一种桩基建筑物微型复合钢管桩托换纠倾结构及其施工方法与流程

1.本发明属于建筑维修技术领域，具体涉及一种桩基建筑物微型复合钢管桩托换纠倾结构及其施工方法。


背景技术：

2.随着我国国民经济的持续发展，西北湿陷性黄土地区城市化进程也在不断加快，建筑结构设计、施工技术和施工管理等方面的技术水平也有了极大的提高，出现了越来越多的高层建筑。而桩基础作为湿陷性黄土地区高层建筑的基础实体，因其设计选用范围广，能适应复杂地质条件和不同规模的建筑物，在湿陷性黄土地区的高层建筑的基础工程中得到了广泛的应用。
3.但是由于湿陷性黄土自身的特殊性加上建筑物给水、排水和防水方面的设计问题、施工问题等的影响导致桩周土体发生自重湿陷使得建筑物桩基承载力不足、地基基础过量沉降或不均匀沉降的事故时有发生，导致结构上部损坏、整体倾斜、影响正常使用，甚至丧失使用功能。由于高层建筑体量大、牵涉范围广，若发生倾斜，将会严重威胁人们的生命财产安全。所以，对发生湿陷沉降的桩基建筑物及时采取行之有效的纠偏加固设计措施就显得非常必要和重要。
4.因为建筑物基础和地基处于一个彼此协调、相互影响的整体之中，所以当建筑物因桩基础发生湿陷而发生倾斜，对其进行倾斜分析和纠偏加固处理时，必须全面考虑上部结构、确保上部结构纠偏加固过程不会发生二次破坏。现行《既有建筑地基基础加固技术规范》jgj123中关于建筑物整体纠倾的方法主要是迫降纠倾和顶升纠倾两大类以及这两种方式相结合的纠倾法。
5.其中，迫降纠倾法对于地基土的类型及建筑周边环境条件要求较高，且沉降量及纠倾速率不易控制，易导致二次不均匀沉降或复倾；顶升纠倾法在纠倾过程中易对建筑上部结构造成二次损伤，而且由于高层建筑自重较大，不妥当的顶升反力会造成基础的加速沉降，导致基础的承载力发生变化，从而诱发二次沉降等危害。
6.中国专利cn201910352173.2，提供了一种桩基础建筑物局部沉降的纠偏方法。该方案使用千斤顶将原桩下压至持力层，并将建筑物抬升至标高位置，然后在下压后的原桩和地基梁之间浇筑混凝土，由原桩继续提供承重。经过现场施工发现，由于桩基承载力不足，大多数原桩在纠偏后还会继续下沉，导致建筑物重新倾斜，严重影响建筑安全。


