开孔用开槽机和旋喷钢管托换桩用旋压一体机；

所述旋压一体机包含门式组件、连接于门式组件与底部基础之间的底连组件、连接于门式组件两侧的伸缩组件、连接于门式组件中上部的动力组件、与动力组件连接且位于门式组件横向内中部的旋压安装连部以及连接门式组件中下部的定位组件；

所述旋压安装组件包含连接于门式组件横部下方的旋压安装顶部、连接于顶部正下方的旋压安装连部、连接于旋压安装连部旋喷子组件或静压子组件；所述旋喷子组件包含钻杆、钻头和注浆管；静压子组件包含压连杆和压件；

所述定位组件包含可拆卸连接门式组件两侧的定位横板、连接于定位横板和门式组件之间的定位连板、水平垂直连接于两定位横板中部的之间的定位连杆、连接于定位连杆外端部的定位筒；所述定位筒对应旋喷子组件中钻杆或静压子组件中压连杆设置。

进一步的，所述底连组件包含底连板和连接于底连板和设置在原基础（1）中的底连锚杆，所述底连锚杆竖向间隔布置和/或斜向布置；所述底连组件分别连接于门式组件底部；所述门式组件包含两竖向平行的门式立柱和连接于两门式立柱顶部的门式横梁，所述门式立柱竖向上设置有门式滑槽，所门式滑槽对应伸缩组件设置且高度对应伸缩组件高度上伸缩量。

进一步的，所述伸缩组件包含分别连接在底连板上的伸缩底座、每个伸缩底座上安装有立式千斤顶、两千斤顶顶部连接有水平伸缩横梁，所述伸缩横梁穿过门式滑槽；

所述动力组件包含电动机、电动齿轮、连接于电动齿轮和电动机之间的传输带、以及连接电动机和伸缩横梁之间的电机安装基座；所述电动齿轮对应连接于旋压安装顶部和伸缩横梁之间的旋喷子组件或静压子组件对应的杆件上。

本发明的有益效果体现在：

1）本发明通过加固承台内筋和加固承台的设置，为旋喷钢管托换桩提供了连接和承力基础，且加固承台内筋和加固承台进一步加固了原基础增大了受力；

2）本发明通过旋喷钢管托换桩为旋喷桩内加设钢管桩的结构形式，一方面利于对既有建筑下不同地质条件下地基基础加固进行桩基设计，另一方面通过旋喷钢管托换桩设计为地下增层下部桩基的设置可进一步利用旋喷钢管托换桩，做到一桩两用，节省施工工序和成本；

3）本发明通过旋压一体机的应用，利于在狭小的空间内进行施工，且在不移位的情景下对旋喷桩和钢管桩进行综合施工，既可适应复杂的现场施工条件，又便于减少施工工序和节省施工成本；

4）本发明通过托换后的新柱、新基础以及新柱预留筋可有效的连接原基础和上部结构，且进一步的连成受力整体；

本发明的施工方法和应用装置，易于实施和便于在既有建筑这个特殊工况下进行地基基础加固，可极大的适应地下土层状况和不同的基础工况；本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

