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加固检测技术

结构托换加固技术

来源:新时代加固公司     发布时间:2017-03-07

  结构托换技术是指对原有影响建筑使用功能的承重结构采用改变受力体系的方法进行的功能改造,目的是获得更大的理想使用空间。结构托换采用的方法一般为型钢托换、钢筋混凝土托换、桁架托换等。

  地基基础托换技术是指因城市修建的地铁或地下隧道不可避免地从楼房底下穿过,为了避免拆除重建必须对地面上的楼房进行桩基托换。

  该技术主要是对地下隧道穿过需切断的楼房桩基,先在其承台附近采用梁式转换层将此部份桩基承受的上部荷载传递到隧道外侧的新建桩基础上,由托换梁—新加桩组成的托换结构体系代替。

  同时为了确保被托换楼房在断桩和隧道通过后不产生开裂、倾斜等破坏,采取了托换梁预应力张拉、千斤顶预顶、桩底注浆等技术,桩基托换可应用微型嵌岩钢管灌注桩、砼界面连接技术等多项专利技术。

  在建筑施工过程中,建筑物、构筑物常常因不可抗力等原因而导致地基承载力差,或将建筑物建在土层厚度变化大的软地基上,或因建筑物偏心距大而荷载偏心,或因地基局部被水浸陷等等因素,而导致建筑物、构筑物基础由于严重的不均匀沉降而倾斜、开裂等问题。托换技术(underpinning),是指在建筑物、构筑物由于地基承载力差或者基础严重不均匀沉降等诸多原因导致倾斜、开裂,而采取的地基基础处理、加固、改造、补强技术的总称。

  一.托换类型

  托换技术的起源可以追溯到古代,但是托换技术直到20世纪30年代兴建美国纽约市的地下铁道时才得到迅速发展。托换技术在我国是一种新兴技术,其包括的系统内容繁杂,体系众多。基本托换方式有基础加宽托换、坑式托换、桩式托换、灌浆托换、纠偏托换等等,本文就其中几种主要托换方式加以详细描述。

  1.基础加宽托换

  基础加宽的主要原理是通过增大基底接触面积从而有效降低其压力,加宽方法一般采用混凝土套或者钢筋混凝土套,应用时应注意将加宽的部分与基础原有部分做好无缝对接。在实际应用中,通常用钢筋锚杆作为连接,在连接前要做好原有基础的处理工作,对原有基础进行凿毛、刷洗,铺一层高标号水泥浆层,使加宽部分与原有的混凝土能较好的成为一体。注意对锚固钢筋的刚性基础和柔性基础做好计算,施工时可以针对不同的刚性和柔性做好相应的措施。加宽连接时,若有条件也可以把锚固钢筋与原有的钢筋基础焊牢,增加其稳固性。加宽时应根据基底不同使用不同的方式,如承受偏心荷载的条形基础可用单面肩宽;承受中心荷载的为双面加宽;还有整版加宽、周边加宽等。

  2.坑式托换

  坑式托换也是基础托换方式的一种,它属于基础加深方法。坑式托换是直接在被托换的建筑物、构筑物基础下方进行挖坑,然后浇筑混凝土的托换方法,也称墩式托换,可使建筑物既能够增大埋置深度,也能增加基础的支承力。实际操作中,应当根据被托换建筑物的自身荷载和地下基础承载力而开挖,充分考虑到以上因素后在局部基础下临时无支撑是可行的,无需添加临时支撑。坑式托换适用于地下水位低、基础为条形的情况,水位低可以有效防止施工时临近水土的流失,基础为条形便于对调整荷载。

  3.桩式托换

  桩式托换就是指采用不同桩型进行托换的总称,其主要桩型包括静压桩、预式桩、灌注桩、树根桩、灰土井墩、灰土桩等等。根据其应用情况简单介绍其中几种,不再一一赘述。

  3.1压入桩托换,包括顶承式静压桩和自承式静压桩。静压桩托换是近年从国外引进的技术之一,主要应用于房屋建筑,现已发展应用到高速公路的结构物基础加固。其主要原理是利用原有建筑物、构筑物的自身重量作为反力将桩体逐渐压入地基中,从而达到将桩和原来基础紧固在一起。对建构物托换后,用混凝土对承台进行浇筑用来承载基础上部荷载,从而迅速防止建构物进一步发生沉降、加固地基。

  3.2树根桩托换,或称微型桩,是指一种小直径的就地灌注钢筋混凝土桩。树根桩托换可以应用于已有建筑的房屋、桥梁;或者地下铁或土坡加固等,适用于砂性土、粘性土、岩石等各类型地基土。

  4.灌浆托换

  灌浆托换也是国外引进的技术之一,在国外的地基土加固中属于常用方法,填充材料有化学浆材,水泥和水玻璃浆材,其中化学浆材由于其具有毒性而使用较少,无毒的水泥和水玻璃浆材普遍较受欢迎。按照加固原理可分为渗透灌浆、劈裂灌浆和压密灌浆;按照浆材的品种可分为硅化灌浆托换、水泥灌浆托换、碱液灌浆托换和高压喷射灌浆托换。

  5.纠偏托换

  我国地域辽阔,地理环境复杂,各个城市因地域不同地基条件差别较大、区域性较强。我国的土层构成也有很多种,其中主要的包括软土、黄土(湿陷性)、膨胀土、杂填土、山区地基等等,这些土层大多都不适合施工,建构物在这类土层上的建造容易产生因不均匀的沉降而导致的倾斜和开裂,针对这种原因采取的托换方法就叫纠偏托换。纠偏托换大致分类:

