基礎(chǔ)加固方法的實際工程應用

沈琛，黃亮 （合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009）

0 引 言

近年來，城市中原來的低層建筑已經(jīng)無法滿足目前生產(chǎn)和生活的需要。因此，對舊房屋進行加層改造成為使其繼續(xù)發(fā)揮功能的重要手段，而在實際中的許多工程中，對地基基礎(chǔ)的加固處理沒有予以足夠重視，造成在實際的使用中引起地基基礎(chǔ)的不均勻沉降，影響了建筑物的安全使用。因此，研究有效的地基基礎(chǔ)加固處理方案，具有重要的理論意義和實用價值。

本文以合肥某高學校教學樓加層的基礎(chǔ)加固的應用為例，介紹了開口鋼管樁和擴大基礎(chǔ)法的設計以及加固效果，以期為類似的工程提供參考。

1 工程概況

合肥市某高校教學樓結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，原建筑物的各層梁和樓板均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，建筑物中間部分的基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)和聯(lián)合基礎(chǔ)，南北方向兩側(cè)為獨立柱基礎(chǔ)，見圖1。由于建筑需要，B段樓層需要加層。

經(jīng)勘察已建建筑物基礎(chǔ)持力層為②層粘土，壓縮模量Es=15.4MPa，黏聚力標準值Ck=69.7kPa，內(nèi)摩擦角標準值Φk=9.9°，承載力特征值fak=300kPa。

圖1 B 段基礎(chǔ)平面圖

圖2 計算模型

圖3 方案一沉降量

2 加固方案設計

取教學樓B段D軸和16軸的獨立基礎(chǔ)和16軸的中部聯(lián)合基礎(chǔ)進行結(jié)構(gòu)計算。

先對地基承載力進行修正，得出修正后的承載力fa=374kPa。計算得出獨立基礎(chǔ)不滿足地基承載力的要求，聯(lián)合基礎(chǔ)可以滿足，因此需要對獨立基礎(chǔ)進行加固處理。

2.1 方案一：開口鋼管樁

根據(jù)土的物理指標與承載力之間的經(jīng)驗關(guān)系來確定開口鋼管樁的單樁豎向極限承載力標準值。預選取開口鋼管樁的外直徑為300mm，管厚10mm，樁長為4m~5m之間。

根據(jù)規(guī)范計算出外直徑300mm、樁長4m的開口鋼管樁單樁承載力Ra=0.5Quk=286kN。

取樁數(shù)為4根，可滿足地基承載力的要求。具體方案見表1。

2.2 方案二：基礎(chǔ)擴大托換法

原基礎(chǔ)的寬度為2.7m，長度為3.3m，根據(jù)計算選取基礎(chǔ)寬3.1m、長3.5m時，可以滿足地基承載力的需要。

在滿足地基承載力的條件下，方案二共采取4種不同的基礎(chǔ)參數(shù)，具體見表2。

3 方案比較

通過Midas/GTS軟件建模分析，因為所有方案均是在滿足地基承載力的條件下建立的，所以取基礎(chǔ)的沉降量和沉降差作為評價加固效果的指標，計算模型見圖2。

3.1 方案一的加固效果分析

為了方便方案一中各方案的比較分析，取基礎(chǔ)上5個點作為觀測點，采集沉降量來分析加固效果。各方案的加固效果見圖3。

通過沉降圖和沉降曲線可以看出，采用開口鋼管樁進行加固后，方案1-3要優(yōu)于方案1-1和方案1-2?；A(chǔ)的沉降隨著樁深的增大相應的減小?；A(chǔ)的沉降差也隨著樁深的增加而減小，但是幅度不大?？傮w來說，這三個方案對基礎(chǔ)的加固效果還算理想，沉降差也很小。

3.2 方案二的加固效果分析

取基礎(chǔ)上的8個點作為觀測點，采集沉降量來分析加固效果。各方案的土體沉降見圖4，加固效果見圖5。

由圖4中的沉降曲線可以看出，在滿足地基承載力的條件下，逐漸增大基礎(chǔ)的尺寸，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降量都有所減小，沉降差也相應的減小，但是當基礎(chǔ)長度增大到一定值之后，繼續(xù)增加基礎(chǔ)的長度對于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的加固效果的增加不是很明顯。

3.3 方案的選取

通過Midas/GTS軟件對各種方案的模擬分析，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析對比，兩個方案均可以滿足本工程的基礎(chǔ)加固，各有各的特點。但是根據(jù)加固方案的選取原則，最終選取了施工方法最簡單，并且最后的加固效果最容易控制的擴大基礎(chǔ)方案2-2。而且在實際工程中效果很好，教學樓已經(jīng)安全投入使用。

4 結(jié) 論

本文針對一個實際的加層加固項目，先進行地基承載力的驗算，得出兩邊的獨立基礎(chǔ)承載力不夠，需要進行基礎(chǔ)加固。再初步確定加固方法，計算由加固部分所要承擔的荷載，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》和《建筑地基基礎(chǔ)設計規(guī)范》計算出相應的樁參數(shù)和基礎(chǔ)參數(shù)。在滿足地基承載力要求的基礎(chǔ)上，提出若干方案。采用Midas/GTS有限元軟件對各方案進行模擬，通過對資料的總結(jié)、軟件的運用以及所得出的數(shù)據(jù)分析之后，得出以下結(jié)論。

①既有建筑物地基基礎(chǔ)的加固方法多種多樣，本工程選取了幾個施工比較方便的方法，根據(jù)規(guī)范計算出滿足地基承載力的加固方案，經(jīng)過軟件模擬確定加固效果都很良好。

圖4 方案二沉降量

方案一 表1

方案二 表2

②在滿足地基承載力的條件下，采用開口鋼管樁進行加固時，樁深對加固后基礎(chǔ)沉降和沉降差的影響比較明顯，增大樁深提高了樁的豎向承載力，也提高了樁所承擔的上部結(jié)構(gòu)荷載，樁深越大效果越明顯。雖然導致原基礎(chǔ)承受的荷載變小，但是樁的承載力得到了比較好的發(fā)揮，地基承載力的儲備比較大?？傮w來說，鋼管樁的加固效果比較好。

③在滿足地基承載力的條件下，采用擴大基礎(chǔ)的加固方法時，初步設計的尺寸對基礎(chǔ)的沉降和沉降差的改善不是特別好，逐步增加基礎(chǔ)尺寸，加固效果均有提升，但是當基礎(chǔ)尺寸達到一定值時，加固效果的提升不明顯。一味的增大基礎(chǔ)尺寸會造成材料的浪費，應該選用經(jīng)濟和效果都比較好的方案。

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