图1是托换加固施工主要施工流程图；

图2是旋喷钢管托换桩施工主要施工流程图；

图3是旋喷钢管托换桩在原基础上的定位安装示意图；

图4是旋喷钢管托换桩在原基础上的定位安装剖面示意图；

图5是旋压一体机和旋喷钢管托换桩施工示意图；

图6是带旋喷子组件旋压一体机立体示意图一；

图7是带旋喷子组件旋压一体机立体示意图二；

图8是带旋喷子组件旋压一体机正面示意图；

图9是旋压一体机侧面示意图；

图10是旋压一体机侧向剖面示意图；

图11是带静压子组件的旋压一体机侧向剖面示意图；

图12是施工旋喷钢管托换桩布置图；

图13是施工旋喷钢管托换桩上加固承台布置图；

图14是施工旋喷钢管托换桩开挖布置图；

图15是施工新基础示意图；

图16是拆除加固基础和部分旋喷钢管托换桩施工示意图；

图17是新柱及其连接结构示意图；

图18是托换完成后原柱俯视图；

图19是施工旋喷钢管托换桩施工布置分布俯视图。

附图标记：1-原基础、2-原柱、21-原柱体、22-原柱钢筋、3-基础植筋、4-柱植筋、5-加固承台内筋、6-加固承台、7-旋喷钢管托换桩、71-临撑托换桩体、72-临撑托换桩筋、73-临撑桩锚固筋、8-旋喷孔、9-旋压一体机、91-底连组件、911-底连板、912-底连锚杆、92-门式组件、921-门式立柱、922-门式横梁、923-门式滑槽、93-伸缩组件、931-伸缩底座、932-千斤顶、933-伸缩横梁、94-动力组件、941-电动机、942-电动齿轮、943-传输带、944-电机安装基座、95-旋压安装组件、951-旋压安装顶部、952-旋压安装连部、953-旋喷子组件、954-静压子组件、96-定位组件、961-定位横板、962-定位连板、963-定位筒、964-定位连杆、10-基础底面、11-土体、12-原垫层、13-新柱、14-新基础、15-新垫层、16-新柱预留筋、17-凿毛部、18-原护坡桩。

具体实施方式

以拟建某中庭项目为例，拟建中庭项目位于北京市区某回字型建筑，周边A、B、C、D、E、F座商业楼均有1-3层地下室，中庭部分原无地下室。拟于中庭位置新增1层下沉广场，拓展地下空间，与周边建筑功能联通。拟建项目为商业，地下1层，框架结构，筏板基础，平面尺寸长为148m，宽为36m，基础埋深为6.0m。北侧长边方向紧临A座商业楼，新增中庭下沉广场与地下室部分连通，A座商业楼基础埋深为6.0m，中间部分通向内庭的门头，基础埋深为2m，需要托换加固设计、施工。

如图19所示，本次拟托换的范围为门头四个独立柱基础，原基础1埋深约2m，净空约3.5m，单柱最大荷载约170t，且在一侧设置有原护坡桩18。该工程加固工期紧迫，且对噪音、环境污染的控制要求高，不能影响地上部分的正常营业，另外由于施工场地（平面空间、施工净高）的限制，地质条件复杂需要作出针对性设计。

本工程在设计和施工时，需同时兼顾以下几点：一是既有基础板尺寸不大，应尽可能不损伤原来的主筋，所以要求在基础板上开孔直径尽可能小，但成桩后的直径又需要尽可能大，以得到较高单桩承载力；二是基础下方有杂填土以及原来A-F座既有基坑未知的土钉或锚杆等水平向支护结构，桩位基本没有调整的空间，需要钻机对地层适应能力强，确定能一次性成桩；三是场地空间有限，还要求设备尽可能小巧，满足低净空和有限空间作业的要求；综合考虑以上要求采用静压旋喷钢管桩进行托换加固。

对于托换加固设计应用基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，加固的既有建筑包含原基础1、原垫层12和原柱2；原柱2顶部连接楼板或地下室顶板，拟建建筑位于原基础1以下。图1中的技术路线图为托换加固既有建筑的主要流程节点路线图，图2为应用旋压一体机9施工旋喷钢管托换桩7的主要流程节点示意图。本实施例中，原基础1和原柱2是钢筋混凝土结构。作为变型例，也可以是混凝土基础、砖基础、毛石混凝土基础、灰土基础等无筋扩展基础。

结合图1至图19所示，进一步的说明基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，具体步骤如下：

步骤一、结合原地勘报告、补充勘察报告，对既有建筑内拟建场地在勘察最深范围内的土层按其成因分为大层及亚层，明确桩身设计范围各土层主要物理力学指标、桩侧、桩端阻力，由此明确旋喷钢管托换桩7的设计长度；补充勘察期间进一步探明地下水位和地下水类型。

