建筑工程基礎加固與糾偏處理應用探討

066建筑材料2021-07-18 12:03:40

摘要：本文結合工程實例，詳細探討了建筑工程基礎加固和糾偏處理的施工方法和技術措施，并對其施工效果進行了觀測、驗算和評析，并得出正確的結論。

　　關鍵詞：基礎加固；頂升糾編；沉降觀測；驗算

1工程概況

　　邵陽市某工程是一座六層的框架結構建筑，基礎采用340mm鍾擊沉管灌注樁，設計單樁承載力250kN，工程施工到封頂后突然發(fā)生較大沉降及傾斜，3d時間西北角向西傾斜達41.60cm，停工后制定了處理措施并完成后續(xù)工程。

2建筑物基礎加固方法及施工要點　　

　　2.1樓房下沉傾斜的原因分析

　　2.1.1工程樁成樁質量差，承載力不能滿足結構荷載要求。場區(qū)土層地質資料不準確也是樁承載力低的原因。

　　2.1.2工程樁上的第一級承臺混凝土離析嚴重，承臺斷裂破壞，甚至已反轉破壞。

　　2.2基礎加固的靜力壓樁方法

　　基礎加固采用靜力壓預制樁方法，預制樁是由反力架和油壓千斤頂所組成的壓樁機壓入的，千斤頂所需反力是通過反力架由樓房自重提供的。預制樁采用30×30cm的方樁，制樁壓入的終止條件為壓入荷載大于或等于600kN。

　　為避免施工引起新的附加沉降，靜力壓樁施工前先對所有已破壞的承臺采用工字鋼進行支撐。

　　2.3靜力壓樁的質量檢查

　　根據(jù)現(xiàn)場預制樁時取樣的試件試驗，預制樁的混凝土抗壓強度達到設計要求；預制樁施工完成后對3根樁作靜力載荷試驗，預制樁的極限荷載均大于600kN。

　　2.4條形基礎承臺的設計及施工

　　基礎承臺的設計是由現(xiàn)場實際情況而定的。受首層的凈空不能減小的限制，采用薄承臺結構。同時為增加整體作用能力，將西面1#～8#及東面9#～16#柱分別做成條形基礎承臺。承臺的設計荷載主要考慮以下幾個方面：

　　2.4.1柱的設計荷載，東面9#～16#柱荷載1500kN；西面1#～8#柱荷載1900kN。

　　2.4.2原有承臺、柱的現(xiàn)在荷載按800 kN考慮，但由于在現(xiàn)有荷載800 kN作用下，沉降并未完全穩(wěn)定，當基礎加固后原有承臺的荷載將轉移給新加固的樁。從安全考慮，將原有承臺承擔的800 kN荷載的30%轉移給新加固的樁平均分配。

　　2.4.3根據(jù)上面1、2兩個條件則可計算出承臺設計計算時新加固樁的荷載為西面1#～8#承臺的樁設計荷載P＝335 kN，東面9#～16#承臺的樁設計荷載P＝313 kN。

　　新設計的條形基礎承臺是在原有承臺的上面，破環(huán)反轉的承臺必須將其鑿平至新加固的承臺底標高，由于原有承臺還承擔著樓房的現(xiàn)有荷載，為減小施工對樓房沉降的影響，采取了有效的加強支撐的措施，施工中盡量減少震動，并密切監(jiān)測大樓沉降的動態(tài)。根據(jù)施工期間的沉降觀測結果，在靜大壓樁及承臺的施工期間，各柱的沉降速率與施工前增加很小，說明采用的施工方法是切實可行的，對大樓的沉降影響較小。在承臺澆注混凝土3～5d后承臺已停止下沉,說明新的承臺已發(fā)揮作用。

3基礎加固后傾斜樓房的頂升糾偏處理措施

　　3.1頂升糾偏的設備及施工安裝

　　頂升糾偏的設備主要有，鋼支承梁和混凝土支承墩及頂升用的油壓千斤頂?shù)?。施工安裝時每根柱要裝兩條鋼支承梁，支承梁與柱接觸面用水泥砂漿充填，保證緊密接觸，用穿過柱子的高強螺栓的拉力使柱與支承梁緊密連接在一起，鋼支承梁的兩端支承于兩邊的混凝土墩上。然后等待水泥砂漿有足夠的強度后，將柱子鑿斷安裝千斤頂。頂升糾偏前割斷柱的鋼筋，則整個頂升糾偏的設備安裝完成。

