一种适用于对既有人工地基改造加固的方法与流程

本发明涉及基础加固领域，特别涉及一种适用于对既有人工地基改造加固的方法。

背景技术：

我国各地地质条件差异大，工程建设中时有遇到软弱土、岩溶、岩石破碎带等各类不良地质现象，天然地基承载力不足、桩基布桩困难。

随着城市建设的发展，一些建筑需要改造，需要在复杂地质条件下建造高层建筑，原有建筑通常高度比较低，传递给地基的荷载较小，所以地基处理后的承载力相对较低。而改造建筑的高度可能会比原有建筑要高的多，传递给地基的荷载也比较大，地基必须重新处理后才能满足承载力要求。由于原有建筑的桩基和改造建筑的桩基具有较大的不同，因桩端持力层差异、桩距限制等因素造成的布桩困难，如果处理不妥当容易造成局部地基变形不均匀，造成不均匀沉降。

技术实现要素：

为了解决上述问题的一个或多个，本发明提供了一种适用于对既有人工地基改造加固的方法。

根据本发明的一个方面，该方法包括原有地基，原有地基包括从上至下依次分布的素填土层、粉质粘土层、粉砂层、淤泥质粉质黏土层、粉质黏土以及第一强风化凝灰岩层，

原有地基通过设置素混凝土桩加固改良形成复合地基，技术方案为：素混凝土桩的桩身混凝土强度等级c20，桩径500mm，有效桩长10.5-12.5m，以粉质黏土层或局部以第一强风化凝灰岩层为桩端持力层，主楼的桩距为1.48m×1.55m，裙楼的桩距为2.0m×1.8m，桩顶设置200mm厚砂石褥垫层。

该改造加固的方法，根据场地条件和工程特点，通过设置桩径500mm的素混凝土桩的局部套挖置换工艺，对已施工复合地基的原有基础进行再加固、改良，以获得更的地基承载力并较好地控制变形，满足比原有复合地基更高的载荷要求。其有益效果是：其一，利用局部套挖置换工艺，是在已施工复合地基的原有基础上进行再次加固，可充分利用原来已施工的原有地基所带来的地基强度和刚度的提升，可以针对已施工复合原有地基质量问题造成的承载力不足进行补强，也可以用于复合原有地基已施工、荷载发生变化需求提高时，对原有地基承载能力进行提升。其二，套挖置换的数量和位置具有可调性，针对性强：位置上，套挖桩可选择原复合地基施工质量不好的桩进行置换，精准处理施工质量问题；也可以在荷载需求大或地基较差的区域加密布置，重点对薄弱部位进行加固。数量上，套挖置换桩的数量可根据承载力的需求，按照所需要补强或提高的承载力要求，通过计算来确定。其三，套挖桩直径大、桩长长，且桩端直接进入岩层，桩体本身承载能力和可靠性均很高，同时，在套挖桩顶设置较原复合地基桩顶更厚的褥垫层，可以协调套挖置换桩、原复合地基桩、天然地基三者之间在荷载下的变形协调，使三者更好的共同工作、共同承担上部结构荷载。其四，套挖置换工艺，在基坑开挖后进行，施工器具小，便于坑下作业。挖孔由人工实施，便于观察并控制成孔质量、桩底虚土容易清理干净，施工质量可靠。其五，本方法无需大型施机械，施工过程对原有地基扰动较小，对周边环境影响小，复合绿色环保概念。

进一步的，复合地基的承载力特征值设计要求主楼fapk≥375kpa，裙楼fapk≥200kpa，fapk按下式估算：

式中：m为置换率；ra为单桩竖向承载力标准值；ap为单桩横截面面积；α为桩间土强度提高系数；β为桩间土变形协调折减系数；fak为基底土承载力特征值。

进一步的，为了解决因施工原因产生的桩长不足，既有复合地基的承载力不满足要求的状况，主楼m取0.086，裙楼m取0.055；在淤泥质粉质黏土层区域，主楼ra取632kn，裙楼ra取640kn，在粉质黏土015区，主楼ra取625kn，裙楼ra取625kn；α取1；β取0.88；主楼fak取360kpa，裙楼fak取140kpa。其有益效果是：根据上部结构布置与荷载分布，对不同区域的复合地基置换率、筏板厚度、地基承载力等进行了优化与调整，减小了差异沉降，实现了变刚度调平。

进一步的，在井筒、主楼框架柱等荷载较大的竖向构件部位，素混凝土桩采用桩底后注浆工艺。其有益效果是：该设置复合高层建筑的荷载与地基反力分布特点，加强了关键部位的地基承载能力，提高了地基的安全储备。

进一步的，淤泥质粉质黏土层的软弱土范围较大，采取桩间土注浆进行辅助加固。其有益效果是：桩间土注浆，不仅可一定程度上提高基底局部软弱土层的承载能力，改善地基刚度和均匀性，减小地基变形、调节差异沉降，且浅层土注浆对基坑开挖安全与稳定十分有利。