结合原地勘、补充勘察报告，拟建场地在勘察最深为自然地面以下60.0m深度范围内的土层按其成因可分为8个大层及亚层，典型地质桩身设计范围各土层主要物理力学指标、桩侧摩阻力。位于肥槽内的填土厚度深为11.10m。通过现场挖探、周边深基坑开挖等发现，在门头基础下方有杂填土以及原来A-F座既有基坑未知的土钉或锚杆等水平向支护结构。补充勘察期间在现状地面下25.0m深度范围内实测到1层稳定地下水。稳定水位埋深为9.50～9.60m，地下水类型为层间水。

步骤二、对拟建场地进行三通一平，并对应施工作业面开槽，在原基础1上围绕原柱2两侧或四周对称设计下部旋喷钢管托换桩7并测量放线，采用静力开孔，并预先标记原基础1上植筋、原柱2上植筋和旋压一体机9固定位置。

步骤三、正式施工前，为了调试设备、获取现场施工参数，开展试桩试验；旋喷钢管托换桩7的桩孔采用旋压一体机9中旋喷组件进行引孔，旋喷桩采用三重管高压旋喷形成旋喷孔8，而后通过喷射水泥浆、气和水形成旋喷桩，而后再通过旋压一体机9进行钢管桩的静压；其中，旋喷桩和钢管桩的施工可分为独立的两步施工或分段交替进行，旋压一体机9的高度小于原基础1顶部至楼板或地下室顶板的高度，旋压一体机9包含门式架和门式架上可拆卸连接有旋喷子组件953和静压子组件954。

本实施例中，正式施工前，为了调试设备、获取现场施工参数，开展1组试桩试验。试桩终止压桩力为2025kN。当荷载达到设计值时，桩身沉降约为3mm，满足承载力设计要求及对门头柱托换后的沉降控制要求。本实施例中，旋喷钢管托换桩7布置于各个独立基础内，为了通过新增的支承上部结构荷载，从荷载传递的角度，新增的桩基离原结构柱越近越好，但在桩位布置中还要考虑旋喷钢管托换桩7的施工空间及与原柱2的间距。同时让桩位形心与荷载重心位置尽量接近；另原基础1开孔也需要越小越好，结合考虑到下方钢管外径为245mm，静力开孔直径为400mm。

本实施例中，应用的装置包含原基础1开孔用开槽机和旋喷钢管托换桩7用旋压一体机9；其中，开槽机用于对应施工作业面开槽；旋压一体机9用于不移位施工旋喷钢管托换桩7。旋喷钢管托换桩7包含临撑托换桩体71、连接于临撑托换桩体71内部临撑托换桩筋72、以及在临撑托换桩体71顶部的临撑桩锚固筋73。其中，临撑托换桩体71由旋喷桩内设置钢管桩组成，临撑托换桩筋72和临撑桩锚固筋73为钢筋笼，临撑托换桩筋72位于钢管桩内侧，临撑桩锚固筋73锚入加固承台。

如图5至图11所示，旋压一体机9包含门式组件92、连接于门式组件92与底部基础之间的底连组件91、连接于门式组件92两侧的伸缩组件93、连接于门式组件92中上部的动力组件94、与动力组件94连接且位于门式组件92横向内中部的旋压安装连部952以及连接门式组件92中下部的定位组件96。

本实施例中，旋压安装组件95包含连接于门式组件92横部下方的旋压安装顶部951、连接于顶部正下方的旋压安装连部952、连接于旋压安装连部952旋喷子组件953或静压子组件954；旋喷子组件953包含钻杆、钻头和注浆管；静压子组件954包含压连杆和压件。安装旋压一体机9，根据测放的桩位进行桩机对位，其中旋喷子组件953种钻杆垂直度靠钻机自身配备的双线锤和钻机上的水平尺进行双控，必要时用经纬仪双向90°进行校正，垂直度偏差不大于1%；钻进设计桩底标高后，开动动力头旋动钻杆，启动高压注浆泵、向钻杆底部的钻头提供高压空气及浆液，通过钻头水平及钻头底部两个方向的双高压喷射流，一边切割土体一边下沉钻进，同时喷射浆液；控制高压注浆泵压力，喷至旋喷设计桩顶标高。

