一种水平地基置换结合桩体顶升加固纠偏的方法与流程

本发明属于地基加固纠偏技术领域，具体涉及一种水平地基置换结合桩体顶升加固纠偏的方法。

背景技术：

在我国五千多年的历史中，无数的能工巧匠在我国辽阔的土地上留下了能够充分反映建筑水平、风土人情、宗教礼仪的古建筑物。这些古建筑物是我国的无价之宝，然而受限于古代落后的建造水平，许许多多的古建筑物都是直接建立在简易处理的碎石夯土地基上，但是这样简易处理的地基无论是整体性还是承载能力都比较差。在地下渗流、风化、地层运动、周边建筑施工的扰动下，地基受力不均匀，长此以往就会产生不均匀沉降，导致上部建筑产生裂缝、倾斜、甚至倒塌，这给古建筑物保护带来了很大难题。针对这种现状，有必要采取一些有效的地基加固措施来预防不均匀沉降，或者对已经产生不均匀沉降的建筑物进行加固及纠偏。

目前针对软弱地基的加固方法主要有：1.建筑顶升加固法，就是在地基及基础持力部位采用千斤顶依靠上部建筑的自重作为支座反力将桩体向下顶进至稳定岩层中，然后将建筑顶升。多根桩体为建筑提供支撑力并纠正已经发生的不均匀沉降，使上部建筑达到稳定状态。多用于整体性良好、地基承载能力较好的建筑中，而大多数古建筑物的地基松散破碎，向下顶进时难以提供稳定的支撑点，因此很难达到理想的加固纠偏效果。2.水平地基置换法一般是在建筑物侧面开挖施工导坑，暴露出原有地基，然后从水平方向顶进钢管或者预制箱梁。钢管顶进完毕以后向管内填充土体膨胀材料并同步拔出钢管，完成地基置换。这种方法简单但效果有限，经过处理后的地基再次经过扰动或地下水侵蚀依然有可能会发生不均匀沉降，且采用这种方法难以纠正已经发生的不均匀沉降；采用手掘式箱梁顶进法时顶进速度慢顶进阻力大，且顶进施工时产生的扰动容易对上层建筑物造成不可逆的损害。

技术实现要素：

本发明针对在整体性差、破碎松散地基上的古建筑地基加固及纠偏的问题，提供一种水平地基置换结合桩体顶升加固纠偏的方法，能显著减小施工时对上部建筑的扰动，提高地基的整体稳定性，纠正不均匀沉降。

本发明采用如下技术方案：

一种水平地基置换结合桩体顶升加固纠偏的方法，首先在建筑四周开挖施工导坑至目标深度，然后在导坑一侧通过水平矩形钻机开挖至另一侧，贯通后连接提前放在另一侧导坑的预制钢筋混凝土板，通过液压动力将钢筋混凝土板沿掘进通道拖回至指定位置，即完成一个位置的地基置换施工。通过合理安排多个位置的地基置换施工，最终完成对整个地基的置换施工。用对拉螺杆将多块预制钢筋混凝土板拉紧形成一个整体，并在其四周设置圈梁，即可将原有整体性差、松散破碎的地基置换为一整块钢筋混凝土板，从而达到地基置换的目的。最后在地基置换完成以后根据建筑倾斜或沉降的具体情况，按照常规的桩体顶升的方法对建筑沉降或倾斜进行纠正，具体包括如下步骤：

第一步，施工前勘察与准备预制件：在待加固建筑物附近进行钻孔勘察，确定土质级别与建筑物周围水文信息，结合建筑建造工艺及年限对待加固地基的破碎程度做出判断，测量建筑物尺寸，判断地基的承载能力，确定导坑的开挖区域与深度；准备预制钢筋混凝土板、水平矩形钻机；所述预制钢筋混凝土板上设有预埋挂钩和穿孔，预制钢筋混凝土板的长和宽大于地基开挖的长和宽；

