CN114991137A - 既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构及其施工方法，包括两根交叉设置的预应力钢筋混凝土扁撑，以及将消能子结构拉梁加固成加固拉梁；两根预应力钢筋混凝土扁撑均水平设置，相交所成轴线位于任意一个设有消能子结构柱的既有承台上面的中心线；两根预应力钢筋混凝土扁撑的四个端部均以位于中心位置的既有承台作为起点，在建筑平面图上，斜向向外延伸至作为起点的既有承台在矩形阵列行的方向上和列的方向上均隔开一个相应的既有基础拉梁距离的另一个既有承台；加固拉梁上设有沿着同一竖直方向向上延伸，且中间间隔设有消能减震器的第一连接墙和第二连接墙。本发明解决既有建筑消能减震加固改造后，桩基水平承载力不足的问题。
Description
技术领域
本发明涉及抗震加固改造技术领域，特别涉及既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构及其施工方法。
背景技术
对于地震灾害波及区域，传统抗震结构以结构构件本身的损伤为代价消耗地震能量，损伤后难以修复。
而对于采用传统结构抗震的既有建筑，则通常采用减震技术进行加固，利用消能减震子结构消耗地震能量，可减轻结构的震后损伤，便于震后修复。
近年来，在高烈度区和地震重点监视防御区大力推广减震、隔震技术，尤其对既有建筑的加固改造，为了提高其抗震性能，优先推荐采用减震、隔震技术。
针对既有建筑的抗震加固改造，在低烈度地区多采用减震技术，通常通过在既有结构中某些框架部位增设消能减震器，形成消能子结构，使其在地震发生时消耗部分地震能量，达到对主体结构消能减震的目的。
但新增的消能减震器导致消能子结构刚度增大，在地震中吸收的能量也随之增大，致使消能子结构对应承台下的既有桩基所承担的水平地震力也同步增大，出现水平地震力超过原设计计算时水平承载力的情况，使既有桩基成为既有建筑采用消能减震技术进行加固时的薄弱环节。
由于在现有技术中通常采用在既有基桩周边进行补桩的方法，提高消能子结构对应承台下桩基的水平承载力。
而上述方法虽能避免桩基成为既有建筑消能减震加固后的薄弱环节，但施工难度较大，对施工作业面的空间要求较高且经济性不佳。
因此，如何解决既有建筑消能减震加固改造后，消能子结构在地震作用下桩基水平承载力不足的技术问题，并保证加固后桩基的安全性及经济性成为本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构及其施工方法，实现的目的是解决既有建筑消能减震加固改造后，消能子结构在地震作用下桩基水平承载力不足的技术问题，并保证加固后桩基的安全性及经济性。
为实现上述目的，本发明公开了既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构，既有建筑包括多个通过既有桩基支撑的既有承台；多个所述既有承台在建筑平面图上呈矩形阵列布置，且每一所述既有承台在矩形阵列行的方向上和列的方向上与相邻的另一所述既有承台之间均设有既有基础拉梁；
在多个所述既有承台中，两个相邻的所述既有承台上的柱子在抗震加固改中改造为消能子结构柱，之间的所述既有基础拉梁在抗震加固改中改造为消能子结构拉梁；
两根所述消能子结构柱之间靠近上端位置设有消能子结构梁。
其中，所述桩基加固结构包括两根交叉设置的预应力钢筋混凝土扁撑，以及将所述消能子结构拉梁加固成加固拉梁；
每一所述预应力钢筋混凝土扁撑均包括位于底部的混凝土垫层，以及设置在所述混凝土垫层上面的扁撑主体；
每一所述扁撑主体均为钢筋混凝土结构，均包括扁撑钢筋笼，以及设在所述扁撑钢筋笼内，沿相应的所述预应力钢筋混凝土扁撑长度方向延伸的预应力筋；
两根所述预应力钢筋混凝土扁撑均水平设置，中心位置相交，且相交所成轴线位于任意一个设有所述消能子结构柱的所述既有承台上面的中心线；
