一种加固基础及提高既有建筑刚性基础抗弯剪能力的方法

摘要

本发明公开了一种加固基础及提高既有建筑刚性基础抗弯剪能力的方法，涉及建筑施工技术领域，其技术方案要点是包括原有刚性基础和其上的承重结构，原有刚性基础的钢筋端部通过灌浆套筒水平固定连接有横筋，横筋的中部竖直固定连接有竖拉杆，横筋的一端通过张拉组件连接有土钉；原有刚性基础的周围设置有钢筋笼，横筋穿过钢筋笼并与钢筋笼固定连接且被混凝土浇筑成整体，形成新扩展基础；基础的加固范围根据基础加固或增加载荷后上部结构传至基础顶面的竖向力设计值，和基础加固或增加荷载后作用于基础底面的力矩设计值确定。本发明解决了传统施工方法无法将刚性基础改造成扩展基础的问题，有利于提高现有刚性基础建筑的抗弯能力。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，更具体的说，它涉及一种加固基础及提高既有建筑刚性基础抗弯剪能力的方法。

背景技术

由于环境影响，需要对既有建筑地基基础进行加固，如邻近新建建筑施工、深基坑开挖、新建地下工程、遭受自然灾害等。目前基坑加固的主要处理方法有基础注浆补强、增大基础底面积、锚杆静压桩。

国家标准规范GB50007《建筑地基基础设计规范》中对刚性基础和扩展基础作如下定义：无筋扩展基础，旧称刚性基础，指的是由砖、毛石、混凝土或毛石混凝土、汇入和三合土等材料组成的墙下条形基础或柱下独立基础。刚性基础呈抗弯矩或剪力能力很弱。

扩展基础，指的是这种基础将上部结构传来的荷载，通过向侧边扩展成一定底面积，使作用在基底的压应力等于或小于地基土的允许承载力，而基础内部的应力应同时满足材料本身的强度要求。扩展基础的抗弯矩和抗剪力可以根据上部结构荷载要求来设计。

在JGJ123《既有建筑地基基础加固技术规范》中，针对既有建筑基础的加固，只涉及到既有建筑地基承载力不足或基础底面尺寸不满足规范要求时的加固，并没有改变基础的力的传递模式。刚性基础改造完成后还是刚性基础，仍然存在抗弯矩或剪力能力弱的缺陷。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种加固基础，能够对既有建筑刚性基础加固的同时提高抗弯剪能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种加固基础，包括原有刚性基础和其上的承重结构，所述原有刚性基础的钢筋端部通过灌浆套筒水平固定连接有横筋，横筋的中部竖直固定连接有锚固于基坑底部的竖拉杆，横筋远离原有刚性基础的一端通过张拉组件连接有固定于基坑侧壁内部的土钉；原有刚性基础的周围设置有钢筋笼，横筋穿过钢筋笼并与钢筋笼固定连接且被混凝土浇筑成整体，形成一个在原有刚性基础长宽高三个维度均增加的新扩展基础；基础的加固范围根据基础加固或增加载荷后上部结构传至基础顶面的竖向力设计值，和基础加固或增加荷载后作用于基础底面的力矩设计值确定。

通过采用上述技术方案，新扩展基础通过横筋和灌浆套筒与原有刚性基础固定连接成为整体，使得加固基础受到外部作用力时，原有刚性基础和新扩展基础共同承担。竖拉杆锚固于基坑底部，使得新扩展基础底部与地面连成一体，增加了稳固性。由于横筋的端部通过张拉组件与土钉固定连接，新扩展基础的侧壁与地基连成一体，由于土钉位于新扩展基础的四周，新扩展基础的四周被不同方向的张拉组件拉紧固定，提高抗弯剪能力。

本发明进一步设置为：所述竖拉杆呈倒U形，竖拉杆的顶部压在横筋上，竖拉杆的底部两端设有斜向上设置的倒钩。

通过采用上述技术方案，横筋被竖拉杆固定限位，防止横筋上移。倒钩一方面增加了竖拉杆与基坑底部的锚固强度，防止竖拉杆拔出；另一方面倒钩还增加了竖拉杆与混凝土的连接强度，增加新扩展基础与地面连接稳定性，提高加固效果。

本发明进一步设置为：所述张拉组件包括花兰，花兰的一端通过钢丝绳与横筋固定连接，花兰的另一端通过钢丝绳与土钉固定连接。

通过采用上述技术方案，花兰两端的钢丝绳固定后，可以调节花兰的距离使得张拉组件处于张紧状态，操作方面。

本发明进一步设置为：所述土钉包括预制堵头和同轴固定的螺纹钢，堵头上设有进流管。

通过采用上述技术方案，在基坑侧壁上钻孔后，将螺纹钢放入钻孔内，堵头将钻孔的孔口封堵，进流管接外部的注浆机，浆水通过进流管流入到钻孔内，由于螺纹钢与堵头同轴固定，使得螺纹钢与钻孔周围距离基本相同，浆水凝固后在螺纹钢周围包覆厚度一致，提高土钉的强度。

