专利名称：飞机式基础加固予力工法的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑结构加固的地基基础加固方法技术范畴。主要是处理扩展基础因地 基原因，或上部结构荷载分布悬殊差异或超负荷，或相邻荷载影响等原因产生严重损害 上部建筑结构的病理事故工程。特别是对因软弱地基发生的不均匀沉降导致建筑结构产 生的开裂事故又无法加大原基础面积的修复工程。
背景技术：
本发明工法是建筑结构加固技术之一种新工法。它主要针对建筑结构因严重的地基 不均勾沉降产生的结构损坏所进行的加固措施。损坏的病状表现在建筑物上部结构体上， 但病因却出在地基基础这个建筑结构体系根基上。单纯从基础加固出发，或加大基础面 积受到地盘限制，或托换基础受力情况又不能经济有效地解决上述问题。建筑的地基基础加固有多种方法地基压密注浆、静压钢管桩做锚桩或斜桩顶入加 固措施。对扩展基础因地基原因，或上部结构荷载分布悬殊差异或超负荷，或相邻荷载 影响等原因，产生严重不均句沉降甚至导致上部结构严重开裂时，需要扩大原基础面积 但在原位置又扩大不开时，如何进行基础的加固尚无良方。本工法则提供了有效的解决 途径。予力工法是本申请的发明人最先提出的概念和方法，如本申请人的中国专利申请号 为200510094639. 1 强排水复合型动力固结法和申请号为200510094640.4多点胁迫振 冲联合挤密法均是予力对吹填软土地基加固的方法，但未涉及对已建成建筑的地基基础 加固，特别是对无法扩大原基础面积时的加固。发明内容本发明适用于建筑物扩展基础因地基软弱原因，或上部结构荷载分布悬殊差异或超 负荷，或相邻荷载影响产生严重的差异沉降而造成上部结构体严重损坏时，需要加大原 基础面积又无法实施时的加固处理方法。因是地基差异沉降过大造成对建筑物上部结构的严重损坏，损坏的原因出在建筑结 构体系的根基，故处理的关键也是地基基础。将在原基础上建造一个新基础，就实现了 扩大基础面积目标，则可大大减小该处基础的压强，从而减小局部基础的过大沉降，以 调整基础整体差异沉降，最后再修复建筑物上部结构损坏部分，就可确保建筑物修复后 的安全使用了。本发明是针对建筑物扩展基础的两种形式钢筋混凝土的柱下独立基础和钢筋混凝 土的墙下条形基础。补救处理设计也是根据建筑物原有基础形式进行匹配相同形式的新 的扩展基础。无论原来的扩展基础是柱下独立基础或是墙下条形基础，无论该基础是锥形剖面， 或是阶梯形剖面，但在其上新设计的扩展基础剖面均釆用附图中所示的锥形剖面，且锥 形剖面的最小高度须大于或等于250mm，而不能小于2S0mm。在进行新基础设计计算时，严格按小偏心受压基础设计，且地基承载力特征值/^不 进行宽度和深度修正，即新设计基础在与上部结构承重柱或墙的连接处应设置加强暗梁形式，配筋最小直径 不得小于14。浙基础与上部结构承重柱或墙的连接釆用植筋连结方式，并确保其联结 牢固。新设计基础底板下设100 150mm厚掺入粉煤灰的素混凝土垫层，其垫层四周宽度大 于新基础底面四周边各为100mm。该垫层砼标号不得低于C15级。粉煤灰掺量比例由室 内试块强度试验最后确定。新设计扩展基础(锥形基础)可设计成空心状，类似于空心楼板圆孔，最后用砖头 砂浆堵死圆孔两端。该基础还可设计成方孔空腔或方孔格栅状，以减轻基础自重。新设 计基础与原建筑物基础组合成的飞机式基础要按照予力作用原理方法设计。对新设计的锥形基础及相应的地基，可采取相应的予力加固措施。对地基可釆用小 型机具进行细心开挖(尽量不扰动土层结构)后的夯实处理；开挖时先留出30~50mm 厚度不挖以提供相应预留夯沉量，视具体土质条件而定；必要时，也可待新基础建成时 釆取压力注浆加固措施。对基础可采用在四周或两侧进行予力锚桩处理，即采用0219咖 钢管桩(封头桩或开口桩视设计而定)静压锚固，压桩力也由设计决定，以确保其合理 分担上部结构荷载。