两根所述预应力钢筋混凝土扁撑的四个端部均以位于所述中心位置的所述既有承台作为起点，在建筑平面图上，斜向向外延伸至作为起点的所述既有承台在矩形阵列行的方向上和列的方向上均隔开一个相应的所述既有基础拉梁距离的另一个所述既有承台；
与两根所述预应力钢筋混凝土扁撑的下面接触的五个所述既有承台的上面均植有多根短筋，通过多根所述短筋与相应的所述扁撑钢筋笼固定；
所述加固拉梁上设有沿着同一竖直方向向上延伸，且存在间隔的第一连接墙和第二连接墙；
所述间隔内设有上下两侧分别与所述第一连接墙和所述第二连接墙连接消能减震器。
优选的，每一所述既有承台均通过四个所述既有桩基支撑；
多根所述既有基础拉梁在相应所述既有承台的下面形成十字形结构，将每一所述既有承台的下面分隔呈四个矩形区域；
每一所述既有承台的四个所述既有桩基的上端均分别与相应的所述既有承台的下面被相应的既有拉梁分隔开的四个所述矩形区域连接。
优选的，每一所述预应力钢筋混凝土扁撑的一端均为固定相应的所述预应力筋的固定端，另一端均为用于张拉相应的所述预应力筋的张拉端。
优选的，每一所述扁撑钢筋笼均包括多根互相平行并沿长度方向延伸的水平扁撑纵向钢筋和多道互相平行并与长度方向垂直的箍筋。
优选的，所述混凝土垫层采用C15素混凝土制成。
本发明还提供既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤1、以在抗震加固改中改造为消能子结构柱的两个所述既有承台为中心进行开挖土方，至相应的所述既有承台底部的标高；
步骤2、采用增大截面法对所述消能子结构拉梁进行加固形成所述加固拉梁，并在所述加固拉梁上设置所述第一连接墙和所述第二连接墙，在所述第一连接墙和所述第二连接墙之间的所述间隙预留所述消能减震器；
步骤3、以设有消能子结构柱的两个所述既有承台任意一个为两根交叉设置的预应力钢筋混凝土扁撑的所述中心位置，建造两根交叉设置的预应力钢筋混凝土扁撑的所述混凝土垫层；
步骤4、在与两根所述预应力钢筋混凝土扁撑的下面接触的五个所述既有承台的上面设置多根所述短筋；
步骤5、绑扎两根所述预应力钢筋混凝土扁撑的所述扁撑钢筋笼，绕过既有结构柱铺设无粘结的所述预应力筋，以及相应的预应力锚具；
步骤6、浇筑两根所述预应力钢筋混凝土扁撑的混凝土；
步骤7、当两根所述预应力钢筋混凝土扁撑的混凝土达到设计等级后，分级张拉相应的所述预应力筋，并在48小时内对张拉端进行封堵；
步骤8、对地上消能子结构进行相应加固后，安装消能减震器，并回填基础填土。
本发明的有益效果：
本发明可用于既有建筑消能减震改造时对桩基的加固，能有效解决加固改造后，消能子结构增加的地震力所导致的对应承台桩基水平承载力不足的情况，解决既有建筑消能减震加固改造后，消能子结构在地震作用下桩基水平承载力不足的技术问题，并保证加固后桩基的安全性及经济性。
本发明有效利用承台之间的预应力钢筋混凝土交叉扁撑，增强桩基协同抵抗水平地震力的能力，切实可行，操作简单，施工便捷，经济效益显著。
本发明可避免使用常规补桩方案来增加桩基的水平承载力，省去补桩、试桩等工程环节，对施工现场的空间要求较低，具备较好的工程灵活性和适用性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1示出本发明一实施例中完成抗震加固改造还未进行桩基加固的平面结构示意图。
图2示出本发明一实施例中完成抗震加固改造还未进行桩基加固的纵向剖面结构示意图。
图3示出本发明一实施例中完成土方开挖的平面结构示意图。
图4示出本发明一实施例中完成土方开挖的纵向剖面结构示意图。
图5示出本发明一实施例中完成所有施工的平面结构示意图。
图6示出本发明图5中AA处局部剖面结构示意图。
