地基处理加固与改造

图11-2锚杆静压桩装置示意图 1—桩 2—压桩孔 3—锚杆 4—反力架5—千斤顶 6—电动葫芦 7—基础
第11章 加固与改造
（三）灌注桩托换 灌注桩托换是利用搁置在灌注桩上的托梁或承台支承既有建筑物的柱和墙的 托换方法，如图11-3所示。根据成孔方式的不同，可分为螺旋钻孔灌注桩、 潜水钻孔灌注桩和人工挖孔灌注桩等。灌注桩托换适用于具有沉桩设备所需 净空条件的既有建筑物的托换加固。当桩必须穿过存在障碍物的地层；或被 托换建筑物较轻，或上部结构条件较差，不能提供合适的千斤顶反力；或桩 必须设置很深、费用很高等情况时应考虑采用灌注桩托换。
图11-3灌注桩托换示意图
a)增设承台
b)扩大基础
1—被托换原基础 2—承台与原柱联结 3—灌注桩 4—扩大基础部分
第11章 加固与改造
（四）树根桩托换 树根桩加固原理是利用钻探手段在建筑物的基础上施工竖直向下或向下倾斜的小口 径钻孔，桩内设置钢筋笼或钢筋，并灌注水泥砂浆、细石混凝土成为树根桩，桩与 基础浇筑成一体。树根桩依靠与土层的摩擦力及端承力承担上部建筑荷载。在施工 期间树根桩本身不起承担上部建筑荷载的作用，只有当建筑物基础下沉时，树根桩 受荷载的负担越来越大，直至建筑物全部荷载转移到树根上或者建筑物不再发生下 沉时为止，如图11-4所示。
第11章 加固与改造
(1)地质勘察工作方面：基础是否达到设计持力层，地基承载力是否满足要求，地基 应力扩散范围内有否未查明的软弱土层、古河道、古基和古井存在，以及地下水 位的改变对建筑物的影响等；
(2)结构设计方面：同一建筑物内是否采用了多种不同基础形式；设计采用桩基是否 进入到设计要求的持力层或下部还存在有软弱的下卧层，或由于穿越新近堆筑的 填土层而引起较大负摩擦力，而设计未及考虑；设计计算是否遗漏荷载或忽略了 大面积的地面堆载对邻近桩基的影响等；
第11章 加固与改造
图11-1坑式静压桩托换 1—被托换基础 2—千斤顶 3—钢垫板 4—传感器 5—钢管桩或钢筋混凝土桩 6—支撑和挡板
第11章 加固与改造
（二）锚杆静压桩托换 锚杆静压桩托换，是在被托换的既有建筑物基础上凿出压桩孔，并埋设锚杆， 然后设置反力架和千斤顶，利用锚杆承受反力将桩从压桩孔内逐段压入土中 的托换方法，如图11-2所示。锚杆静压桩托换施工时无振动、无噪声，设备 简单、操作方便、移动灵活，可在场地和空间狭窄条件下施工。适用于对既 有建筑物和新建建筑物的地基处理和基础加固，并可在不停产、不搬迁的情 况下进行工程处理。
各种桩的单桩承载力可通过现场桩基载荷试验或按国家标准《建筑地基基础设计 规范(GB5007—2002)》的有关规定确定。 （一）坑式静压桩托换
坑式静压桩托换是利用建筑物上部结构自重作支承反力，采用千斤顶将预制桩分 节压入土中的托换方法，如图11-1所示。坑式静压桩托换适用于对条形基础的托 换加固。压入桩效率较高，操作较简单，但有时对周围主体结构有一定的扰动影 响。 坑式静压桩身可采用直径150～250mm的钢管桩或边长为150～250mm的预制钢 筋混凝土方桩。每节桩长可按托换坑的净空高度和千斤顶的行程确定。
图11-4树根桩托换 1—被托换条形基础 2—室内地面 3—树根桩
第11章 加固与改造
11.1.5灌浆托换法 （一）水泥灌浆法
水泥灌浆法是利用注浆管将水泥浆溶液注入土中，使水泥与土颗粒胶结起来以改 善地基土的物理力学性质的加固方法。
水泥灌浆的特点是能与岩土体结合形成强度高、渗透性小的结石体；取材容易， 配方简单，操作易于掌握；无环境污染，价格便宜等。适用于砂土和碎石土中的 渗透灌浆，也适用于粘性土、填土和黄土中的压密灌浆与劈裂灌浆。水泥浆凝固 时间快，可灌性高，并可准确控制凝结时间。 水泥应选用普通硅酸盐水泥或矿渣水泥，其标号不低于32.5。为防止水泥浆被地 下水冲失，可在水泥浆中掺入相当水泥重量l％～2％的速凝剂。常用的速凝剂有 水玻璃和氯化钙等。 （二）硅化法 硅化法是利用胶皮管与注浆管将水玻璃(硅酸钠)溶液与氯化钙溶液分别轮换注入 土中，使土体固化的加固方法。 硅化法可分双液硅化法和单液硅化法等。单液硅化法只采用水玻璃(硅酸钠)一种 溶液，双液硅化法采用水玻璃(硅酸钠)和氯化钙两种溶液。根据溶液注入方式， 又可分为无压力单液硅化法、压力单液硅化法、压力双液硅化法和电动双液硅化 法等四种。当地基土为渗透系数为0.1～80.0m/d的粗颗粒土时，可采用双液硅化 法(水玻璃、氯化钙)；当地基土为渗透系数为0.1～2.0m/d的湿陷性黄土时，可 采用单液硅化法(水玻璃)；对自重湿陷性黄土，宜采用无压力单液硅化法，以减 少施工时的附加下沉。