进一步的，施工完毕后，是经过测试，(因为施工原因)已施工复合地基不满足要求，需要进行加固，在现场主楼位置设置载荷试验区，进行单桩复合、单桩、地基土载荷试验。其有益效果是：通过实验核查施工后的基础和设计要求的差异，查明施工质量的缺陷，为进一步加固提供基础。

进一步的，在建筑主轴网及井筒位置部分已施工素混凝土桩位上，用人工挖孔方式套挖成孔，边下挖边逐步清除原有素混凝土桩，挖至桩底标高、扩底完成后，浇灌混凝土成新挖孔桩。由于现场基坑已经开挖，且基坑顶部钢筋混凝土支撑尚未拆除，采用机械施工作业困难，加之桩距较密且已经有较大面积桩间土注浆，再补桩已经不可行，所以采取人工挖孔桩套挖置换，刚性桩复合地基加荷进程中，桩的承载作用发挥滞后于桩间土加固方案应从提高刚性桩承载力入手，以满足大荷载下的承载需求。从承载力角度而言，主楼只需在相应区域采取措施，补足复合承载力差距即可；但从沉降角度看，桩长普遍不足使复合地基加固区厚度减小、下卧层附加应力增加，势必造成复合地基沉降变大，因此，加固措施更重要的作用在于弥补因桩长不足导致下卧层压缩增加对地基沉降的不利影响。其有益效果是：解决了不满足施工后桩长普遍不足、单桩承载力未达到设计要求的缺陷。

进一步的，新挖孔桩桩径900mm，底部扩大直径至1400mm，以第一强风化凝灰岩层为桩端持力层，桩长约10～16m，顶部垫层厚度为350mm。按此方案加固后，地基形式仍为复合地基。新挖孔桩桩端嵌岩，桩顶褥垫层仍可为新挖孔桩与桩间土共同工作提供条件，形成包含2种刚性桩增强体的“二元刚性桩复合地基”，新挖孔桩支承刚度较大，一方面较大的桩径增加了置换率，提高了加固区的地基承载力与变形性能；另一方面，新挖孔桩桩长较长、桩端下无可压缩土层，原下卧层经新挖孔桩加固，实际已形成新挖孔桩与下卧土层组成的复合下卧层，有效地改善了素混凝土桩桩长不足导致下卧层压缩量增大的问题。

附图说明

图1为本发明一实施方式的一种适用于对既有人工地基改造加固的方法的原有地基剖面示意图；

图2为图1所示一种适用于对既有人工地基改造加固的方法的复合地基示意图；

图3为图1所示一种适用于对既有人工地基改造加固的方法的新挖孔桩分布示意图；

图4为图1所示一种适用于对既有人工地基改造加固的方法的新挖孔桩制作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

图1至图4意性地显示了根据本发明的一种实施方式的一种适用于对既有人工地基改造加固的方法。如图所示，该方法包括原有地基01，原有地基01包括从上至下依次分布的素填土层011、粉质粘土层012、粉砂层013、淤泥质粉质黏土层014、粉质黏土015以及第一强风化凝灰岩层016，

原有地基01通过设置素混凝土桩1加固改良形成复合地基02，技术方案为：素混凝土桩1的桩身混凝土强度等级c20，桩径500mm，有效桩长10.5-12.5m，以粉质黏土层015或局部以第一强风化凝灰岩层016为桩端持力层，主楼的桩距为1.48m×1.55m，裙楼的桩距为2.0m×1.8m，桩顶设置200mm厚砂石褥垫层。

该改造加固的方法，根据场地条件和工程特点，通过设置桩径500mm的素混凝土桩1的局部套挖置换工艺，对已施工复合地基的原有基础01进行再加固、改良，以获得较高的地基承载力并较好地控制变形，满足该高层建筑的需要。其有益效果是：其一，利用局部套挖置换工艺，是在已施工复合地基的原有基础01上进行再次加固，可充分利用原有地基01所带来的地基强度和刚度的提升，可以针对原有地基01质量问题造成的承载力不足进行补强，也可以用于复合地基已施工、荷载发生变化需求提高时，对原有地基01承载能力进行提升。其二，套挖置换的数量和位置具有可调性，针对性强：位置上，套挖桩可选择原地基01施工质量不好的桩进行置换，精准处理施工质量问题；也可以在荷载需求大或地基较差的区域加密布置，重点对薄弱部位进行加固。数量上，套挖置换桩的数量可根据承载力的需求，按照所需要补强或提高的承载力要求，通过计算来确定。其三，套挖桩直径大、桩长长，且桩端直接进入岩层，桩体本身承载能力和可靠性均很高，同时，在套挖桩顶设置较原有地基桩顶更厚的褥垫层，可以协调套挖置换桩、原复合地基桩、天然地基三者之间在荷载下的变形协调，使三者更好的共同工作、共同承担上部结构荷载。其四，套挖置换工艺，在基坑开挖后进行，施工器具小，便于坑下作业。挖孔由人工实施，便于观察成孔质量、桩底虚土容易清理干净，施工质量可靠。其五，本方法无需大型施机械，施工过程对原有地基01扰动较小，对周边环境影响小，复合绿色环保概念；其六，采用复合地基的局部套挖置换工艺，能够有效地利用基坑开挖的应力补偿作用，可以较充分地发挥基底桩间土的承载能力，作为增强体的素混凝土桩1，以粉质黏土层015或局部以第一强风化凝灰岩层016为桩端持力层，桩端无需穿越岩体破碎带，桩长基本不受岩面起伏影响，不会出现钻孔桩方案桩长相差悬殊导致单桩承载力差异过大的情况；布桩方式灵活，不受常规桩基的桩距限制，柱下、墙下布桩时也无需考虑偏心问题。

