建筑結構加固方法及缺陷樁基的加固措施

呂秀蘭　袁克建

摘 要:建筑物交付使用后,隨著使用年限的增加各種建筑質量問題便逐漸展現出來,為了延長建筑物的使用年限,各種加固技術應運而生。本文僅針對幾種結構的加固方法簡略介紹了一下,著重介紹了缺陷樁基的加固措施——復合注漿法。

關鍵詞:結構;加固;方法

1 幾種建筑結構加固方法簡述

1.1 作用于梁外側的預應力加固方法

預應力技術一般用于混凝土或鋼結構內部,但在加固工程中預應力用于梁外側改變梁上荷載的傳遞路徑,轉嫁于主梁或柱上。體外預應力方法是一種主動加固技術。

應用范圍:應用于橋梁、建筑、軌枕、電桿、樁、壓力管道等,而且也擴大應用到高層、大跨、重載與抗震結構、土木工程、能源工程、海港碼頭工程等許多新領域。

優點:操作簡單,對原結構損傷小,不影響交通、節省投資,能提高結構的抗彎承載力和抗裂度,減少構件的撓度改善結構應力狀態。

缺點:主要是提高構件正彎距承載能力,不利于抗震。

1.2 增強建筑物截面承載承載力的加固方法擴大截面法

即采取增大混凝土結構(常用于梁、柱)或構筑物的截面面積,以提高其承載力和滿足正常使用的一種加固方法。

應用范圍:可廣泛用于混凝土結構的梁、板、柱等構件和一般構筑物的加固。

優點:應用范圍廣,取材方便,配合植筋加固方法,能顯著提高建筑的承載能力,造價適中;

缺點:加固施工對環境影響較大,柱擴大截面后有損建筑物使用面積。

1.3 改變結構傳力途徑加固:

主要可分為兩種,增設支點法:通過增設支點以減小結構的計算跨度和變形,提高其承載力的加固方法,該方法主要適用于房屋凈空不受限制的大跨度結構加固;

托梁拔柱法:通過加固梁或增設支撐,在不拆或少拆上部結構的情況蝦拆除、更換、接長柱子的一種加固方法,主要使用于要求廠房使用功能改變、增大空間的老廠改造的結構加固或因設計變更以及使用用途變更須拔柱增大空間的改造。

1.4 建筑的抗震加固法耗能框架抗震加固:

傳統的抗震加固方法是以強制強的設計方法,但不能降低結構的地震響應,付出的代價是很大的,同時對已有結構的核芯節點未能采取有效的加固措施。耗能減振即在結構中根據結構的特征設置一些耗能裝置,當地震地面運動引起結構振動時,耗能器發生相對運動而消耗掉部分能量,即增加了結構的阻尼,從而減小結構的變形,也即間接地增強結構的抗震能力,它一般由支承和耗能器組成。耗能框架抗震加固是目前國外流行的已有建筑抗震加固方法。

應用范圍:能廣泛應用于已有建筑的抗震加固。

優點:其減震效果好、構造簡單、造價低廉、適用范圍廣、維護方便。

1.5 應用于地基承載力不足的建筑加固方法錨桿靜壓樁加固

錨桿靜壓樁是錨桿和靜力壓樁結合形成的一種新樁基工藝,通過埋設錨桿固定壓樁架,用千斤頂將樁段逐節壓入土中,再將樁與基礎承臺澆筑在一起,以達到設計要求。

應用范圍:可廣泛應用于地基承載力不足建筑加固,同時可結合機械掏土進行建筑物糾偏和止沉降。

優點:錨桿靜壓樁的施工機具輕便靈活、作業面小、無振動、無污染、施工時不停產不搬遷等優點。

2 缺陷樁基的加固措施——復合注漿法

2.1復合注漿法的施工工藝

2.1.1 注漿鉆孔施工:對樁基的樁身缺陷或樁底持力層缺陷進行加固時,先采用地質鉆機在樁中進行鉆孔抽芯或在樁側進行鉆孔,對樁身缺陷加固時需在樁中鉆孔抽芯至缺陷位置以下1m左右,對樁底持力層缺陷加固時需根據設計樁底持力層要求從樁中或樁側鉆孔抽芯至完整持力層以下3m左右。鉆孔孔徑一般開孔為110mm或101mm,終孔直徑為101mm或91mm,鉆孔垂直度保證<1%。