　　3.2頂升糾偏方法

　　頂升時分級同步進行，在柱的支承梁未離開支承點時，頂升加載采用壓力控制，共分4級進行，每個千斤頂都基本上以同步壓力上升，每級加20t施加。在柱的支承梁離開支承點后即按上升高度控制。每根柱的上升在同一級基本上同步進行，每一級頂升完畢后均作詳細的觀測。為了保證樓房頂升糾偏后東、西方向的傾斜值不超過40mm這一標準，西邊各柱的頂升量的大小是采用實測的二、四、六層樓面相對于同一基點柱（16#柱）沉降差的平均值作為頂升的依據(jù)，同時也考慮西邊樁頂升時相鄰柱不應有超過結構容許沉降差這一條件?！?.3現(xiàn)場觀測及觀測結果分析

　　3.3.1 1#～8#柱頂升出力和頂升量的測定

　　1#～8#柱在頂升糾偏時各柱的上升高度與千斤頂頂出力的關系曲線如圖1所示，千斤頂出力隨上升高度變化無一定規(guī)律，主要是受相鄰千斤頂在不是完全同步上升情況下，上升得快的千斤頂?shù)某隽⒃龃?，反之則出力小，因此出現(xiàn)千斤頂出力變化比較大的情況。為了有利于原有裂縫的閉合，適當調整了個別柱的頂升量。

　　3.3.29#～16#柱承臺的轉動量觀測

　　在9#～16#柱每柱靠近承臺面（離承臺面約20cm）柱的內、外側各裝一個百分表觀測承臺在西邊柱頂升時每級的變形值，根據(jù)兩個表的差值除以兩個表的距離即可求出承臺的轉角。9#～16#柱的承臺的轉角θ0與相對應的1#～8#柱的頂升高度W關系曲線如圖2所示。從圖2可看出θ0～W基本成線性關系，9、10柱的承臺的轉角θ0要比其它柱的基礎承臺基礎剛度大。

　　3.3.3梁的裂度觀測及觀察

　　梁的裂度觀測選擇了2～10、7～15柱的一樓連接大梁。在靠近10#、15#柱的大梁梁底分別安裝千分表，測量頂升過程中的應變變化情況。測量結果如圖3（為拉應變），從圖中可看出，梁底應變與頂升高度的關系，2～10梁應變與頂升高度和變化比較有規(guī)律。而7～17梁的梁底的～W變化規(guī)律性差。主要原因是由于7#柱頂升時支承梁底打入鐵墊塊時敲擊震動影響。而2～10梁以上的所有隔墻未拆除，可削弱由于2#柱頂升時支承梁底打入鐵墊塊時敲擊震動影響，其觀測結果比較可靠。根據(jù)現(xiàn)場觀察7～15梁，并未產生裂紋，所以7～15梁的應變觀測結果受震動影響大，未能真實反映梁底的應變變化情況。同時在頂升過程中派專人觀測梁的動態(tài)，觀察結果是所有東西方向的大梁在頂升過程中均未產生裂紋，而且西邊橫梁的原有裂縫在頂升糾偏后都有閉合的跡象。只是在西邊頂升高度達到10～11cm后9#、10#、11#柱的內側開始產生裂紋。頂升糾偏終止后，最大的裂縫寬度發(fā)展至約0.5mm。產生裂縫的主要原因是頂升產生的附加彎矩作用拉裂的，而9#、10#梯形的加固后的承臺剛度大，因此其相應的附加彎矩也較大。由于裂縫較小并不影響其支承強度，而且在長期荷載作用下通過應力調整裂縫將逐漸閉合。

　　3.3.4頂升糾偏的回復量觀測及9#～16#柱的沉降觀測

　　在樓房的四個角觀測頂升后的糾偏量，圖4所示曲線是東北角樓頂在頂升過程中的水平移動量與1#柱的頂升高度的關系。W～u關系近似為線性關系。

　　從表可以看出已施工加固承臺的9#、10#柱的沉降要比其它未施工加固承臺的柱要小。

　3.3.5頂升糾偏的終止和柱的復原

　　按上述頂升糾偏方法進行頂升至第24級時，東北角用經(jīng)緯儀觀測基本達到垂直狀態(tài)，從其它三個角的樓頂?shù)醮咕€至地面的目測結果也是大致垂直狀態(tài)。終止頂升糾偏。