第二步，对上部建筑物临时支护，在建筑物四周开挖导坑，在一侧的导坑组装水平矩形钻机，在与放置水平矩形钻机的导坑相对的另一侧的导坑放置预制钢筋混凝土板；

第三步，置换地基，将地基平均分为七份，从左至右依次编号为6、2、4、1、5、3、7，按照1、2、3、4、5、6、7的编号顺序置换地基，置换方法如下：开始掘进，当水平矩形钻机掘通原有地基以后，将水平矩形钻机与预制钢筋混凝土板进行连接，通过液压动力将水平矩形钻机与预制混凝土板一起沿掘进通道拖回，确保预制钢筋混凝土板恰好置换被开挖部分，即完成一个位置的地基置换作业，重复上述步骤置换其余位置的地基；

第四步，置换完成后，将对拉螺杆沿预制钢筋混凝土板的穿孔穿过并拉紧，在预制钢筋混凝土板的四周设置圈梁，形成一块完整的钢筋混凝土板地基作为新地基，新地基的长和宽分别为原地基的长和宽的1.2倍；

第五步，在钢筋混凝土板地基的一侧继续向下开挖至正下方的加固点，设置液压千斤顶，采用逐段顶进的方法向下顶进钢管桩直至稳定岩层中，完成多个位置的桩体顶进后，将地基上部建筑共同顶升，纠正不均匀沉降及建筑倾斜；

第六步，回填土体并压实，拆除建筑物的临时支护，并恢复原有地面，完成对破碎地基的水平置换加固与建筑沉降的纠正。

本发明的有益效果如下：

本发明采用水平矩形钻机在目标深度依次开挖软弱地基，并将预制好的钢筋混凝土板从另一侧沿开挖出的通道拖回软弱地基中。将原有地基替换为钢筋混凝土板状地基后采用钢管桩顶升的方法纠正不均匀沉降。整个水平地基置换的过程充分利用土体的自身结构稳定性和水平矩形钻机的构造维持在破碎地基中开挖出的通道的稳定性，一举解决原有水平地基置换法施工繁琐、容易引发二次沉降、顶进施工产生的震动对上部建筑扰动大的缺点，同时也弥补了建筑顶升法在破碎松散地基中难以有效应用的不足。

1.本发明最终形成了一整块板状地基，其受力面积大于建筑整体顶升加固法中所用桩体的受力面积，可以承受更大的上部压力，且抵抗水平方向滑移的能力也较强。

2.本发明采用预制钢筋混凝土板作为替换地基，拖换地基施工速度快，并且拖换完成后无需注浆或是填充膨胀材料马上就可以恢复承载力，避免了使用水泥浆液（或者其它加固浆液）导致原有破碎地基进一步软化失稳。

3.本发明对上层建筑物的扰动很小，整个地基替换施工过程中都没有造成大范围的卸载，建筑应力状态的改变很小，相比于其他施工方法更稳定更安全。

4.本发明最终形成了一整块钢筋混凝土板状地基，抗渗抗软化能力强，相较其他方法可有效减轻地下渗流对建筑物的影响。

5.本发明最终形成了一整块钢筋混凝土板状地基，可采用桩体顶升的方法纠正已经发生的不均匀沉降或建筑倾斜。

附图说明

图1为导坑开挖主视结构示意图；

图2为导坑开挖侧视结构示意图；

图3为导坑开挖俯视结构示意图；

图4为单个位置地基置换流程图；

图5为单个位置地基置换完成图；

图6为地基置换完毕主视结构示意图；

图7为地基置换完毕侧视结构示意图；

图8为地基置换完毕俯视结构示意图；

图9为预制钢筋混凝土板采用对拉螺杆连接主视结构示意图；

图10为预制钢筋混凝土板采用对拉螺杆连接侧视结构示意图；

图11为预制钢筋混凝土板采用对拉螺杆连接俯视结构示意图；

图12为圈梁安装主视结构示意图；

图13为圈梁安装侧视结构示意图；

图14为圈梁安装俯视结构示意图；

图15为桩体顶升纠偏主视结构示意图；

图16为桩体顶升纠偏侧视结构示意图；

图17为桩体顶升纠偏俯视结构示意图；

图18为地基加固与纠偏完成主视结构示意图；

图19为地基加固与纠偏完成侧视结构示意图；

图20为地基加固与纠偏完成俯视结构示意图；

其中：1-待加固的倾斜建筑物；2-原有地基；3-地表土体；4-预制钢筋混凝土板；5-水平矩形钻机；6-圈梁；7-对拉螺杆；8-螺栓；9-垫片；10-预埋挂钩；11-液压千斤顶；12-钢管桩。