本实施例中，旋喷桩施工时按照设计水灰比对水和水泥重量进行计量，在搅浆桶里搅拌均匀后，经20目筛过滤，放入储浆桶中；储浆桶对水泥浆应进行不间断搅拌，防止水泥浆沉淀；注浆泵泵头用细目纱网罩罩住，防止吸入粗颗粒物而堵塞钻头喷嘴。钻进作业一遍水：钻机就位后，开动动力头旋动钻杆，向钻杆底部的钻头提供高压空气，通过钻头水平及钻头底部两个方向的双高压喷射流，一边切割土体一边下沉钻进，钻进设计桩底标高；喷射高压水泥浆一遍浆：钻进设计桩底标高后，开动动力头旋动钻杆，启动高压注浆泵、向钻杆底部的钻头提供高压空气及浆液，通过钻头水平及钻头底部两个方向的双高压喷射流，一边切割土体一边下沉钻进，同时喷射浆液。控制高压注浆泵压力，喷至旋喷设计桩顶标高。

本实施例中，定位组件96定位横板961包含可拆卸连接门式组件92两侧的定位连板962、水平垂直连接于两定位连板962中部的之间的定位连杆964、连接于定位连杆964外端部的定位筒963；所述定位筒963对应旋喷子组件953中钻杆或静压子组件954中压连杆设置。

本实施例中，底连组件91包含底连板911和连接于底连板911和设置在原基础1中的底连锚杆912，所述底连锚杆912竖向间隔布置和/或斜向布置；所述底连组件91分别连接于门式组件92底部；所述门式组件92包含两竖向平行的门式立柱921和连接于两门式立柱921顶部的门式横梁922，所述门式立柱921竖向上设置有门式滑槽923，所门式滑槽923对应伸缩组件93设置且高度对应伸缩组件93高度上伸缩量。

本实施例中，伸缩组件93包含分别连接在底连板911上的伸缩底座931、每个伸缩底座931上安装有立式千斤顶932、两千斤顶932顶部连接有水平伸缩横梁933，所述伸缩横梁933穿过门式滑槽923。

本实施例中，所述动力组件94包含电动机941、电动齿轮942、连接于电动齿轮942和电动机941之间的传输带943、以及连接电动机941和伸缩横梁933之间的电机安装基座944；所述电动齿轮942对应连接于旋压安装顶部951和伸缩横梁933之间的旋喷子组件953或静压子组件954对应的杆件上。

对于步骤三中，旋压一体机9的通过底连锚杆912与原有地面连接，锚杆长度550mm锚固段不少于350mm，外露段不少于200mm，采用成孔埋设；底连锚杆912在施工前进行3根抗拔试验，单根极限抗拔力大于80kN；锚杆孔严格定位，成孔应垂直，确保锚固力，采用水钻方法成孔，注入植筋胶，再安放钢筋，待植筋胶强度达到设计要求后，将旋压一体机9的门式架固定在锚栓上并锁紧螺母。

步骤四、钢管桩桩段就位必须保持垂直，钢管桩段轴线与旋喷桩在一个位置上，同心同轴；保持同一垂直线上，不得偏压，压桩时桩顶应套上钢桩帽再进行压桩；同时，最后一节钢管采用送装器控制桩顶标高。

对于步骤四中，旋喷钢管托换桩7顶部嵌入原基础1内，其中，旋喷桩有效桩径或通过设计确定，浆液采用水泥净浆，水泥用量≥140kg/m，水灰比为0.7；旋喷桩设计参数，喷水压力≤3MPa；喷浆压力≥10MPa；气流压力≥0.7MPa；提升速度≤300mm/min；提升转速为18-20转/min；钢管桩按每节2.5m分段压入，钢管桩接头采用对接焊加管片焊。

对于步骤四中，钢管顶标高不得低于设计桩顶标高，钢管内水泥浆液应灌注至设计桩顶标高以上不少于200mm；待水泥浆硬化后，进行截桩头施工，将钢管桩桩头截至设计桩顶标高；钢管内部还设置有钢筋笼或竖向加强件，钢筋笼和竖向加强件顶部锚入加固承台6，或分别与加固承台内筋5连接。