本发明进一步设置为：所述灌浆套筒包括沿中心轴线设置有螺纹通孔的管体，管体的中部沿周向增厚形成凸环，凸环上沿周向设有多个与螺纹通孔连通的溢浆孔；所述管体侧壁的一端设有与螺纹通孔连通的进浆接口，管体侧壁的另一端设有与螺纹通孔连通的出浆接口。

通过采用上述技术方案，凸环增加了灌浆套筒的强度，这样在其上开设溢浆孔时仍能保持较高的连接强度。灌浆套筒的进浆接口通过管道连接外部的注浆机，灌浆套筒的出浆接口用封头堵住。为了防止溢浆孔堵塞，在每个灌浆套筒的中部缠绕包覆一层厚度为0.03mm的聚乙烯薄膜。新扩展基础的混凝土浇筑完成后，利用注浆机向灌浆套筒中注入高压水泥浆，水泥浆充满灌浆套筒的螺纹通孔中并把钢筋和横筋端部包覆，这样待水泥浆凝固硬化后，钢筋与横筋固定连接成为整体。此外，在注浆过程中，高压浆水通过溢浆孔冲破包覆在灌浆套筒表面的塑料薄膜，水泥浆从溢浆孔进入到原有刚性基础和新扩展基础之间的缝隙中，使得二者界面连接强度更高。

本发明进一步设置为：相邻两个所述灌浆套筒连接时，其中一个灌浆套筒的出浆接口与另一个灌浆套筒的进浆接口通过浆管连接。

通过采用上述技术方案，注浆时，只需要向第一个灌浆套筒的进浆接口注浆，浆水即可通过浆管进入到下一个灌浆套筒中，不必单个注浆，提高施工效率。

针对现有技术存在的不足，本发明的另一个目的在于提供一种提高既有建筑刚性基础抗弯剪能力的施工方法，能够对既有建筑刚性基础加固的同时提高抗弯剪能力。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种提高既有建筑刚性基础抗弯剪能力的施工方法，包括以下步骤：

S1：在原有刚性基础周围开挖基坑，露出原有刚性基础，基坑的深度低于原基础的底标高，设计出拟扩展基础的尺寸和承载力；

S2：将原有刚性基础的界面凿毛和刷洗干净，露出原有刚性基础内部的钢筋，露出钢筋的长度至少等于灌浆套筒的一半，在钢筋的端部套设灌浆套筒，在套筒的另一端套设固定横筋；相邻两个灌浆套筒用浆管连通，第一个灌浆套筒的进浆接口连接外部注浆机，最后一个灌浆套筒的出浆接口用封头堵住；灌浆套筒中部的溢浆孔用塑料膜缠绕包覆；

S3：在横筋上绑扎安装钢筋笼，在基坑侧壁上钻孔并固定斜向下设置的土钉，将横筋的端部与土钉端部用张拉组件连接并调节至张紧状态；

S4：进行抗弯验算，计算竖拉杆的配制数量，在横筋的中部均匀固定竖拉杆，竖拉杆的两端植入基坑底面以下；

S5：钢筋笼的周边根据拟扩展基础的尺寸支固模板，横筋的端部露出拟扩展基础外；浇筑混凝土，与钢筋笼、横筋和竖拉杆一起形成新扩展基础，新扩展基础的上部包在承重结构的根部呈台状。

通过采用上述技术方案，浇筑后的新扩展基础与原有刚性基础成为整体，新扩展基础在底面与四周与地面连接稳固，提高加固效果和抗弯剪能力。

本发明进一步设置为：所述S1步骤的基坑的平面尺寸要比加固基础设计后的长、宽各边超出80-100cm，新扩展基础的规格和承载力的设计步骤如下：

根据既有建筑地基的设计资料，得到原油地基承载力特征值，或直接确定现有实际的地基承载力特征值；调查现有既有建筑加固改造的设计资料，得到基础加固或增加载荷后上部结构传至基础顶面的竖向力设计值，基础加固或增加荷载后作用于基础底面的力矩设计值；根据得到的F值、M值和得到的地基承载力特征值，先估算得到加固基础的长度、宽度，再验算地基承载力特征值，直至满足为止，得到需加固基础的长度和宽度；设计基础的高度，作抗剪验算，验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力。