2.1.2 建立孔口注漿裝置:注漿鉆孔施工完成以后,在注漿孔口建立注漿裝置?？卓谧{裝置采用預埋設的方式固定在樁頂注漿孔口,采用水泥漿或水泥水玻璃漿液將孔口裝置與鉆孔之間的間隙固定密封。孔口注漿裝置既要滿足靜壓注漿要求又要滿足高壓旋噴注漿管可以從其中下鉆的要求。

2.1.3 采用高壓旋噴方式噴射清水進行沖洗擴孔:孔口注漿裝置埋設1～2天后,先采用高壓旋噴方式噴射清水對缺陷位置進行沖洗,噴射清水時需按設計規定的工藝參數(噴射壓力、提升速度、旋轉速度)進行噴射,將注漿管分段下入孔底,每段注漿鉆桿需連接緊密并采用麻絲密封。旋噴清水采用從下而上的方式。旋噴清水一般采用單管旋噴注漿方式,清水一般噴射1～3遍,經噴射清水后,可擴大噴射直徑和增加固結體的強度。

2.1.4 采用高壓旋噴注漿方式進行注漿:按要求進行清水噴射洗孔和擴孔后,再采用高壓旋噴注漿方式進行旋噴注漿。將注漿管分段下入孔底后,從下而上進行旋噴注漿,旋噴注漿一般采用單管旋噴注漿方式。

2.1.5 采用靜壓注漿方式進行注漿:高壓旋噴注漿結束后,利用孔口注漿裝置封住孔口進行靜壓注漿。靜壓注漿開始時采用較稀的漿液和較低的注漿壓力,隨后逐漸增加漿液濃度及加大注漿壓力,直至設計注漿量和注漿壓力為止。一般靜壓注漿在漿液終凝前需進行2～3次灌注。靜壓注漿可以采用單液也可采用雙液注漿。

2.1.6 封孔:靜壓注漿結束后,若注漿孔口冒漿,需對孔口進行封閉處理,防止漿液流出;若注漿結束后孔內漿液有流失,需補灌漿液到注漿孔內漿液飽滿為止。

2.2 復合注漿法的漿液材料

2.2.1 主劑:采用水泥漿為主劑,對既有建筑物地基加固注漿時水泥一般采用425 # 早強型硅酸鹽水泥。對樁基礎缺陷進行加固補強注漿時,為了獲得較高的固結體強度,采用高標號的525#普通硅酸鹽水泥。

2.2.2 外加劑:常用外加劑為速凝劑、早強劑等。速凝劑常采用水玻璃,水玻璃加量一般為水泥用量的2%～4%。采用雙液進行靜壓注漿時,水玻璃用量可為水泥用量的10%～100%。早強劑為氯化鈣和三乙醇胺,用量一般為水泥用量的2%～4%。

2.3 施工工藝參數

2.3.1 旋噴注漿壓力:采用單管高壓旋噴法時:漿液或清水噴射壓力:20～30MPa;采用二重管高壓旋噴法時:空氣壓力為0.7MPa,漿液壓力為20～30MPa;采用三重管高壓旋噴法時:水壓力為:20～30MPa,空氣壓力為0.7MPa,漿液壓力為2～5MPa。在既有建筑物地基加固注漿時常采用單管高壓旋噴,其壓力常用20～25MPa;在對樁基缺陷進行加固補強注漿時采用單管高壓旋噴或三重管高壓旋噴,注漿壓力常用25～30MPa;

2.3.2 噴射提升速度:10～20cm·min-1;在既有建筑物地基加固注漿時采用20cm·min-1;在對樁基缺陷進行加固補強注漿時采用10～15cm·min-1;

2.3.3 噴射旋轉速度:20～40r·min-1;

2.3.4 靜壓注漿壓力:在既有建筑物地基加固注漿時采用0.3～2.0MPa;對樁基缺陷進行加固補強注漿時采用0.3～5.0MPa;注漿壓力需根據每個工程的不同土質條件及注漿部位進行注漿壓力設計。

2.3.5 漿液水灰比:旋噴注漿時采用1∶1～1.2∶1;靜壓注漿時采用0.5∶1～1.2∶1。

2.4 加固效果的檢測復合注漿法加固缺陷樁基后的效果檢測,應主要以承載力檢測為主,因此檢測方法主要采用高應變法和靜載試驗法,抽芯法和低應變法主要作為直觀檢測方法。通過檢測經過加固后缺陷樁的主要缺陷是否已經充分注入水泥來判斷加固效果。