CN118110217A - 一种既有建筑地基基础加固结构及加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种既有建筑地基基础加固结构及加固方法,涉及建筑工程技术领域,包括托换桩、钢绞线和叠合结构,所述托换桩布置在既有基础外侧,叠合结构浇筑在既有基础上,且托换桩水平部位于叠合结构上;所述钢绞线下端植入既有基础和叠合结构形成的整体结构中,钢绞线上端贯穿托换桩后采用锁定装置与托换桩锁紧固定,并采用钢筋混凝土对叠合结构、钢绞线、托换桩进行连接封闭。本发明根据建筑上部结构荷载,在施工过程中可以定量控制加桩与既有基础之间各自分担的上部结构荷载,有效避免因加桩部分与既有压密的地基之间变形不协调带来的后期应力传递路径与预期不一致,使建筑地基基础加固完成后更加安全。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域,具体而言,涉及一种既有建筑地基基础加固结构及加固方法。
背景技术
建筑修建过程中因存在地质情况未查明,或者地基基础环境条件发生改变,导致既有地基承载力不能满足上部结构荷载要求,通常在对比安全、经济、质量等方面后需要对既有建筑地基基础进行加固;另一方面,建筑在使用过程中因使用功能的改变,或需要增层改造,使得上部结构荷载也会增加,通过对既有建筑荷载压密后的地基土进行勘察试验,得到的地基承载力不足以满足因使用功能改变或层数增加后的荷载要求,此种情况下也需要对既有建筑地基基础进行加固处理。
建筑上部结构的荷载主要通过建筑基础传递到地基中,因地基承载力不足需要进行加固处理时,基础托换方法主要分为三类:一是扩大基础,通过增加基底面积的方法来降低单位面积下的基地压力;二是地基加固托换法,通过对地基土进行加固,直接按照上部结构荷及既有建筑结构基础尺寸计算得到的地基抗力要求,从而来提高地基承载力进行加固;三是桩式托换法,采用在基础底面或侧面加桩,再将桩顶与既有基础连接实现托换加固的目的。但现有的桩式托换法常常会因加桩部分与既有压密的地基之间变形不协调而导致后期应力传递路径与预期不一致,从而使施工完成后建筑仍会存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既有建筑地基基础加固结构及加固方法,根据建筑上部结构荷载,在施工过程中可以定量控制加桩与既有基础之间各自分担的上部结构荷载,有效避免因加桩部分与既有压密的地基之间变形不协调带来的后期应力传递路径与预期不一致,使建筑基础加固完成后更加安全;同时,该方法也可以对既有建筑结构进行顶升纠倾,并作为顶升后建筑结构的桩基础使用,施工过程中可以对每根桩的竖向抗压承载力进行复核验证。
为实现本发明目的,采用的技术方案为:一种既有建筑地基基础加固方法,包括如下步骤:
S1:去除既有基础上覆盖的填土;
S2:在既有基础外侧植入托换桩;
S3:在既有基础上浇筑增加叠合结构形成整体,在既有基础和叠合结构中共同植入锚固钢绞线,并在钢绞线上端贯穿托换桩后通过张拉方式将预定增加的荷载传递到托换桩桩顶,或在钢绞线上端贯穿托换桩后通过张拉提升方式对既有基础进行抬升,实现对既有建筑结构顶升纠倾;
S4:荷载传递到托换桩桩顶后或既有基础抬升达到指定高度位置后,将钢绞线上端锁定在托换桩桩顶;
S5:在加固后的地基基础上进行回填。
进一步的,在步骤S2之前需对既有建筑结构荷载或改造后的建筑结构荷载进行计算分析。
进一步的,在步骤S2之前需综合考虑场地工程地质条件及每个既有基础需要增加的抗力大小,确定托换桩的参数及每个既有基础需要增加的托换桩桩数。此处,托换桩参数的确定,要根据张拉荷载大小,综合考虑托换桩水平部抗剪能力,桩身抗弯验算,以及稳定性。
进一步的,在步骤S2之前需确定托换桩的具体位置及钢绞线的连接节点在既有基础中的布置位置。
进一步的,在步骤S2之前需确定增加叠合结构的厚度。
