建筑物增層加固基礎(chǔ)實(shí)例及處理方法

楊冬梅　張靚

【摘 要】本文介紹了建筑物增層改造工程中幾種常用加固基礎(chǔ)方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，并結(jié)合某醫(yī)院大樓裙樓加層時(shí)原有加固基礎(chǔ)的工程實(shí)例，系統(tǒng)介紹了基礎(chǔ)底面加固法的設(shè)計(jì)方法和施工要點(diǎn)，尤其對(duì)加固施工過(guò)程中的基坑開(kāi)挖、卸栽加固、界面連接處理以及加固施工質(zhì)量控制方法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較為深入的探討。房屋加固施工和使用過(guò)程中的沉降觀測(cè)結(jié)果表明加固基礎(chǔ)效果良好，對(duì)類(lèi)似基礎(chǔ)的加固具有良好的參考意義。

【關(guān)鍵詞】建筑物增層；加固基礎(chǔ)；處理方法

0.前言

在實(shí)踐工程中，由于種種原因造成建筑物功能的改變和使用荷載的增加，導(dǎo)致原有建筑物基礎(chǔ)因承載力不足而出現(xiàn)不均勻沉降、傾斜，甚至倒塌等工程事故，因此必須采取可靠的措施對(duì)原有基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理或另設(shè)外套框架基礎(chǔ)來(lái)承擔(dān)上部新增荷載，以保證加固后的房屋基礎(chǔ)具有足夠的承載能力，滿足正常使用要求。

當(dāng)前，對(duì)原有基礎(chǔ)為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的加層改造房屋來(lái)說(shuō)，常用的加固基礎(chǔ)方法有擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積、增加基礎(chǔ)埋置深度和增設(shè)外套框架基礎(chǔ)等方法。擴(kuò)大原基礎(chǔ)底面積加固法是通過(guò)增大基礎(chǔ)底面面積的方法來(lái)承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)因加層改造而新增的荷載，從而使得加固后基礎(chǔ)的抗彎、抗剪以及抗沖切能力仍能滿足承載力設(shè)計(jì)要求。該加固方法施工比較方便，費(fèi)用較低，尤其適合埋置深度不大的加固基礎(chǔ)，但要考慮周?chē)欠裼性试S基礎(chǔ)加寬場(chǎng)地。增加基礎(chǔ)埋置深度的加固方法，是通過(guò)接長(zhǎng)原有基礎(chǔ)使其置入更深的承載力更好的土層，目的是使地基基礎(chǔ)仍能滿足加層改造房屋的承載能力要求。該方法一般和擴(kuò)大基礎(chǔ)底面加固法結(jié)合實(shí)施，適用于土層易于開(kāi)挖，緊鄰下臥層為良好持力土層并且持力層在地下水位以上的加固基礎(chǔ)。加固時(shí)需分段分批施工，施工難度較大，尤其要加強(qiáng)基礎(chǔ)加深時(shí)的沉降觀測(cè)。增設(shè)外套框架的基礎(chǔ)一般不與原有基礎(chǔ)連接，單獨(dú)承擔(dān)因加層改造而新增的荷載，適用于原承重結(jié)構(gòu)及地基基礎(chǔ)難以承受上部過(guò)大加層荷載的情況，但它不宜用于設(shè)防烈度超過(guò)8度的地區(qū)加固基礎(chǔ)。

1.工程概況

該醫(yī)院位于市區(qū)，為混凝土框架結(jié)構(gòu)，主樓建筑高度98m，地上20層，地下3層，基礎(chǔ)類(lèi)型為片筏基礎(chǔ)；裙樓地上1層，地下1層，其基礎(chǔ)類(lèi)型主要為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，由于工作的需要，在醫(yī)院裙樓原有結(jié)構(gòu)上增加1層（層高5m）后，將醫(yī)院裙樓的l至2層改造成實(shí)驗(yàn)室，相應(yīng)的樓面活荷載由原來(lái)的2.5kN/m2變?yōu)?.5kN/m2。