根据以上飞机式基础加固予力工法设计，其实施的施工程序及工艺过程如下布置 房屋沉降控制观测标点；在原基础位置上测量放线定出新基础边线位置；夯实新设计基 础的地基持力层；做素砼垫层；浇筑新设计扩展基础；设计有锚桩时进行静压钢管桩； 覆土回填分层夯实；设计有地基压浆时进行压密注浆；设计有对原基础压浆或压桩时实 施其相应压浆或压桩顶入；修复上部损坏结构部位；施工中沉降监测，竣工后沉降观测。本设计的飞机式基础加固予力工法严格按"予力技术作用原理"要求，并针对工程 结构损坏程度严格按照"予力度"控制标准来实施予力作用。对于新设计的基础(包括 垫层)的"予力度"控制标准为0.88 - 0.78;对于该新设计基础地基的"予力度"控制 标准为0.92 - 0.86。当建筑物原有基础埋置在厚填土地基上，又因建筑物差异沉降过大造成上部结构损 坏相当严重者，且该基础又出现小量偏斜，此时可对该建筑物原来基础下实施压密注浆 和静压斜桩顶入处理，处理方法按具体补救设计要求实施。本发明的突出效果主要表现在以下几个方面第一，它不是单纯从基础加固出发，或加大基础面积，或托换基础受力情况等； 第二，它不是单独从地基加固出发，它可以不改变原有基础下的地基状况，而是重 新处理设计新基础的地基条件。第三，它是区别于现有各类地基基础加固方法的新工法措施。它既要利用原有旧基 础承载力，更要新设计建造新基础来分担一部分上部结构的荷载，并与原有旧基础组合 形成一种复合型的飞机式基础新型式，就在地基原位改善其受力性状。由于它在加固中新设计建造了新基础，就又出现两个新问题 一是与建筑物上部结 构体的承重柱或承重墙的连接；另一是新设计建造的基础又有一个新的地基设计施工问 题。本工法的"新"能从根本上对该建筑物地基基础应用予力概念、予力技术和予力技 术作用原理去解决建筑结构损坏的加固问题。而且，设计的新基础与老基础组合成的一 种复合型的飞机式基础，既是相互独立的基础结构；而且又是紧密联系的基础结构，它 们要相互配合形成复合基础结构体共同分担建筑物上部结构荷载。这些都是有别于其他 的建筑结构加固处理方法。何况，这样的复合型飞机式基础的设计原理又是本申请发明 人最先提出的予力结构理论之应用，也是发明人的予力结构理论体系的一个重要组成分 支。本发明的最大优点还在于与原基础施工相比，其开挖地基土层浅和范围小，对地 基土体结构扰动小；处理方法简便，处理的施工周期短；处理费用较低；修复后可确保 长期安全使用。特别，当建筑物基础之间距离较小，且开挖土方又受到许多条件限制， 比如局部降水很困难且会产生漏斗水位的附加沉降而加重不均句沉降，此时采用本发明 工法将是最合适的处理方法。
图1是本发明新设计的飞机式基础结构示意图，图2为苏州新区某住宅楼加固新设计的独立柱基下的飞机式基础。该七层框架式住 宅楼工程采用钢筋砼柱下独立基础及墙下条形基础。建造在古运河边的不均匀填土地基 上。该楼建成十年后出现上部结构严重开裂，开裂部位集中在靠东头河岸边的1~3层楼 的柱子和墙体连接处及楼板上。经釆用此法加固，其基础和地基实施的予力度控制标准 分别为0.84和0.92。该楼加固处理后观测一年未出现新裂缝，使用情况良好。图3为江阴周庄某住宅楼新设计的墙基下的飞机式基础。该砖混住宅楼原基础采用 砼条形基础，该工程建造在不均匀填土地基上，建成三年后在几个厚填土部位即出现上 部墙体及楼板严重开裂，且裂缝还直接发展到二楼阳台上。经釆用此法加固，其基础和 地基实施的予力度控制标准分别为0. 84和0.90。该楼加固后，观测三年多来使用情况 良好。图2 ~ 3都是本发明人实施处理的二个实际工程应用的新设计飞机式基础结构形式。 图4是图2的剖视图、图5是图3的剖视图。建筑物原有基础l、新设计建造基础2、新建基础垫层3、柱子上钻孔与钢筋焊接4、 柱5、墙6。
具体实施方式