进一步的,在步骤S3中,托换桩上还设有与钢绞线对应的千斤顶,钢绞线上端固定在千斤顶的输出端上。
进一步的,在步骤S4之后需将钢绞线上端与千斤顶的输出端分离,并将千斤顶从托换桩上取下。
进一步的,在步骤S4之后需采用钢筋混凝土对托换桩水平部、叠合结构、外露部分钢绞线进行填充封闭处理。
一种既有建筑地基基础加固结构,包括托换桩、钢绞线和叠合结构,所述托换桩布置在既有基础外侧,叠合结构浇筑增加在既有基础上形成整体,且托换桩上部位于叠合结构顶面以上;所述钢绞线下端植入既有基础与叠合结构形成的整体上,钢绞线上端贯穿托换桩后采用锁定装置与托换桩锁紧固定。通过在既有基础顶部增加叠合结构,目的是增加原基础的厚度,提高基础在后期张拉施工时的抗冲切、抗剪切、抗弯能力。
进一步的,所述托换桩呈“7”型。
进一步的,所述托换桩水平部的下表面从外至内逐渐向下倾斜。因为托换桩桩顶是偏心受压,托换桩水平部的高度及下托换桩水平部的表面倾斜是为了增加顶部抵抗剪切破坏的能力。
进一步的,所述叠合结构为两个,两个叠合结构分别压紧在既有地基基础的两侧;所述托换桩为多个,多个托换桩分别对应两个叠合结构。
进一步的,所述叠合结构的下表面为坡面。当然,叠合结构的下表面形状并不固定,需根据既有基础顶面的形式确定,增加的叠合结构要与既有基础形成一个整体受力。
本发明的有益效果是:
本发明通过钢绞线张拉提升施工,从而根据加固设计要求可实现对每根托换桩主动施加既定荷载,使托换桩和既有地基基础在后期改造施工或运营使用过程中的变形控制在较小的范围内,可避免因托换桩与既有基础之间变形不协调带来的后期应力传递路径与预期不一致而埋下安全隐患,且由于托换桩布置在既有基础侧面,可以最大限度的减少托换桩施工对既有地基产生扰动;同时,通过对钢绞线张拉提升也可以对既有建筑结构进行顶升纠倾,并作为顶升后建筑结构的桩基础使用,施工过程中可以对每根托换桩的竖向抗压承载力进行复核验证,不仅降低了托换桩验证检测承载力的成本,对托换桩竖向抗压承载能力的可靠性具有更大保证。
附图说明
附图示出了本发明的示例性实施方式,并与其说明一起用于解释本发明的原理,其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解,并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1为本发明提供的既有地基基础的剖面示意图;
图2为本发明提供的既有地基基础加固过程中的剖面示意图;
图3为托换桩的平面布置示意图;
图4为本发明提供的既有地基基础加固完成后的剖面示意图。
附图中标记及相应的零部件名称:
1、填土,2、既有基础,3、地层,4、钢绞线,5、千斤顶,6、锁定装置,7、叠合结构,8、托换桩。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
如图1至图4所示,本发明提供的一种既有建筑地基基础加固结构,包括托换桩8、钢绞线4和叠合结构7,所述托换桩8布置在既有基础2外侧,叠合结构7为现浇钢筋混凝土块,叠合结构7浇筑在既有基础2上形成整体,以此提高既有基础2的抗冲切和抗剪能力,而托换桩8位于叠合结构7顶面以上,使托换桩8与叠合结构7顶面之间需预留足够基础顶升、张拉的空间;同时,钢绞线4下端植入既有基础2与叠合结构7形成的整体中并固定,具体的,钢绞线4下端可采用在既有基础与叠合结构中的钻孔内灌注混凝土来植入钢绞线, 而钢绞线4上端贯穿托换桩8后采用锁定装置6与托换桩8锁紧固定。
所述托换桩8呈“7”型,托换桩8的垂直部位于既有基础2和叠合结构7形成整体的外侧并植入地基中,托换桩8的水平部向叠合结构7的一侧延伸,使托换桩8的水平部位于叠合结构7顶面以上。