據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，工程場(chǎng)地穩(wěn)定，場(chǎng)地類(lèi)型為中硬場(chǎng)地土，建筑場(chǎng)地類(lèi)別屬I(mǎi)I類(lèi)。場(chǎng)地自上而下各地層為：①人工填土，厚度1.6～5.lm，②淤泥質(zhì)亞粘土，厚度0.2～0.4m，③第四系沖積層，卵石及圓礫，厚度0.2～1.4m，④第四系殘積亞粘土，泥質(zhì)砂巖及礫巖，厚度0.4～1.8m，⑤強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖，最大厚度11.4m，⑥中風(fēng)化砂礫巖，揭露厚度7.6～12.8m，巖芯呈塊及柱狀。穩(wěn)定水位為地面以下9.6m。

2.加固基礎(chǔ)方案

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告和結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，經(jīng)加層改造后，原有主樓的片筏基礎(chǔ)仍能滿足承載能力要求，不需要進(jìn)行加固；但裙樓加層部分的原有柱下獨(dú)立基礎(chǔ)因承載力不夠而急需加固。根據(jù)原有設(shè)計(jì)資料，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)埋深4.lm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，基底持力土層為卵石層，地基承載力特征值fak=250kPa。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察基底土層的分布情況，并考慮到主、裙樓基礎(chǔ)類(lèi)型和基礎(chǔ)埋深的差異，以及加固施工場(chǎng)地的限制，決定在原基礎(chǔ)上增加鋼筋混凝土套，采用加大基礎(chǔ)底面積的方法對(duì)加層部分的柱下獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行加固。

2.1加固基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算

加固設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）的要求，對(duì)原臺(tái)階式柱下獨(dú)立基礎(chǔ)分別進(jìn)行了抗沖切和基礎(chǔ)底板抗彎承載能力的驗(yàn)算，其驗(yàn)算過(guò)程如下所述。對(duì)原基礎(chǔ)的抗沖切驗(yàn)算，分別取柱邊與基礎(chǔ)交接處以及基礎(chǔ)變階處截面進(jìn)行驗(yàn)算，其驗(yàn)算公式如（1）所示[3l：經(jīng)計(jì)算，加層以后原柱下獨(dú)立基礎(chǔ)的抗沖切承載力仍能滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，但柱邊Ⅱ一Ⅱ截面的彎矩設(shè)計(jì)值由加層前的186.8kN.m增加到368.51kN.m，原基礎(chǔ)板底配筋遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足抗彎承載力要求，急需加固。加固時(shí)，將基底沿Ⅱ一Ⅱ方向兩邊對(duì)稱(chēng)加寬300mm，加寬后實(shí)際尺寸a=b=3.2m；同時(shí)，根據(jù)規(guī)范要求設(shè)計(jì)中新增部分材料強(qiáng)度提高一級(jí)且不低于C25，故加固基礎(chǔ)部分混凝土采用C30；此外，由公式（4）可知，適當(dāng)增加基礎(chǔ)高度可減少底板抗彎鋼筋的面積，故將基礎(chǔ)高度由500mm增加到l100mm。其中加寬部分基礎(chǔ)底板鋼筋通過(guò)植筋方式與原基礎(chǔ)相聯(lián)接。

2.2加固施工流程

加固施工前，在現(xiàn)場(chǎng)勘察和熟悉加固設(shè)計(jì)圖紙的基礎(chǔ)上，編制了詳細(xì)的施工方案和安全實(shí)施細(xì)則。

3.施工關(guān)鍵技術(shù)的處理

3.1加固前的卸載

當(dāng)被加固基礎(chǔ)負(fù)載加固時(shí)，原鋼筋、混凝土已有初始應(yīng)變，存在著應(yīng)變滯后現(xiàn)象，屬于二次受力結(jié)構(gòu)。為了使加固部分能與原基礎(chǔ)變形協(xié)調(diào)，加固前應(yīng)先行移去荷載卸荷、或加臨時(shí)支撐卸載。施工過(guò)程中，為了減輕基礎(chǔ)承受的上部荷載，在加固前移除了不必要的附屬重物，并根據(jù)情況拆除了部分非承重墻體，對(duì)上部結(jié)構(gòu)易發(fā)生滑動(dòng)的部位采取臨時(shí)加固措施。開(kāi)挖出來(lái)的土方及時(shí)外運(yùn)，嚴(yán)禁堆置在基坑周?chē)Ｍ瑫r(shí)對(duì)開(kāi)挖卸載可能引起的基坑底部剪切隆起的危險(xiǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