优选的，复合地基02的承载力特征值设计要求主楼fapk≥375kpa，裙楼fapk≥200kpa，fapk按下式估算：

式中：m为置换率；ra为单桩竖向承载力标准值；ap为单桩横截面面积；α为桩间土强度提高系数；β为桩间土变形协调折减系数；fak为基底土承载力特征值。

优选的，为了解决因施工原因产生的桩长不足，既有复合地基的承载力不满足要求的状况，主楼m取0.086，裙楼m取0.055；在淤泥质粉质黏土层014区域，主楼ra取632kn，裙楼ra取640kn，在粉质黏土015区，主楼ra取625kn，裙楼ra取625kn；α取1；β取0.88；主楼fak取360kpa，裙楼fak取140kpa。根据上部结构布置与荷载分布，对不同区域的复合地基置换率、筏板厚度、地基承载力等进行了优化与调整，减小了差异沉降，实现了变刚度调平。

优选的，在地下室南、北、东侧周边扩出部位，设置钢筋混凝土材质的抗浮锚桩2，抗浮锚桩2桩径600mm，以粉质黏土层015为桩端持力层，桩端与较坚硬的第一强风化凝灰岩层016距离大于2m，桩长约9-10m，桩顶与承台相连，不设垫层。抗浮锚桩2局部设置向承压时，受力状态以摩擦为主，通过对抗浮锚桩2竖向支承刚度的适当弱化，可一定程度上调节差异沉降，改善抗浮锚桩2与复合地基共同工作的条件，有利于地基基础整体变形协调。

优选的，在主楼与裙楼、主楼与地下室扩出部分之间，设置沉降后浇带，加强对后浇带两侧筏板配筋。

优选的，在井筒、主楼框架柱等荷载较大的竖向构件部位，素混凝土桩1采用桩底后注浆5工艺。该设置复合高层建筑的荷载与地基反力分布特点，加强了关键部位的地基承载能力，提高了地基的安全储备。

优选的，淤泥质粉质黏土层014的软弱土范围较大，采取桩间土注浆4进行辅助加固。其有益效果是：桩间土注浆4，不仅可一定程度上提高基底局部软弱土层的承载能力，改善地基刚度和均匀性，减小地基变形、调节差异沉降，且浅层土注浆对基坑开挖安全与稳定十分有利。

优选的，是经过测试，(因为施工原因)已施工复合地基不满足要求，需要进行加固，施工完毕后，在现场主楼位置设置载荷试验区，进行单桩复合、单桩、地基土载荷试验。通过实验核查施工后的基础和设计要求的差异，查明施工质量的缺陷，为进一步加固提供基础。

优选的，在建筑主轴网及井筒位置部分已施工素混凝土桩位上，用人工挖孔方式套挖成孔，边下挖边逐步清除原有素混凝土桩，挖至桩底标高、扩底完成后，浇灌混凝土成新挖孔桩3。由于现场基坑已经开挖，且基坑顶部钢筋混凝土支撑尚未拆除，采用机械施工作业困难，加之桩距较密且已经有较大面积桩间土注浆4，再补桩已经不可行，所以采取人工挖孔桩套挖置换，刚性桩复合地基加荷进程中，桩的承载作用发挥滞后于桩间土加固方案应从提高刚性桩承载力入手，以满足大荷载下的承载需求。从承载力角度而言，主楼只需在相应区域采取措施，补足复合承载力差距即可；但从沉降角度看，桩长普遍不足使复合地基加固区厚度减小、下卧层附加应力增加，势必造成复合地基沉降变大，因此，加固措施更重要的作用在于弥补因桩长不足导致下卧层压缩增加对地基沉降的不利影响。其有益效果是：解决了不满足施工后桩长普遍不足、单桩承载力未达到设计要求的缺陷。

优选的，新挖孔桩3桩径900mm，底部扩大直径至1400mm，以第一强风化凝灰岩层016为桩端持力层，桩长约10～16m，顶部垫层(6)厚度为350mm。按此方案加固后，地基形式仍为复合地基。新挖孔桩3桩端嵌岩，桩顶褥垫层仍可为新挖孔桩3与桩间土共同工作提供条件，形成包含2种刚性桩增强体的“二元刚性桩复合地基”，新挖孔桩支承刚度较大，一方面较大的桩径增加了置换率，提高了加固区的地基承载力与变形性能；另一方面，新挖孔桩3桩长较长、桩端下无可压缩土层，原下卧层经新挖孔桩3加固，实际已形成新挖孔桩3与下卧土层组成的复合下卧层，有效地改善了素混凝土桩1桩长不足导致下卧层压缩量增大的问题。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。