图7示出本发明一实施例中完成所有施工的纵向剖面结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图5至图7所示，既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构，既有建筑包括多个通过既有桩基1支撑的既有承台2；多个既有承台2在建筑平面图上呈矩形阵列布置，且每一既有承台2在矩形阵列行的方向上和列的方向上与相邻的另一既有承台2之间均设有既有基础拉梁3；
在多个既有承台2中，两个相邻的既有承台2上的柱子在抗震加固改中改造为消能子结构柱4，之间的既有基础拉梁3在抗震加固改中改造为消能子结构拉梁5；
两根消能子结构柱4之间靠近上端位置设有消能子结构梁6。
其中，桩基加固结构包括两根交叉设置的预应力钢筋混凝土扁撑7，以及将消能子结构拉梁5加固成加固拉梁8；
每一预应力钢筋混凝土扁撑7均包括位于底部的混凝土垫层9，以及设置在混凝土垫层9上面的扁撑主体；
每一扁撑主体均为钢筋混凝土结构，均包括扁撑钢筋笼10，以及设在扁撑钢筋笼10内，沿相应的预应力钢筋混凝土扁撑7长度方向延伸的预应力筋11；
两根预应力钢筋混凝土扁撑7均水平设置，中心位置相交，且相交所成轴线位于任意一个设有消能子结构柱4的既有承台2上面的中心线；
两根预应力钢筋混凝土扁撑7的四个端部均以位于中心位置的既有承台2作为起点，在建筑平面图上，斜向向外延伸至作为起点的既有承台2在矩形阵列行的方向上和列的方向上均隔开一个相应的既有基础拉梁3距离的另一个既有承台2；
与两根预应力钢筋混凝土扁撑7的下面接触的五个既有承台2的上面均植有多根短筋12，通过多根短筋12与相应的扁撑钢筋笼10固定；
加固拉梁8上设有沿着同一竖直方向向上延伸，且存在间隔的第一连接墙13和第二连接墙14；
间隔内设有上下两侧分别与第一连接墙13和第二连接墙14连接消能减震器15。
本发明的原理如下：
本发明有效利用了消能子结构周边桩基础的水平承载力的富裕，为既有建筑抗震加固改造中的桩基加固提供了一种切实可行、经济有效的技术手段，通过在承台之间设置预应力钢筋混凝土交叉扁撑，增强桩基的整体水平刚度，使消能子结构下的桩基与周边的桩基协同作用，共同抵抗水平地震力。
本发明通过在消能子结构柱底承台与周边非消能子结构柱底承台的顶面，设置预应力钢筋混凝土交叉扁撑，将消能子结构与周边非消能子结构的柱底承台形成有效可靠的刚接。当地震发生时，该范围内承台下的桩基，协同抵抗消能子结构与周边非消能子结构下传的水平地震力，使桩基满足设计要求。
在某些实施例中，每一既有承台2均通过四个既有桩基1支撑；
多根既有基础拉梁3在相应既有承台2的下面形成十字形结构，将每一既有承台2的下面分隔呈四个矩形区域；
每一既有承台2的四个既有桩基1的上端均分别与相应的既有承台2的下面被相应的既有拉梁分隔开的四个矩形区域连接。
在某些实施例中，每一预应力钢筋混凝土扁撑7的一端均为固定相应的预应力筋11的固定端16，另一端均为用于张拉相应的预应力筋11的张拉端17。
在某些实施例中，每一扁撑钢筋笼10均包括多根互相平行并沿长度方向延伸的水平扁撑纵向钢筋和多道互相平行并与长度方向垂直的箍筋。
在某些实施例中，混凝土垫层9采用C15素混凝土制成。
如图1至图7所示，本发明还提供既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构的施工方法，包括如下步骤：
步骤1、以在抗震加固改中改造为消能子结构柱4的两个既有承台2为中心进行开挖土方，至相应的既有承台2底部的标高；
步骤2、采用增大截面法对消能子结构拉梁5进行加固形成加固拉梁8，并在加固拉梁8上设置第一连接墙13和第二连接墙14，在第一连接墙13和第二连接墙14之间的间隙预留消能减震器15的支座；