本实施例中，旋喷桩采用旋压一体钻机钻机引孔，旋喷桩采用三重管高压旋喷，旋喷桩有效桩径或通过设计确定，旋喷后植入钢管。钢管外径245mm，钢管壁厚8mm，Q345材质；有效桩长21m，以⑥层细砂为持力层，单桩承载力特征值375kN，共24根。

本实施例中，钢管桩成孔注浆水泥浆初凝前，在桩头埋设钢筋笼，钢筋笼下部插入钢管桩1.5m，上部锚入加固承板不少于1.1m。

步骤五、待旋喷钢管托换桩7安装检测完毕后进行封桩，而后在原基础1四周及竖向上间隔连接有基础植筋3、在原柱2四周和竖向上连接柱植筋4，且对应原基础1设计加固承台6和加固承台内筋5；浇筑完成加固承台6和加固承台内筋5，对原基础1下部的土体11进行开挖，直至挖至拟建的基础底面10；

对于步骤五中，加固承台6和加固承台内筋5施工时，先将原基础1和原柱2四周凿毛，并对称设置基础植筋3；其中加固承台内筋5至少包含有双层水平筋，且水平筋高度范围均与原柱2连接。加固承台6的设计需满足抗弯、抗冲切、抗剪切要求；经计算，加固承台6板厚至1100-1300mm，混凝土设计强度为C30，双层双向配筋钢筋直径12mm，间距120mm，三级钢可满足设计要求。

本实施例中，原基础1与新增的加固承板的连接是保证旋喷钢管托换桩7发挥作用的传力关键节点。本工程采用化学植筋的方式，实现原基础1与新增的加固承板的剪力和弯矩的传递。先对既有基础面层凿毛，然后钻孔、清孔后进行化学植筋、对基础面层进行清除并涂界面剂，基础钢筋绑扎完毕后、与钢管桩顶钢筋笼一起浇筑，该项目使用1年后，基础最大沉降约4mm、建筑最大倾斜率0.7‰，均满足设计要求。

步骤六、在拟建的基础底面10施工新垫层15、新基础14和新柱13，其中新柱13中轴线对应原柱2中轴线，旋喷钢管托换桩7关于新柱13对称设置；

步骤七、新柱13顶部连接于原基础1底部，上部结构荷载通过原基础1传递入新柱13，待新柱13连接完成后，荷载从旋喷钢管托换桩7转移到新柱子上，再将加固承台6和旋喷钢管托换桩7切除。

如图17和18所示，原基础1包含原柱体21和原柱钢筋22，原柱体21底部为凿毛部17，以便于新柱13连接；新柱13还设置有新柱预留筋16，以便于上部结构连接形成整体结构。

步骤八、上述施工流程应根据施工作业的分区逐步开展，并考虑工程结构与荷载的对称性，旋喷钢管托换桩7施工作业面对称；在同一基础上一次只能施工一根桩，同一基础上相邻桩之间的施工时间间隔不少于1天，由此完成托换。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，其特征在于，加固的既有建筑包含原基础（1）和原柱（2）；所述原柱（2）顶部连接楼板或地下室顶板，拟建建筑位于原基础（1）以下；

具体步骤如下：

步骤一、结合原地勘报告、补充勘察报告，对既有建筑内拟建场地在勘察最深范围内的土层分层，明确桩身设计范围各土层主要物理力学指标、桩侧、桩端阻力，由此明确旋喷钢管托换桩（7）的设计长度；补充勘察期间进一步探明地下水位和地下水类型；

步骤二、对拟建场地进行三通一平，并对应施工作业面开槽，在原基础（1）上围绕原柱（2）两侧或四周对称设计下部旋喷钢管托换桩（7）并测量放线，采用静力开孔，并预先标记原基础（1）上植筋、原柱（2）上植筋和旋压一体机（9）固定位置；