为了尽可能的保证托换桩8、既有基础2、叠合结构7之间的整体刚度,当完成预定荷载张拉施工或既有基础2抬升到既定高度后,采用钢筋混凝土对托换桩8水平部、叠合结构7、外露部分的钢绞线4进行连接封闭处理,对既有基础2抬升后在基础底面与原持力层之间形成的空隙进行填充,从而使托换桩8的水平部、叠合结构7、既有基础2之间保持稳固,有效避免既有基础2在抬升后产生晃动。
工作人员均知,条形基础或独立基础的剖面均为“┻”型,因此,为了避免采用该方法对既有建筑地基基础加固施工后,使建筑上部结构承受额外弯矩,在确定托换桩数量及布置位置时,尽可能在既有基础2两侧对称布置托换桩8和叠合结构7,同一侧多个托换桩8可沿既有基础2的长度方向间隔排布。
如图1至图4所示,本发明还提供了一种既有建筑地基基础加固方法,包括如下步骤:
S1:去除既有基础2上覆盖的填土1,不仅使既有基础2裸露在外,且使地层3上形成凹坑。
S21:通过对既有建筑结构荷载或改造后的建筑结构荷载进行计算分析,得到每个既有基础2需要提供的抗力大小以及需要通过加固增加的抗力大小,从而确定既有建筑的上部结构传至每个既有基础2顶面的竖向荷载Fk;
S22:根据既有基础2持力层的承载力fa(如进行顶升纠倾,则既有地基承载力考虑为0)及既有基础2底面面积A估算出每个既有基础2需通过托换桩8承担的竖向荷载△Fk;
S23:综合考虑场地工程地质条件及每个既有基础2需要增加抗力大小,并根据现场布局确定在临近既有基础2外侧确定加桩的具体位置、托换桩8的桩型、托换桩8的桩径、单个托换桩8的竖向抗压承载力R及托换桩8的桩数n;
S24:根据托换桩8的布桩位置、托换桩8的桩数、既有建筑的上部结构荷载以及钢绞线4连接节点在既有基础2外侧的布置位置、后期钢绞线4张拉施工时最大张拉荷载等,对既有基础2进行抗冲切、抗剪切、抗弯验算,并通过分析计算每个既有基础2的地基静反力和增加托换桩8后增加的反力,对托换桩8桩顶抗压承载力能力进行验算,对验算结果不满足要求的基础,通过在保持基础平面尺寸大小不变的前提下在既有基础2顶部浇筑叠合结构7的方式来增加既有基础2抗冲切、抗剪切、抗弯能力,确定既有基础2补强需要在既有基础2顶部增加的叠合结构7厚度;
S25:待基础尺寸确定后,根据初步确定的托换桩8的布桩位置、托换桩8的桩数、既有基础2增强后的尺寸对步骤S22中托换桩8承担的竖向荷载△Fk进行复核验算,验算满足要求即可进入下一步,否则应调整相关参数后重复第S21~S24步,直至验算结果满足要求;
S26:在既有基础2外侧植入托换桩8。
S3:在既有基础2与叠合结构7形成的整体中锚固钢绞线4,并在钢绞线4上端贯穿托换桩8后,在托换桩8上设置与钢绞线4对应的千斤顶5,钢绞线4上端固定在千斤顶5的输出端上,通过千斤顶5对钢绞线4的张拉提升方式将预定增加的荷载传递到托换桩8桩顶,或在钢绞线上端贯穿托换桩8后通过张拉提升方式实现对既有基础2进行抬升。需要注意的是,千斤顶5对钢绞线4的张拉提升的过程中,应当根据托换桩8的布置特征,整体对称进行,防止偏载。
S4:荷载传递到托换桩8桩顶后或既有基础2抬升达到指定高度位置后,将钢绞线4上端采用锁定装置6锁定在托换桩8桩顶,将钢绞线4上端与千斤顶5的输出端分离,并将千斤顶5从托换桩8上取下;同时,采用钢筋混凝土对托换桩8、叠合结构7、外露钢绞线4进行永久性连接封闭处理,对既有基础2抬升后在基础底面与原持力层之间形成的空隙进行填充,使钢绞线4下端的锚固和钢绞线4上端的锁紧以及钢绞线4的裸露处能得到有效的保护,防止钢绞线4后期被腐蚀损坏,并使托换桩8的水平部、叠合结构7、既有基础2之间保持稳固,有效避免既有基础2在抬升后产生晃动。需要说明的是,本发明中锁定钢绞线4的锁定装置6可直接采用现有技术中的锁定装置6。
S5:在加固后的地基基础上进行回填,使地层3恢复平整。
在步骤S22中每个既有基础2需通过托换桩8承担的竖向荷载△Fk,其计算方式为:
其中,α为托换桩8不同施工工艺对既有基础2持力层承载力的影响设定的地基承载力折减系数;Gk为既有基础2自重和既有基础2上填土1的土重,具体的,在计算时可按现有的基础尺寸计算,最终应对地基基础结构补强后的尺寸校核验算。