步骤3、以设有消能子结构柱4的两个既有承台2任意一个为两根交叉设置的预应力钢筋混凝土扁撑7的中心位置，建造两根交叉设置的预应力钢筋混凝土扁撑7的混凝土垫层9；
步骤4、在与两根预应力钢筋混凝土扁撑7的下面接触的五个既有承台2的上面设置多根短筋12；
步骤5、绑扎两根预应力钢筋混凝土扁撑7的扁撑钢筋笼10，绕过既有结构柱铺设无粘结的预应力筋11，以及相应的预应力锚具；
步骤6、浇筑两根预应力钢筋混凝土扁撑7的混凝土；
步骤7、当两根预应力钢筋混凝土扁撑7的混凝土达到设计等级后，分级张拉相应的预应力筋11，并在48小时内对张拉端17进行封堵；
步骤8、对地上消能子结构进行相应加固后，安装消能减震器15，并回填基础填土。
在施工过程中，首先通过加固消能子结构下原承台拉梁，将消能子结构所承担的水平地震力有效传递至两端的承台，再通过新设置的承台间预应力钢筋混凝土交叉扁撑，将本跨内的水平地震力可靠传递至相邻未设置消能子结构的柱跨承台中，利用未设置消能子结构柱跨内桩基水平承载力的富余，来承担由于消能子结构所导致的原承台下桩基水平剪力的增加，使既有建筑桩基础在不补桩的情况下，满足上部结构消能减震改造后的设计计算要求。
实施例2
以某三层钢筋混凝土框架结构为例，设置消能减震器前后，小震时既有建筑的总体水平地震力基本不变，中震和大震时，在消能器的作用下，既有建筑的整体水平地震力有所降低。依据GB50011-2010(2016年版)《建筑抗震设计规范》规定：
因此既有建筑设置消能减震器，经过消能减震改造后，建筑桩基整体水平抗剪承载力满足抗震设计要求。
但由于设置了消能减震器的消能子结构在地震中吸收了大部分能量，分担了较大的水平地震力，在总体水平地震力不变情况下，所有框架柱由于地震力产生的柱底剪力均有不同程度的降低。
根据实际项目计算结果，设置消能子结构的柱跨内两承台下桩基承担的水平地震剪力增加约15％～30％，未设置消能子结构的柱跨内两承台下桩基承担的水平地震剪力降低约15％～25％。根据现行设计理论，单根桩水平承载力特征值计算公式为：
以工程中常用的直径500mm，壁厚100mm的预应力混凝土管桩为例，桩顶允许水平位移为10mm，由上式计算所得的单桩水平承载力特征值约50kN左右。根据工程经验，7度及以上的多层建筑，柱下承台桩基的桩数由单桩的水平抗剪承载力控制。
综上所述，对既有建筑桩基而言，上部结构经过消能减震加固后，小震作用下既有建筑的总体水平地震力基本不变，但消能子结构所在跨内的桩基水平承载力容易出现不足，未设置消能子结构的跨内桩基水平承载力出现部分富余。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构，既有建筑包括多个通过既有桩基(1)支撑的既有承台(2)；多个所述既有承台(2)在建筑平面图上呈矩形阵列布置，且每一所述既有承台(2)在矩形阵列行的方向上和列的方向上与相邻的另一所述既有承台(2)之间均设有既有基础拉梁(3)；
在多个所述既有承台(2)中，两个相邻的所述既有承台(2)上的柱子在抗震加固改中改造为消能子结构柱(4)，之间的所述既有基础拉梁(3)在抗震加固改中改造为消能子结构拉梁(5)；
两根所述消能子结构柱(4)之间靠近上端位置设有消能子结构梁(6)；
其特征在于：所述桩基加固结构包括两根交叉设置的预应力钢筋混凝土扁撑(7)，以及将所述消能子结构拉梁(5)加固成加固拉梁(8)；
每一所述预应力钢筋混凝土扁撑(7)均包括位于底部的混凝土垫层(9)，以及设置在所述混凝土垫层(9)上面的扁撑主体；
每一所述扁撑主体均为钢筋混凝土结构，均包括扁撑钢筋笼(10)，以及设在所述扁撑钢筋笼(10)内，沿相应的所述预应力钢筋混凝土扁撑(7)长度方向延伸的预应力筋(11)；
两根所述预应力钢筋混凝土扁撑(7)均水平设置，中心位置相交，且相交所成轴线位于任意一个设有所述消能子结构柱(4)的所述既有承台(2)上面的中心线；