本发明是针对建筑物扩展基础的两种形式钢筋混凝土的柱下独立基础和钢筋混凝 土的墙下条形基础。处理设计也是根据建筑物原有基础形式进行匹配相同形式的新的扩 展基础。无论原来基础是柱下独立基础或墙下条形基础，原来的基础是锥形剖面，或是阶梯 形剖面，新设计的扩展基础剖面均采用如图3和图4所示的锥形剖面(参见附后图3和图4),且锥形剖面的最小高度须大于或等于250mm,而不能小于250mm。 同时，新设计的扩展基础还须满足以下一些构造要求(1) 混凝土的强度等级不应低于C25;(2) 新设计的锥形基础底板宽度B,和长度A,应根据受力计算确定；但B,和A的最小 值须大于或等于原有基础宽度B和长度A,即B,》B+2 x 250鹏和A, > A+2 x 250mm;(3) 新设计的锥形基础的底板受力钢筋最小直径不宜小于(H2mm;间距不宜大于 200mm;受力钢筋保护层厚度不宜小于45mm;箍筋直径不宜小于^ 6. 5咖；(4) 新设计的锥形基础底板与原有基础顶面最小间距应大于或等于600mm。 对于新设计的扩展基础的底面尺寸确定，应满足以下受力要求a) 基础底面的压力，应符合下式要求当轴心荷载作用时 A".1/。 (1)式中，A—_相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值； /。一一修正后的地基承载力特征值。当偏心荷载作用时，除满足(l)式要求外，尚应符合下式要求Amax"3y; (2)式中，A皿一一相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值。b) 基础底面的压力计算，可按以下公式确定。当轴心荷载作用时A=^^" (3)式中，巧一一相应于荷载效应标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值； 《_一基础自重和基础上的土重； j— 一基础底面面积。 当偏心荷载作用时=^±^ + ^ (4)Ar咖 j 『 、""咖 『式中，Mt—一相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的力矩值； 『一一基础底面的抵抗矩；Amin—一相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值。 在设计新基础设计计算时，严格按小偏心受压基础设计，且地基承载力特征值/。4不进行宽度和深度修正，即新设计基础在与上部结构承重柱或墙的连接处应设置加强暗梁形式，配筋最小直径不得小于14。旃基础与上部结构承重柱或墙的连接采用植筋连结方式，并确保其联结牢固。新设计基础底板下设100 150mm厚掺入粉煤灰的素混凝土垫层，其垫层四周宽度大 于新基础底面四周边各为100mm。该垫层砼标号不得低于C15级。粉煤灰掺量比例由室 内试块强度试验最后确定。新设计扩展基础(锥形基础)可设计成空心状，类似于空心楼板圆孔，最后用砖头 砂浆堵死圆孔两端。该扩展基础还可设计成方孔空腔或方孔格栅状，以减轻扩展基础自 重。新设计扩展基础与原建筑物基础组合成的飞机式基础要按照予力作用原理方法设计。对新设计的扩展基础及相应的地基，可采取相应的予力度控制措施。对地基可釆用 小型机具进行细心开挖(尽量不扰动土层结构)后的夯实处理；开挖时先留出30 - 50mm 厚度不挖以提供相应预留夯沉量，视具体土质条件而定；必要时，也可待新扩展基础建 成时采取压力注浆加强措施。对新设计扩展基础还可采用在四周或两侧进行予力锚桩处 理，即采用-219咖钢管桩(封头桩或开口桩视设计而定)静压锚固，压桩力也由设计决定，以确保其合理分担上部结构荷载。根据以上飞机式基础加固予力工法设计，其实施的施工程序及工艺过程如下 布置房屋沉降控制观测标点；在原基础位置上测量放线定出新基础边线位置；夯实新设计基础的地基持力层；做素砼垫层(掺粉煤灰)；浇筑新设计扩展基础；设计有锚桩时进行静压钢管桩；覆土回填分层夯实；设计有地基压浆时进行压密注浆；设计有对原基础压浆或压桩时实施其相应压浆或压桩顶入；修复上部损坏结构部位(先清理裂缝，并一次修复到位)；施工中沉降监测，竣工后沉降观测(二月一次，观测一年)。本设计的飞机式基础加固予力工法严格按"予力技术作用原理"要求，并针对工程结构损坏程度严格按照"予力度"控制标准来实施予力作用。对于新设计的基础(包括垫层)的"予力度"控制标准为0.88 - 0.78;对于该新设计基础地基的"予力度"控制标准为0. 92 - 0.86。当建筑物原有基础埋置在厚填土地基上，又因建筑物差异沉降过大造成上部结构损 坏相当严重者，且该基础又出现小量偏斜，此时可对该建筑物原来基础下实施压密注浆 和静压斜桩顶入处理，处理方法按具体补救设计要求实施。