技术实现要素：

7.本发明提供了一种桩基建筑物微型复合钢管桩托换纠倾结构及其施工方法，目的在于解决目前建筑物纠偏中存在的上述技术问题。
8.为此，本发明采用如下技术方案：一种桩基建筑物微型复合钢管桩托换纠倾结构，包括：待截断的原桩，设置在原桩周围用于顶住上方地基梁的至少一个千斤顶，用于放
置所述千斤顶的千斤顶承台；设置在原桩周围的新桩，所述新桩为钢管静压桩，还包括千斤顶撤离后嵌于新桩、原桩的桩头与地基梁底面之间用于提供支撑的楔板；还包括换桩承台，所述换桩承台将原桩、新桩、楔板以及地基梁浇筑固结为一体，从而为建筑物提供支撑。
9.进一步地，所述换桩承台内布设有钢筋网，钢筋网囊括原桩和新桩桩身。
10.进一步地，所述楔板选用4～10mm厚的钢板。
11.进一步地，所述千斤顶至少设置一组，两个千斤顶为一组，千斤顶围绕原桩均匀设置。
12.一种桩基建筑物微型复合钢管桩托换纠倾施工方法，包括上述的基建筑物微型复合钢管桩托换纠倾结构，具体施工步骤如下：1）根据建筑物的沉降倾斜情况，确定建筑物顶升过程中的原桩，并确定每个原桩的纠倾量和相应新桩的补桩数量以及补桩位置；2）在地基梁以下开挖施工空间，然后在原桩上安装千斤顶承台，并安放千斤顶，使千斤顶上端顶住地基梁并处于受力状态；然后断开原桩与地基梁之间的连接，并在二者的缝隙中插入楔板；3）施加载荷，通过千斤顶施加第一级载荷，实时监控建筑物的上升和原桩的下沉位移情况，并及时在原桩和地基梁之间逐渐扩大的缝隙中插入楔板；待载荷和位移稳定后再施加下一级载荷，重复上述步骤，直至完成最终载荷加载，使原桩的底部被下压至持力层，所述建筑物较低一侧被顶升至合适位置并保持稳定；4）布设新桩，通过支架在地基梁底部设置千斤顶，千斤顶正下方的位置即为新桩的位置，将静压钢管桩放置于千斤顶下端并持续施加压力，从而将静压桩压入土层中，第一段静压钢管桩下压到位后安装第二段静压钢管桩继续下压，直至静压钢管桩底部到达持力层；然后卸掉千斤顶，在钢管桩内浇筑混凝土，再在钢管桩顶端和地基梁之间放入楔板，使钢管桩承重；5）浇筑换桩承台，在地基梁下方布设钢筋网，将原桩和新桩囊括在钢筋网中，然后在钢筋网外侧固定支护模板，再向支护模板中浇筑混凝土从而形成换桩承台，混凝土凝固后与原桩、新桩以及地基梁固定为一体。
13.进一步地，步骤（4）中，将原桩和新桩顶部的楔板焊接固定，防止楔板滑脱。
14.进一步地，步骤（3）中，为防止千斤顶损伤地基梁，在千斤顶和地基梁之间设置垫板。
15.本发明的有益效果在于：本发明利用建筑物的自重对原桩施加载荷，迫使原桩下移并使桩端到达持力层，同时对建筑物进行抬升，进行纠倾；此外，还在原桩周围设置静压钢管桩作为新桩进行辅助支撑，并浇筑换桩承台将原桩、新桩和地基梁固结为一体，大大增加桩基的承载力，防止纠倾后建筑物二次沉降倾斜，提高建筑物纠偏的施工效果。
附图说明
16.图1是本发明原桩纠倾的示意图；图2是本发明新桩的布置示意图；图3是本发明新桩下压示意图；
图中：1
‑
地基梁，2
‑
原桩，3
‑
新桩，4
‑
千斤顶承台,5
‑
千斤顶，6
‑
垫板，7
‑
楔板，8
‑
灰土垫层，9
‑
换桩承台，10
‑
支架。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步说明：如图1和2所示，一种桩基建筑物微型复合钢管桩托换纠倾结构，包括待截断的原桩2，设置在原桩2周围用于顶住上方地基梁1的一组或多组千斤顶5，用于放置所述千斤顶5的千斤顶承台4，千斤顶5围绕原桩2呈环形均匀分布。还包括设置在原桩2周围的2～3个新桩3，新桩3为钢管静压桩，还包括千斤顶5撤离后嵌于新桩3、原桩2的桩头与地基梁1底面之间用于提供支撑的楔板7。还包括换桩承台9，换桩承台9将原桩2、新桩3、楔板7以及地基梁1浇筑固结为一体，从而为建筑物提供支撑。