两根所述预应力钢筋混凝土扁撑(7)的四个端部均以位于所述中心位置的所述既有承台(2)作为起点，在建筑平面图上，斜向向外延伸至作为起点的所述既有承台(2)在矩形阵列行的方向上和列的方向上均隔开一个相应的所述既有基础拉梁(3)距离的另一个所述既有承台(2)；
与两根所述预应力钢筋混凝土扁撑(7)的下面接触的五个所述既有承台(2)的上面均植有多根短筋(12)，通过多根所述短筋(12)与相应的所述扁撑钢筋笼(10)固定；
所述加固拉梁(8)上设有沿着同一竖直方向向上延伸，且存在间隔的第一连接墙(13)和第二连接墙(14)；
所述间隔内设有上下两侧分别与所述第一连接墙(13)和所述第二连接墙(14)连接消能减震器(15)。
2.根据权利要求1所述的既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构，其特征在于，每一所述既有承台(2)均通过四个所述既有桩基(1)支撑；
多根所述既有基础拉梁(3)在相应所述既有承台(2)的下面形成十字形结构，将每一所述既有承台(2)的下面分隔呈四个矩形区域；
每一所述既有承台(2)的四个所述既有桩基(1)的上端均分别与相应的所述既有承台(2)的下面被相应的既有拉梁分隔开的四个所述矩形区域连接。
3.根据权利要求1所述的既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构，其特征在于，每一所述预应力钢筋混凝土扁撑(7)的一端均为固定相应的所述预应力筋(11)的固定端(16)，另一端均为用于张拉相应的所述预应力筋(11)的张拉端(17)。
4.根据权利要求1所述的既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构，其特征在于，每一所述扁撑钢筋笼(10)均包括多根互相平行并沿长度方向延伸的水平扁撑纵向钢筋和多道互相平行并与长度方向垂直的箍筋。
5.根据权利要求1所述的既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构，其特征在于，所述混凝土垫层(9)采用C15素混凝土制成。
6.根据权利要求1所述的既有建筑在抗震加固改造后的桩基加固结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、以在抗震加固改中改造为消能子结构柱(4)的两个所述既有承台(2)为中心进行开挖土方，至相应的所述既有承台(2)底部的标高；
步骤2、采用增大截面法对所述消能子结构拉梁(5)进行加固形成所述加固拉梁(8)，并在所述加固拉梁(8)上设置所述第一连接墙(13)和所述第二连接墙(14)，在所述第一连接墙(13)和所述第二连接墙(14)之间的所述间隙预留所述消能减震器(15)的支座；
步骤3、以设有消能子结构柱(4)的两个所述既有承台(2)任意一个为两根交叉设置的预应力钢筋混凝土扁撑(7)的所述中心位置，建造两根交叉设置的预应力钢筋混凝土扁撑(7)的所述混凝土垫层(9)；
步骤4、在与两根所述预应力钢筋混凝土扁撑(7)的下面接触的五个所述既有承台(2)的上面设置多根所述短筋(12)；
步骤5、绑扎两根所述预应力钢筋混凝土扁撑(7)的所述扁撑钢筋笼(10)，绕过既有结构柱铺设无粘结的所述预应力筋(11)，以及相应的预应力锚具；
步骤6、浇筑两根所述预应力钢筋混凝土扁撑(7)的混凝土；
步骤7、当两根所述预应力钢筋混凝土扁撑(7)的混凝土达到设计等级后，分级张拉相应的所述预应力筋(11)，并在48小时内对张拉端(17)进行封堵；
步骤8、对地上消能子结构进行相应加固后，安装消能减震器(15)，并回填基础填土。
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