权利要求
1、飞机式基础加固予力工法，是对原出现病理事故的扩展基础进行加固的补救措施，其特征是对地基基础同时实施予力作用，即要在房屋原来的扩展基础的上部位置设计和建造一个新的扩展基础，使之与原扩展基础有机结合形成组合型飞机式基础(即上翼宽大，下翼较小)，共同分担原地基基础上面的结构荷载；同时，对地基也采取相应的予力加固措施，实现有效调整其整体结构体系的差异沉降。主要关键是对地基和基础施加不同的“予力度”调控标准，同时对新建基础及地基采取相应的予力作用措施；可采用夯实处理、压浆加固或静压钢管桩加固，促使新建造的地基基础和原扩展基础形成整体复合基础刚度，共同分担上部结构荷载。
2、 根据权利要求l所述的飞机式基础加固予力工法，其特征是在房屋原来的扩展基 础的上部间隔距离H> 600mm的位置，建造一个新的扩展基础，扩展基础的宽度B,大于 原基础的宽度B,即B,>B+2 x 250mm,使之与原基础有机结合形成截面为飞机式的组合 基础。
3、 根据权利要求2所述的飞机式基础加固予力工法，其特征是新建和原来的扩展基 础包括钢筋混凝土的墙下条形基础和柱下独立基础两种具体形式。
4、 根据权利要求l所述的飞机式基础加固予力工法，其特征是新建的扩展基础可设 计成空心状，即圆孔状(类似空心板)、方孔空腔或方孔格栅状；在保证基础刚度基础上， 尽量减轻其自重。
5、 根据权利要求l所述的飞机式加固予力工法，其特征是新建的扩展基础与房屋上 部承重柱或承重墙的连接采用钢筋混凝土连接方式，并须先做植筋处理。
6、 根据权利要求5所述的飞机式加固予力工法，新建造的扩展基础与上部结构承重 柱或墙的植筋处理须符合现行国家结构加固规范的相应构造要求，以确保其形成牢固的 结构传力骨架。
7、 根据权利要求l所述的飞机式加固予力工法，其特征是在建造新的扩展基础的地 基时不扰动原地基土层结构，并在新建扩展基础的地基上做厚度为100 ~ 150mm的人工垫 层。该垫层材料掺入适量粉煤灰制成掺粉煤灰的素混凝土垫层。
8、 根据权利要求l所述的飞机式基础加固予力工法，其特征是所述的予力工法的施 工工艺过程为布置房屋沉降控制观测标点；在原基础位置上测量放线定出新基础边线 位置；夯实新设计基础的地基持力层；做素砼垫层；浇筑新设计扩展基础；设计有锚桩 时进行静压钢管桩；覆土回填分层夯实；设计有地基压浆时进行压密注浆；设计有对原 基础压浆或压桩时实施其相应压浆或压桩顶入；修复上部损坏结构部位；施工中沉降监 测，竣工后沉降观测。
9、 根据权利要求l所述的飞机式基础加固予力工法，其特征是新建扩展式基础的予 力度控制标准为0. 88 ~ 0. 78;该地基的予力度控制标准为0. 92 ~ 0. 86。
10、 根据权利要求1所述的飞机式加固予力工法，其特征对于特别严重的病理事故 工程，还将对原扩展式基础下釆取压密注浆或斜桩顶入配套补救加固措施一并实施。
全文摘要
飞机式基础加固予力工法，是对原出现病理事故的扩展基础进行加固的补救措施。对地基基础同时实施予力作用。即在房屋原来的扩展基础的上部位置设计和建造一个新的扩展基础，使之与原扩展基础有机结合形成组合型飞机式基础(即上翼宽大，下翼较小)，共同分担原地基基础上面的结构荷载；同时，对地基也采取相应的予力加固措施，实现有效调整其整体结构体系的差异沉降。对地基和基础施加不同的“予力度”调控标准，同时对新建基础及地基采取相应的予力作用措施；采用夯实处理、压浆加固或静压钢管桩加固，使新建造的地基基础和原扩展基础形成整体复合基础刚度，共同分担上部结构荷载。
文档编号E02D37/00GK101215840SQ20071019190
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月26日 优先权日2007年12月26日
发明者周曙东, 健 张, 王同华, 盛卫平, 翔 赵, 韩选江 申请人:南京工业大学;江苏地基工程总公司