　　頂升糾偏結束后立即施工11#～16#柱加固的基礎承臺，對柱進行基礎加固及糾偏工程已圓滿結束?！?/div>

4頂升糾偏過程中的結構內力分析及樓房最終沉降計算

　　4.1頂升糾偏過程的結構的內力分析

　　一棟已完工的混凝土框架樓房，盡管采用截柱頂升糾偏方法糾正樓房的傾斜，但仍然對框架各節(jié)點產生一定的附加彎矩，這種附加彎矩之后會對框架結構造成損害，必須預先考慮，現(xiàn)對其作些分析計算。由于二樓至六樓所有樓板及梁組成了剛度較大的多層單跨梁體系。可以將樓房取圖5的簡圖來分析計算。A點為用千斤頂支承，在垂直方向有水平方向可自由的支點，N為結構自重，△L為頂升糾偏時附加上千力。F點為固定端但在偏心荷載作用下仍能作相應轉動（θ0）的。BCDE由梁、板組成剛度遠大于EF的一樓柱的剛度，因此現(xiàn)假定BCDE為近似剛架。則當在A點頂起時產生一附加上升力△N，在EF段則受一彎矩M作用（圖6為彎矩圖）。則E點的轉角可用懸臂梁受純彎的公式求得：　θE＝ML/EI+θ0

　　A點頂起高度為Wcm時樓房所產生的轉動θ＝W/970，現(xiàn)考慮θ＝θE則BCDE部分由于樓房轉動將不受影響，因此可得出頂升高度W與彎矩M及F點承臺的轉動θ0關系：

　　W/970＝ML/EI+θ0

　　M＝EI/L（W/970-θ0）

　　在已知1#～8#柱每級的頂升W和實測的相應9#～16#柱的承臺轉角θ0的情況下，即可求出相應的9#～16#柱一樓部分柱段所受的彎矩M?？紤]到彎矩M在大于鋼筋混凝土柱的抗裂強度后，由于柱產生了裂紋，則EI將減小的影響，求出的彎矩M 與頂升高度W的關系曲線。根據(jù)柱的尺寸為40×60cm及配筋為8Φ22即可計算出抗彎能力為25.4Mpa；當頂升高度大于100mm后9#、10#柱開始發(fā)現(xiàn)有幾條小的裂縫，隨著頂升高度的增加，裂縫寬度也有所發(fā)展。這與計算分析是較一致的。梁的裂度觀測及觀察也表明，在西邊術頂升開始至頂升結束，所有大梁及樓板均未產生新的裂縫。這也說明整個樓房的偏轉完全靠西邊各柱頂升后在東邊的柱受彎矩產生了轉動和承臺轉動提供偏轉的，所以對梁及樓板無甚影響。

　　4.2樓房最終沉降計算

　　基礎加固后，從建筑物的觀測結果，在目前現(xiàn)有荷載80～1200kn作用下沉降已趨于零。以后樓修復后每個承臺將受設計荷載作用?，F(xiàn)取東面9#～16#柱的承臺的設計荷載為1500kn，西面1#～8#柱的承臺的設計荷載為1900kn，現(xiàn)有荷載按800kn計算，并假定承臺新增加的荷載△P全部由新的加固樁承擔，則承臺的沉降S為：

　　S＝△P/nk

西邊1#～8#柱承臺加樁為每個承臺4根樁△P＝190－80＝110噸，樁的剛度系數(shù)K由靜力壓樁時的樁的靜載試驗的P～S曲線可計算出：K＝3636/m。則可計算出西邊3#～8#承臺可能產生的沉降約7.6mm。1#、2#承臺以后增加的荷載很小則沉降將較小約5mm。東邊9#～16#柱的承臺每個按加3根樁考慮?！鱌＝150－80＝70噸，由上述公式可計算出11#～16#承臺可能產生的沉降約6.4mm。同樣9#、10#承臺以后增加荷載很小其沉降將較小。

　　考慮到樁在長期荷載作用下，其沉降將略有增加，本樓房在基礎加固后至樓房修復竣工后的最終沉降將在10～15mm左右。

5結論及建議

　　5.1本工程基礎加固采用靜力壓樁方法，共壓入30×30cm預制樁61根，由于靜力壓樁方法最終的壓入荷載大于等于60t，其承載力是很清楚的。同時根據(jù)抽查的7根靜載試驗結果，7根試驗樁的容許承載力均可達到40t。因此在基礎加固后完全可以滿足設計荷載要求。

　　5.2采用了條形基礎承臺增加了整體作用能力，承臺施工質量均滿足設計要求。

　　5.3在西邊1#～8#柱安裝千斤頂進行頂升糾偏，使大樓東西方向糾偏后達到垂直狀態(tài)，頂升糾偏過程中，大樓原有結構完好，只是在9#、10#、11#柱在一樓的柱的內側產生裂縫，裂縫寬度小，已作修補處理。樓房的糾偏達到了預期的目的。

　　5.4根據(jù)沉降分析結果，大樓在加固后至修復竣工后在新的荷載作用下將產生10～15mm左右的沉降。

　　5.5建議以后大樓的修復采用輕型材料或減小內部隔墻的厚度，減輕大樓的自重，可以增加大樓的安全度。

荷載彎矩樓房