通过采用上述技术方案，对新扩展基础的承载力进行验算，提高加固基础的稳定性和安全性。

本发明进一步设置为：所述步骤S5中，浇注混凝土强度不低于C20，如果原基础因非荷载原因引起开裂或损坏时，需采用基础补强注浆加固法进行加固。

通过采用上述技术方案，新扩展基础的强度更好，稳定性和抗弯剪能力增加。

本发明进一步设置为：所述步骤S4中，竖拉杆的配制数量根据标准GB50007《建筑地基基础设计规范》对基础的抗弯能力计算验算。

通过采用上述技术方案，竖拉杆单个承受力不会超过其抗拉强度值，提高使用寿命。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

1.本发明克服了传统施工方法对原有刚性基础材料要求高的缺点，解决了传统施工方法无法将刚性基础改造成扩展基础的技术难题；

2.由于采用竖拉杆、张拉组件以及土钉，使得新扩展基础与地面连接更加稳固，提高加固效果，同时提高原有刚性基础的抗弯剪能力；

3.采用本施工方法适用范围广，对原有刚性基础材料要求不高，竖拉杆、张拉组件及土钉安全可靠，便于大范围推广，可广泛应用于建筑加固改造施工中。

附图说明

图1为浇筑混凝土加固后效果结构的示意图；

图2为实施例基坑挖掘范围示意图；

图3为原有刚性基础与横筋连接结构的示意图；

图4为凸显灌浆套筒内部结构的剖视图；

图5为原有刚性基础增加扩展机构结构的示意图；

图6为基坑侧壁固定土钉结构的示意图；

图7为基坑内安装钢筋笼和竖拉杆结构的示意图。

附图标记：1、建筑物；11、原有刚性基础；111、钢筋；12、承重结构；13、新旧基础交界面；2、夯土层；21、基坑；211、基坑侧壁；3、基础加固范围；4、扩展机构；41、横筋；42、灌浆套筒；421、螺纹通孔；422、进浆接口；423、出浆接口；424、凸环；425、溢浆孔；5、土钉；6、钢筋笼；7、竖拉杆；71、倒钩；8、新扩展基础；9、张拉组件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。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“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例：一种加固基础，如图1所示，包括构成建筑物1的原有刚性基础11和其上的承重结构12，在原有刚性基础11的内部设有钢筋111，钢筋111的端部固定连接有位于原有刚性基础11周围的扩展机构4，扩展机构4上固定有竖直锚固于夯土层2中的竖拉杆7，扩展机构4与竖拉杆7之间安装有钢筋笼6，扩展机构4、竖拉杆7以及钢筋笼6被混凝土浇筑成整体形成新扩展基础8。在夯土层2中位于新扩展基础8的外侧固定有向下倾斜设置的土钉5，土钉5与扩展机构4通过张拉组件9连接。

该加固基础的施工方法如下：

(1)调查既有建筑物1的原有刚性基础11设计资料，得到设计参数，包括原有刚性基础11的长度l’、宽度b’、高度h’、强度、原有传递到基础的上部荷载(竖向力设计值F’、作用于基础底面的力矩设计值M’)。

(2)调查既有建筑物1的原有刚性基础11设计资料，得到原有刚性基础11承载力特征值(f_a’)，也可直接确定现有实际的地基承载力特征值(f_a)。

(3)调查既有建筑物1的原有刚性基础11设计资料，得到基础加固或增加荷载后上部结构传至基础顶面的竖向力设计值(F)，基础加固或增加荷载后作用于基础底面的力矩设计值(M)。

(4)设计新扩展基础8的长度l、宽度b：

根据现行的《既有建筑地基基础加固技术规范》(JGJ123)和步骤(2)得到的地基承载力特征值(f_a)，先估算得到新扩展基础8的长度l、宽度b；

当轴心荷载作用时：

p≤f_a，

当偏心荷载作用时，除符合上式，还需符合下式要求：

p_max≤1.2f_a，

其中，

其中f_a由步骤(2)取得，F由步骤(3)取得，M由步骤(3)取得，其他符号详见现行的《既有建筑地基基础加固技术规范》(JGJ123)。

(5)设计新扩展基础8的高度、并作抗剪验算：

抗剪验算，需验算柱与基础交接处以及基础变阶处的受冲切承载力，验算公式如下：

F_l≤0.7β_kp*f_t*α_m*h₀，

α_m＝(α_t+α_b)/2，

Fl＝p_jA_l，

上式中：h₀—基础有效高度；

其他符号详见现行的《建筑地基基础设计规范》(GB50007)。

(6)参考图2，根据新扩展基础8的设计的长度l、宽度b和高度h₀，在原有刚性基础11周围开挖基坑21，基坑21的深度低于原有刚性基础11的底标高，一般是低于原有刚性基础11底部10-30cm。基坑21的平面尺寸要比基础加固范围3的长、宽各边超出80cm-100cm，并挖走原有刚性基础11以上的所有浮土，露出原有刚性基础11。