18.一种桩基建筑物微型复合钢管桩托换纠倾施工方法，包括上述的基建筑物微型复合钢管桩托换纠倾结构，具体施工步骤如下：准备工作：先计算出建筑物的每根桩基础需要顶升的力：对待加固的建筑物进行结构和受力分析，预先计算出每根桩的承载力，以便在后续加载顶升荷载时作为参考；然后根据建筑物的沉降倾斜现状和发展速率，确定纠倾沉降量（对应原桩2的最终沉降量）和需要顶升的力（对应最终荷载）。分级逐步加载荷载过程中，每一级荷载为30～50kn，最终加载量应以待加固桩所承担的上部建筑物的荷载确定。
19.1）根据建筑物的沉降倾斜情况，确定建筑物顶升过程中的原桩2，并确定每个原桩2的纠倾量和相应新桩3的补桩数量以及补桩位置。
20.2）在地基梁1以下开挖施工空间，移除地基梁1周边的土体和回填土，漏出原桩2。施工空间大小应满足施工人员操作、设备安装和新桩3布设的要求；然后在原桩2上安装千斤顶承台4，千斤顶承台4可以为对称设在原桩2上的钢牛腿，每个钢牛腿上布置一个千斤顶5；可以理解的是，若原桩2为角桩，则只需在上方有地梁区域布置钢牛腿和相应的千斤顶5。该钢牛腿具体包括与桩身弧度相适应的弧形板、设在弧形板顶部的支撑面板以及连接弧形板外表面和支撑面板底部的梯形肋板；弧形板上具有与螺栓配合使用的螺栓孔，三者预先焊接成整体。在安装时，将焊接好的钢牛腿用其弧形部分紧贴桩身，然后用植入桩身的钢筋螺栓固定于桩身；原桩2上的钢牛腿施工完毕之后，开始布置千斤顶5，钢牛腿两侧各放置一个千斤顶5，并在千斤顶5顶部放置钢垫板6，防止施加载荷时，千斤顶5与地基梁1接触处压力集中损坏地基梁1。千斤顶5布置好之后，使千斤顶5上端顶住地基梁1并处于受力状态，然后截断需要加固的原桩2，千斤顶5开始分级加载荷（如图1所示）。
21.3）施加载荷，通过千斤顶5施加第一级载荷，实时监控建筑物的上升和原桩2的下沉位移情况，并及时在原桩2和地基梁1之间逐渐扩大的缝隙中插入楔板7，楔板7采用4～10mm厚的钢板。待载荷和位移稳定后再施加下一级载荷，重复上述步骤，直至完成最终载荷加载，使原桩2的底部被下压至持力层，此时建筑物较低一侧被顶升至合适位置并保持稳定。
22.4）布设新桩3：如图3所示，首先通过支架10在地基梁1底部设置千斤顶5，千斤顶5正下方的位置即为新桩3的位置。支架10将千斤顶5悬空固定，千斤顶5的上端紧贴地基梁1
的底面。将静压钢管桩放置于千斤顶5下端并持续施加压力，从而将静压桩压入土层中，第一段静压钢管桩下压到位后安装第二段静压钢管桩继续下压，直至静压钢管桩底部到达持力层；然后卸掉千斤顶5，在钢管桩内浇筑混凝土，再在钢管桩顶端和地基梁1之间放入楔板7，使钢管桩承重。新桩3上的千斤顶5卸除后，新桩3顶部与地基梁1之间存在较大间隔，可截取一段钢管桩安装至新桩3上，最后再嵌入楔板7。然后将新桩3和原桩2上的楔板7焊接固定，防止楔板7滑脱，再将原桩2上的千斤顶5拆除。按照此方案将其余新桩3全部下压到位，最后撤除支架10、原桩2上的千斤顶5以及钢牛腿等施工设施。
23.5）浇筑换桩承台9：首先在施工空间底部夯筑灰土垫层8，灰土垫层8比例为3：7。然后在地基梁1下方布设钢筋网，将原桩2和新桩3囊括在钢筋网中，再在钢筋网外侧固定支护模板，最后向支护模板中浇筑混凝土从而形成换桩承台9，混凝土凝固后与原桩2、新桩3以及地基梁1固定为一体。换桩承台9混凝土达到强度后，回填施工空间并将回填土夯实处理。
24.需要说明的是，以上仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。