  加压纠偏、掏土纠偏、顶升纠偏、浸水纠偏。

  二.应用

  托换技术的实施类型多种多样,在建筑施工操作中,应当根据不通过的施工要求及现场情况择优选择最合适的托换技术,不同的托换技术也应用在不同的施工作业中,下面就其中几种类型的托换技术在施工中的应用展开,介绍其操作、要求及优点。

  (一)压桩托换技术在通道基础加固中的应用

  本实体案例选取某高速公路通道位于城郊的山前平原缓斜地段,此段基础土主要由冲积层构成,分为两层:第一层为亚粘土,土质不均匀、空隙发育,含零星沙粒及铁锰质,上部为硬塑,下部为软塑;第二层也是亚粘土,土质相对均匀,含铁锰质半点,局部夹有粉质。

  1.沉降原因分析

  根据工程实际情况和地质条件的调查,在该土层段发生沉降的原因可能为:湿陷沉降,由于施工单位在施工过程中的排水系统设计存在缺陷,导致地表水渗入基坑和未处理的黄土基中导致;地基土中灰土的填埋因为设计不当而致深度不够,在建构物荷载作用下因承载力不强而变形,发生沉降。

  2.原理和流程

  静压桩托换技术主要是利用静压力把桩压入土层,借助的是建筑物自重的压桩反力,使桩与地基基础能够牢固的接合在一起,共同承载建筑物带来的压力,从而起到地基加固作用。静压桩在施工压土时会产生挤土情况,这样桩周围就会产生一定范围的重塑区,土的粘聚力遭到破坏,图的抗剪强度减小,途中的空隙水压增强,桩侧摩擦阻力相应减少。

  随着时间推移,空隙水压会逐步消失,土的结构强度逐渐恢复,当压桩力到达预设的终止压力时便停止压桩。这样,在桩和基础土层的共同作用下,共同来分担上部的承载压力,弥补天然地基的荷载大而承载力不足,并且在压桩停止后一段时间,承载力会因休止期而有相应的增大,从而实现分担负荷,控制基础沉降,达到加固地基的目的。

  静压桩施工时,主要包括五个流程,即制桩-压桩-接桩-托换-封桩。

  3.优势

  静压桩托换技术同传统的方法相比具有如下优点:施工时设备轻便,工具移动灵活,施工时噪音小、无震动,而且可以满足在水电条件不具备的情况下施工;施工时不受限制,能够与上层结构同时进行;受力明确且传力的路径一目了然,效果一般都比较可靠而且直观,可借助托换后桩顶形成的反力来阻止地基沉降;施工周期短,工程造价低,经济合理。

  (二) 其它托换技术的应用

  除了上述重点介绍的静压桩托换技术在建构物中的应用外,托换技术还可以应用到其它很多建筑加固技术处理中。例如砌体结构承重墙体应用的框式托换技术、托换技术在既有建构筑物纠倾地基基础加固中的应用、托换技术在某砌体结构加固改造中的应用、托换技术在砖混结构加固改造中的应用、建筑物静压钢管桩加承台梁托换技术等等。

  三.结语

  本文通过托换技术的概念和其主要类型展开,总结归纳了其中的几种主要类型及其方式方法,并且简单分析了相应的托换技术在其领域中的应用,分析了其对建构物的加固方式方法。并且利用某一高速路段的工程实例重点介绍了静压桩托换技术在建构物的加固中的原理和优势。托换技术的应用还非常广泛,在国内施工作业中的普及工作依然任重道远,我们应在实际施工应用中多注意总结,运用托换技术举一反三。

  托梁拔柱技术:

  托梁拔柱技术是托屋架支柱、托梁拆墙及托梁拆柱的总称。

  它在一定范围内改变了结构的传力途径和计算简图,增大了结构内力,对超静定结构影响面较大,对静定结构影响范围较小。该技术原多用于单层工业厂房排架结构的改造,如今也用于增设大厅的综合楼改造。

  设计原则:

  ★对静定结构,被拔柱、墙所受外力应全部有新增设托架及侧向支撑承受。

  ★对超静定结构,也可考虑内力的重分布来转移部分荷载,但需要进行较大的结构加固处理。

  设计程序:

  ★计算拔柱前结构内力

  ★研究拔柱后力的传递路线及计算简图

  ★根据新的结构方案及内力计算结果设计托架(墙梁)及侧向支撑。对原结构梁、柱、基础进行加固设计。

  ★确定托梁拔柱实施方案对结构在施工过程中的强度和稳定性进行验算。

  施工顺序及要点:

  ★对被拔柱所支撑的结构在施工过程中的安全问题进行全面分析和检查,凡不符合安全要求者均必须进行加固。

  ★按设计要求加固旁柱、柱基及相关结构。

  ★对有支撑托梁拔柱应从地面设置支顶上部结构的临时支柱。

  ★对无支撑托梁拔柱可利用原结构(吊车梁、牛腿等)设置支顶原结构的临时支架,与此同时,对于保留上柱方案,须打凿出穿入托架弦杆的孔洞,或设置支撑托架(梁)的反牛腿及临时加荷反牛腿。

  ★安装托架(梁)。

  ★转换、安放固定于托架(梁)。

  ★拆除临时支柱、架等。

  某综合楼建筑层数共八层,总高度为33.6m,,总建筑面积约为12000.0㎡,为框架结构体系,此建筑采用六度抗震设防,抗震等级为三级,基础采用PHC预应力高强凝土管桩,以强风化岩层作为桩端持力层,平面内横向柱距为4.0m,纵向柱距为6.0m。由于建筑物使用功能改变,为增大使用空间,拟将首层横向两根柱拆除,使梁跨度增大为8.0m,导致结构传力体系改变,需进行托换加固处理,为满足承载力及变形要求,设计采用大截面转换梁支撑上部荷载,并在端部加腋处理,基础采用锚杆静压桩加固,柱采用加大截面法加固,现施工已完成。

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