所述旋压一体机（9）包含门式组件（92）、连接于门式组件（92）与底部基础之间的底连组件（91）、连接于门式组件（92）两侧的伸缩组件（93）、连接于门式组件（92）中上部的动力组件（94）、与动力组件（94）连接且位于门式组件（92）横向内中部的旋压安装连部（952）以及连接门式组件（92）中下部的定位组件（96）；

所述旋压安装组件（95）包含连接于门式组件（92）横部下方的旋压安装顶部（951）、连接于顶部正下方的旋压安装连部（952）、连接于旋压安装连部（952）旋喷子组件（953）或静压子组件（954）；所述旋喷子组件（953）包含钻杆、钻头和注浆管；静压子组件（954）包含压连杆和压件；

所述定位组件（96）包含可拆卸连接门式组件（92）两侧的定位横板（961）、连接于定位横板（961）和门式组件（92）之间的定位连板（962）、水平垂直连接于两定位横板（961）中部的之间的定位连杆（964）、连接于定位连杆（964）外端部的定位筒（963）；所述定位筒（963）对应旋喷子组件（953）中钻杆或静压子组件（954）中压连杆设置；

步骤三、正式施工前，为了调试设备、获取现场施工参数，开展试桩试验；旋喷钢管托换桩（7）的桩孔采用旋压一体机（9）中旋喷组件进行引孔，旋喷桩根据工程需要和土质条件利用高压旋喷形成旋喷孔（8），通过喷射水泥浆、气和水形成旋喷桩，而后再通过旋压一体机（9）进行钢管桩的静压；其中，旋喷桩和钢管桩的施工可分为独立的两步施工或分段交替进行，旋压一体机（9）的高度小于原基础（1）顶部至楼板或地下室顶板的高度，旋压一体机（9）包含门式架和门式架上可拆卸连接有旋喷子组件（953）和静压子组件（954）；

旋压一体机（9）通过角部锚杆与原有基础通过锚杆连接，锚杆数量、直径和锚固长度通过计算确定，外露长度满足锁紧要求，锚杆采用成孔埋设；

步骤四、钢管桩桩段就位必须保持垂直，钢管桩段轴线与旋喷桩在一个位置上，同心同轴；保持同一垂直线上，不得偏压，压桩套上钢桩帽再进行压桩；同时，最后一节钢管采用送装器控制桩顶标高；

步骤五、待旋喷钢管托换桩（7）安装检测完毕后进行封桩，而后在原基础（1）四周及竖向上间隔连接有基础植筋（3）、在原柱（2）四周和竖向上连接柱植筋（4），且对应原基础（1）设计加固承台（6）和加固承台内筋（5）；浇筑完成加固承台（6）和加固承台内筋（5），对原基础（1）下部的土体（11）进行开挖，直至挖至拟建的基础底面（10）；

步骤六、在拟建的基础底面（10）施工新垫层（15）、新基础（14）和新柱（13），其中新柱（13）中轴线对应原柱（2）中轴线，旋喷钢管托换桩（7）关于新柱（13）对称设置；

步骤七、新柱（13）顶部连接于原基础（1）底部，上部结构荷载通过原基础（1）传递入新柱（13），待新柱（13）连接完成后，荷载从旋喷钢管托换桩（7）转移到新柱子上，再将加固承台（6）和旋喷钢管托换桩（7）切除；

步骤八、上述施工流程应根据施工作业的分区逐步开展，并考虑工程结构与荷载的对称性，旋喷钢管托换桩（7）施工作业面对称；在同一基础上一次只能施工一根桩，同一基础上相邻桩之间的施工时间间隔不少于1天，由此完成托换。

2.如权利要求1所述的基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，其特征在于，对于步骤三中，锚杆在施工前进行3根抗拔试验，单根极限抗拔力满足设计要求的抗拔力；锚杆孔严格定位，成孔应垂直，确保锚固力，采用水钻方法成孔，注入植筋胶，再安放钢筋，待植筋胶强度达到设计要求后，将旋压一体机（9）的门式架固定在锚栓上并锁紧螺母。