(7)参考图3，原有刚性基础11外周为新旧基础交界面13，用工具将新旧基础交界面13凿毛和刷洗干净，露出原有刚性基础11内部的钢筋111端部，并在钢筋111端部周围扩孔，在钢筋111端部安装扩展机构4。

参考图3和图4，扩展机构4包括横筋41和灌浆套筒42，钢筋111与横筋41的端部通过灌浆套筒42套设固定连接。横筋41可以为φ30mm的螺纹钢，横筋41远离原有刚性基础11的一端伸出基础加固范围3的边界5-10cm。

灌浆套筒42包括沿中心轴线方向设有螺纹通孔421的管体，在管体的一端侧壁沿径向开设有与螺纹通孔421连通的进浆接口422，在管体的另一端侧壁沿径向开设有与螺纹通孔421连通的出浆接口423，在管体的中部沿其周向一体成型有凸环424，在凸环424上沿管体径向设有与螺纹通孔421连通的溢浆孔425，溢浆孔425的孔径可以为3-5mm，溢浆孔425的数量可以为4个并均匀分布。

钢筋111的端部和横筋41的端部分别从灌浆套筒42的两端插入到螺纹通孔421中。为了注浆方便，相邻两个灌浆套筒42可以采用以下方式连接：其中一个灌浆套筒42的出浆接口423通过浆管与另一个灌浆套筒42的进浆接口422连接。第一个灌浆套筒42的进浆接口422通过管道连接外部的注浆机，最后一个灌浆套筒42的出浆接口423用封头堵住。为了防止溢浆孔425堵塞，在每个灌浆套筒42的中部缠绕包覆一层厚度为0.03mm的聚乙烯薄膜。

(8)参考图5，在基坑21的基坑侧壁211上钻孔并植入螺纹钢，向孔中注浆待其凝固后形成土钉5，土钉5斜向下设置，土钉5与水平面的夹角可以为15°-30°。螺纹钢露出的端部焊接固定吊环。为了方便螺纹钢的固定和注浆，在螺纹钢的端部套设固定有与钻孔直径相适应的堵头，堵头上可以设有进流管。

(9)参考图6，在基坑21中位于横筋41伸出区域绑扎固定钢筋笼6，钢筋笼6与横筋41连接处可以用铁丝缠绕固定或者焊接固定。在横筋41的中部竖直固定有竖拉杆7，竖拉杆7可以呈倒U形，竖拉杆7的顶端压在横筋41上侧，竖拉杆7的底端插入到基坑21下方的夯土层2中锚固。为了提高竖拉杆7的固定效果，竖拉杆7的底端沿高度方向固定有多个斜向上的倒钩71。

在固定竖拉杆7之前，对竖拉杆7的配制数量进行核算，并作抗弯验算：

根据步骤(3)取得的F值、M值和步骤(4)，根据现行的《建筑地基基础设计规范》(GB50007)对基础的抗弯能力计算验算，并得到竖拉杆7的配置数量A₅；

竖拉杆7的受力钢筋面积可按下式确定：

其中：

M—M_I或M_II；

fy—竖拉杆抗拉强度设计值，

按照A₅数值进行配筋。

(10)参考图7，在拟建的新扩展基础8外围支模板，在新旧基础交界面13上涂一层界面剂，浇筑混凝土成型。待混凝土凝固硬化达到设计强度要求后，拆卸模板。为了提高新扩展基础8的强度，混凝土强度不低于C20。

用张拉组件9将横筋41端部与土钉5的端部连接固定，张拉组件9包括花兰和固定连接在花兰连端的钢丝绳，调节花兰使得钢丝绳处于张紧状态。把基坑21剩余空间用回填土填实。

(11)为了提高原有刚性基础11与新扩展基础8的连接强度，利用注浆机向灌浆套筒42中注入高压水泥浆，水泥浆充满灌浆套筒42的螺纹通孔421中并把钢筋111和横筋41端部包覆，这样待水泥浆凝固硬化后，钢筋111与横筋41固定连接成为整体。

此外，在注浆过程中，高压浆水通过溢浆孔425冲破包覆在灌浆套筒42表面的塑料薄膜，水泥浆从溢浆孔425进入到原有刚性基础11和新扩展基础8之间的缝隙中，使得二者界面连接强度更高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。