在步骤S23中,托换桩8桩数n的计算方式为:
其中,R可以根据地层3参数进行托换桩单桩承载力估算,在后期托换桩8试桩施工后进行钢绞线4张拉提升时,可对托换桩8竖向抗压承载力进行验证,根据计算结果综合考虑对称布置、向上取整确定最终桩数。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解,上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明,而并非对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言,在上述公开的基础上还可以做出其他变化或变型,并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种既有建筑地基基础加固方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:去除既有基础(2)上覆盖的填土(1);
S2:在既有基础(2)外侧植入托换桩(8);
S3:在既有基础(2)上浇筑增加叠合结构(7)形成整体,在既有基础(2)和叠合结构(7)中共同植入锚固钢绞线(4),并在钢绞线(4)上端贯穿托换桩(8)后通过张拉提升方式将预定增加的荷载传递到托换桩(8)桩顶,或在钢绞线(4)上端贯穿托换桩(8)后通过张拉提升方式对既有基础(2)进行抬升,实现对既有建筑结构顶升纠倾;
S4:荷载传递到托换桩(8)桩顶后或既有基础(2)抬升达到指定高度位置后,将钢绞线(4)上端锁定在托换桩(8)桩顶;
S5:在加固后的地基基础上进行回填。
2.根据权利要求1所述的既有建筑地基基础加固方法,其特征在于,在步骤S2之前需对既有建筑结构荷载或改造后的建筑结构荷载进行计算分析。
3.根据权利要求1所述的既有建筑地基基础加固方法,其特征在于,在步骤S2之前需综合考虑场地工程地质条件及每个既有基础(2)需要增加的抗力大小,确定托换桩(8)的参数及每个既有基础(2)需要增加的托换桩(8)桩数。
4.根据权利要求1所述的既有建筑地基基础加固方法,其特征在于,在步骤S2之前需确定托换桩(8)的具体位置及钢绞线(4)的连接节点在既有基础(2)中的布置位置。
5.根据权利要求1所述的既有建筑地基基础加固方法,其特征在于,在步骤S2之前需确定增加叠合结构(7)的厚度。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的既有建筑地基基础加固方法,其特征在于,在步骤S3中,托换桩(8)上还设有与钢绞线(4)对应的千斤顶(5),钢绞线(4)上端固定在千斤顶(5)的输出端上。
7.根据权利要求6所述的既有建筑地基基础加固方法,其特征在于,在步骤S4之后需将钢绞线(4)上端与千斤顶(5)的输出端分离,并将千斤顶(5)从托换桩(8)上取下。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的既有建筑地基基础加固方法,其特征在于,在步骤S4之后需采用钢筋混凝土对托换桩(8)、叠合结构(7)、钢绞线(4)进行连接封闭处理。
9.一种既有建筑地基基础加固结构,其特征在于,包括托换桩(8)、钢绞线(4)和叠合结构(7),所述托换桩(8)布置在既有基础(2)外侧,叠合结构(7)浇筑在既有基础(2)上,且托换桩(8)上部位于叠合结构(7)顶面以上;所述钢绞线(4)下端植入既有基础(2)与叠合结构(7)形成的整体结构中,钢绞线(4)上端贯穿托换桩(8)后采用锁定装置(6)与托换桩(8)锁紧固定。
10.根据权利要求9所述的既有建筑地基基础加固结构,其特征在于,所述托换桩(8)呈“7”型。
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