3.如权利要求1所述的基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，其特征在于，对于步骤四中，旋喷钢管托换桩（7）顶部嵌入原基础（1）内，其中，旋喷桩有效桩径为400-1000mm或通过设计确定，浆液采用水泥净浆，水泥用量根据旋喷桩设计参数确定，水灰比为0.7~1.2；旋喷桩设计参数，喷水压力≥20MPa；喷浆压力≥10MPa；气流压力≥0.7MPa；提升速度≤300mm/min；钢管桩根据净高，按每节1~3m分段压入，钢管桩接头采用对接焊加管片焊或者套丝连接或者坡口焊；

所述旋喷钢管托换桩（7）中钢管桩还可为H形、T形或工字形钢桩、预制方桩；钢管桩直径为108-400mm，钢材强度不低于Q235；

所述原基础（1）或原柱（2）是钢筋混凝土结构，或原基础（1）是混凝土基础、砖基础、毛石混凝土基础、灰土基础、扩展基础、柱下条形基础、筏形基础或箱形基础。

4.如权利要求3所述的基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，其特征在于，对于步骤四中，钢管顶标高不得低于设计桩顶标高，钢管内水泥浆液应灌注至设计桩顶标高以上不少于200mm；待水泥浆硬化后，进行截桩头施工，将钢管桩桩头截至设计桩顶标高；钢管内部还设置有钢筋笼或竖向加强件，钢筋笼和竖向加强件顶部锚入加固承台（6），或分别与加固承台内筋（5）连接。

5.如权利要求1所述的基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，其特征在于，对于步骤五中，加固承台（6）和加固承台内筋（5）施工时，先将原基础（1）和原柱（2）四周凿毛，并对称设置基础植筋（3）；其中加固承台内筋（5）至少包含有双层水平筋，且水平筋高度范围均与原柱（2）连接。

6.如权利要求5所述的基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，其特征在于，安装旋压一体机（9），根据测放的桩位进行桩机对位，其中旋喷子组件（953）钻杆垂直度靠钻机自身配备的双线锤和钻机上的水平尺进行双控，必要时用经纬仪双向90°进行校正，垂直度偏差不大于1%；钻机就位后，开动动力头旋动钻杆，通过钻头水平或钻头底部方向的喷射高压水或者不喷射高压水，钻进至设计桩底标高。

7.如权利要求6所述的基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，其特征在于，钻进设计桩底标高后，开动动力头旋动钻杆，启动高压注浆泵、向钻杆底部的钻头提供高压空气及浆液，通过钻头水平或钻头底部方向的高压喷射流，一边切割土体一边提升，同时喷射浆液；控制高压注浆泵压力，喷至旋喷设计桩顶标高。

8.如权利要求1所述的基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，其特征在于，所述底连组件（91）包含底连板（911）和连接于底连板（911）和设置在原基础（1）中的底连锚杆（912）；所述底连组件（91）分别连接于门式组件（92）底部；所述门式组件（92）包含两竖向平行的门式立柱（921）和连接于两门式立柱（921）顶部的门式横梁（922），所述门式立柱（921）竖向上设置有门式滑槽（923），所述门式滑槽（923）对应伸缩组件（93）设置且高度对应伸缩组件（93）高度上伸缩量。

9.如权利要求8所述的基于静压旋喷钢管桩托换加固既有建筑的方法，其特征在于，所述伸缩组件（93）包含分别连接在底连板（911）上的伸缩底座（931）、每个伸缩底座（931）上安装有立式千斤顶（932）、两千斤顶（932）顶部连接有水平伸缩横梁（933），所述伸缩横梁（933）穿过门式滑槽（923）；

所述动力组件（94）包含电动机（941）、电动齿轮（942）、连接于电动齿轮（942）和电动机（941）之间的传输带（943）、以及连接电动机（941）和伸缩横梁（933）之间的电机安装基座（944）；所述电动齿轮（942）对应连接于旋压安装顶部（951）和伸缩横梁（933）之间的旋喷子组件（953）或静压子组件（954）对应的杆件上。

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