3.2基坑的土方開(kāi)挖

因基坑開(kāi)挖面積較小，原地下室地面無(wú)結(jié)構(gòu)底板，故采用人工開(kāi)挖，從地下室地面分臺(tái)階放坡連續(xù)開(kāi)挖。挖方前做好地面排水工作，防止地表水滲泡基坑而降低原基礎(chǔ)的地基承載力。開(kāi)挖時(shí)注意不要碰撞或損傷原有基礎(chǔ)，保證基坑開(kāi)挖斷面位置準(zhǔn)確且基底土無(wú)明顯擾動(dòng)?；娱_(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在24小時(shí)內(nèi)澆筑與原基礎(chǔ)材料及厚度相同的Cl0混凝土墊層，這樣不但可以避免基坑因暴露過(guò)久影響基坑的承載力，并且可以使加固后的基礎(chǔ)與原基礎(chǔ)的基底標(biāo)高和應(yīng)力擴(kuò)散條件相同和變形協(xié)調(diào)。開(kāi)挖過(guò)程中，注意保護(hù)原基礎(chǔ)，不要碰撞或損傷原基礎(chǔ)，同時(shí)注意避免破壞鄰近建筑物基坑、地下管線、永久性道路等。

3.3界面的連接處理

新老混凝土界面進(jìn)行鑿毛處理并沖洗干凈，隨后用高標(biāo)號(hào)純水泥砂漿（內(nèi)摻環(huán)氧樹(shù)脂膠）涂刷，加寬部分基礎(chǔ)混凝土采用UEA微膨脹C30混凝土澆注，以防止出現(xiàn)收縮裂縫。新老鋼筋采用植筋連接時(shí)，應(yīng)先采用鋼筋定位探測(cè)儀測(cè)定元基礎(chǔ)內(nèi)部鋼筋情況，然后定位鉆孔，孔徑比鋼筋直徑大5mm，鉆孔深度比鋼筋植入長(zhǎng)度大4mm且不小于10倍植入鋼筋的直徑。清理干凈鉆孔后注入粘結(jié)膠，同時(shí)將鋼筋錨固部分用膠裹滿，緩緩插入孔中將孔中空氣擠出。待完全固化后，才進(jìn)行下一工序施工。若新鋼筋與原有構(gòu)件的鋼筋采用焊接連接時(shí)，宜采用兩面焊接，焊接前應(yīng)先將焊接部位徹底清理干凈，由專(zhuān)業(yè)人員施焊，確保焊縫質(zhì)量。

3.4施工質(zhì)量的控制方法

加固施工前，在裙樓埋設(shè)了10個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)裙樓在基坑的開(kāi)挖和加層改造過(guò)程中的連續(xù)沉降進(jìn)行詳細(xì)的觀測(cè)。澆注用混凝土的坍落度不能大于80mm，并按規(guī)范要求留置混凝土試塊送檢，并保證上層混凝土在下層混凝土初凝之前全部完成，以避免出現(xiàn)人為施工縫。混凝土澆搗后，至少7天內(nèi)經(jīng)常濕水養(yǎng)護(hù)，直到混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%以后才能拆模，拆模過(guò)程防止碰損邊角混凝土。對(duì)植筋部位有缺陷的混凝土應(yīng)先進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，對(duì)植入鋼筋去污除銹處理，并保證在膠的固化過(guò)程中不能擾動(dòng)鋼筋。同時(shí)，通過(guò)植筋現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)，保證強(qiáng)度達(dá)到要求。基坑分層回填厚度不大于300mm，在基礎(chǔ)周?chē)鶆蚧靥?，壓?shí)系數(shù)不小于0.95。

4.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)施工、使用過(guò)程中的沉降觀測(cè)結(jié)果顯示，加固后的房屋整體沉降均勻，沉降量很小達(dá)到規(guī)范要求，滿足房屋的使用功能，說(shuō)明采用該方法對(duì)加層改造工程的加固基礎(chǔ)是成功的，可為類(lèi)似工程提供借鑒。

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