具体实施方式

结合附图，对本发明做进一步说明。

一种水平地基置换结合桩体顶升加固纠偏的方法，包括如下步骤：

第一步，施工前勘察与准备预制件：在待加固建筑物附近进行钻孔勘察，确定土质级别与建筑物周围水文信息，结合建筑建造工艺及年限对待加固地基的破碎程度做出判断，测量建筑物尺寸，判断地基的承载能力，确定导坑的开挖区域与深度；准备预制钢筋混凝土板、水平矩形钻机；所述预制钢筋混凝土板上设有预埋挂钩和穿孔，预制钢筋混凝土板的长和宽大于地基开挖的长和宽；

第二步，对上部建筑物临时支护，在建筑物四周开挖导坑，在一侧的导坑组装水平矩形钻机，在与放置水平矩形钻机的导坑相对的另一侧的导坑放置预制钢筋混凝土板；

第三步，置换地基，将地基平均分为七份，从左至右依次编号为6、2、4、1、5、3、7，按照1、2、3、4、5、6、7的编号顺序置换地基，置换方法如下：开始掘进，当水平矩形钻机掘通原有地基以后，将水平矩形钻机与预制钢筋混凝土板进行连接，通过液压动力将水平矩形钻机与预制混凝土板一起沿掘进通道拖回，确保预制钢筋混凝土板恰好置换被开挖部分，即完成一个位置的地基置换作业，重复上述步骤置换其余位置的地基；

第四步，置换完成后，将对拉螺杆沿预制钢筋混凝土板的穿孔穿过并拉紧，在预制钢筋混凝土板的四周设置圈梁，形成一块完整的钢筋混凝土板地基作为新地基，新地基的长和宽分别为原地基的长和宽的1.2倍；

第五步，在钢筋混凝土板地基的一侧继续向下开挖至正下方的加固点，设置液压千斤顶，采用逐段顶进的方法向下顶进钢管桩直至稳定岩层中，完成多个位置的桩体顶进后，将地基上部建筑共同顶升，纠正不均匀沉降及建筑倾斜；

第六步，回填土体并压实，拆除待加固建筑物的临时支护，并恢复原有地面，完成对破碎地基的水平置换加固。

实施例

现有一砖石结构古建筑，经过勘察确定其地基为简易处理过的软土碎石地基，由于地基整体性差，该建筑在长期受到地下水侵蚀及地层运动的影响后发生了微小的不均匀沉降，导致该建筑东侧下沉10cm。若不及时进行地基加固及纠偏，会对上部古建筑造成难以挽回的损害。

经测量，该古建筑尺寸为：8m×5m×6m；上部建筑荷载为：5000kn；其地基深度为：2m；场地内地层为杂填土和粉土层，综上信息确定，预制钢筋混凝土板尺寸为：1.3m×5.5m×0.3m。施工前对上部建筑设置临时保护结构。

1.在建筑周围地表土体3上开挖施工导坑，导坑深度为2.3m。在a侧施工导坑内组装水平矩形钻机5，在b侧施工导坑的对应位置吊放预制钢筋混凝土板4。

2.水平矩形钻机5开始掘进。由a侧施工导坑掘通建筑原有地基2至b侧导坑后，将预制钢筋混凝土板4上的预埋挂钩10与水平矩形钻机5连接，通过液压动力将水平矩形钻机5和预制钢筋混凝土板4共同拖回，使预制钢筋混凝土板4恰好填充被开挖的部分，完成一个部分的水平地基置换作业。

3.按照顺序依次完成各个位置的水平地基置换施工。采用对拉螺杆7将替换完毕的多块预制钢筋混凝土板4拉紧。

4.在预制钢筋混凝土板4四周设置圈梁6，通过圈梁6将替换掉原有地基2的多块预制钢筋混凝土板4结合成一个整体，最终形成整体性良好的一整块钢筋混凝土板地基。

5.在钢筋混凝土板地基东侧继续向下开挖至新地基正下方的预定加固点，设置液压千斤顶11，逐段向下顶进钢管桩12至稳定岩层中。根据设计需求，完成多个点位的桩体顶进施工，最终将地基及建筑物整体向上顶升，纠正建筑倾斜。

6.回填土体并夯实，拆除上部建筑物1的临时保护结构，恢复地面。