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（三）碱液法
碱液法是将一定浓度、温度的碱液借自重灌入土中后，使颗粒表面活化，在接触处 彼此胶结成整体，从而提高土的强度的加固方法。
碱液法适用于处理既有建筑物的非自重湿陷性黄土地基；对其他粘性土、素填土及 地下水位以下的黄土地基，经试验有效时，也可采用；长期受酸性污水浸蚀的地基， 不宜采用碱液法；当土中含水量超过28％或饱和度超过75％以及地下水位较高时， 溶液可灌性差，也不宜采用碱液法加固。碱液法设备简单，施工操作容易，加固效 果良好，费用较硅化法低。 碱液分单液(氢氧化钠溶液)和双液(氢氧化钠溶液和氯化钙溶液)两种。对于钙、镁 离子饱和的粘性土，只用单液加固。氢氧化钠溶液用浓度大于30％的固体烧碱加 水配制，杂质含量小于1g/L，碳酸钙含量不应超过5％；氯化钙溶液要求杂质含量 小于lg/L，pH值不小于5.5～6.0。 11.1.6基础加固法 （一）灌浆法
(3)施工质量方面：地基土是否达到了设计要求的土层；地基土是否被扰动、被水浸 泡而破坏了原土天然结构；沉桩是否未达到要求的贯人度或持力层，桩身质量是 否存在缺陷；
(4)使用维护管理方面：建筑物内或周围给排水管道有否破损漏水，或存在工业废水 使基础地基受到侵蚀、湿陷；建筑物邻近是否建造较深建筑物而未作支护，或在 邻近打桩、或其他各种振动的影响；对既有建筑物进行加层或增加设施、设备等 原因，导致建筑物的较大变形甚至破坏等。
第11章 加固与改造
3、按托换方法可分为：桩式托换法、灌浆托换法和基础加固法三种。 (1)桩式托换法 所有采用桩的形式进行托换的方法都称为桩式托换法，ຫໍສະໝຸດ Baidu括坑式静压
桩托换、锚杆静压桩托换、灌注桩托换和树根桩托换等。桩式托换适用于软弱粘 性土、松散砂土、饱和黄土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。 (2)灌浆托换法 灌浆托换法采用气压或液压将各种有机或无机化学浆液注入土中，使 地基固化，起到提高地基土承载力、消除湿陷性或防渗堵漏等作用。根据灌浆材 料的不同，可分为水泥灌浆法、硅化法和碱液法等。灌浆托换法适用于既有建筑 物的地基处理。灌浆托换属于原位处理，施工较为方便，浆料硬化快，加固体强 度高，一般可实现不停产加固。但是，因材料价格一般较高，一般仅用于浅层加 固处理，加固深度通常为3～5m。且宜与其他托换方法进行经济技术比较后，再 决定是否采用。 (3)基础加固法 采用水泥浆或环氧树脂等浆液向基础中灌浆，或加大基底面积、增大 基础深度使基础支承在较好的土层上的加固方法，统称基础加固法。可分为灌浆 法、加大基础托换法和坑式托换法等。适用于建筑物基础支承能力不足的既有建 筑物的基础加固。 4、按托换时间可分为：临时性托换和永久性托换。 11.1.2托换技术准备 1、资料收集和调查研究。在制定托换设计和施工方案前，一般应进行周密的调查研 究。主要是调查损坏的内容、范围和性质，同时还要调查损坏原因，为确定托换 方案提供必要的技术条件和资料依据。 2、进行工程病因分析。为了对被托换工程制定出具体、经济、合理、切合实际的托 换技术方案，应对被托换工程的病因进行认真细致的分析。被托换工程的病因一
3、验算地基和结构的安全度。对于补救性托换工程，还应对地基和结构进行必要的 验算，验算项目包括：持力层地基土承载力，软弱下卧层承载力，地基变形(包括 沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜等)；桩基中各桩的荷载、承载力和沉降，桩缺 陷数量及部位；实际基础结构截面承载力、配筋量、刚度、耐久性及由于受侵蚀 性水和腐蚀性介质影响而受损坏程度；根据沉降观测资料和载荷试验曲线，判断 浅基础地基可能出现的破坏形态等。经过上述验算、校核、判断后，即可明确托 换部位及所应加强的方面，采取可靠的补救措施。
第11章 加固与改造
第11章 加固与改造
11.1地基基础加固 既有建筑因勘察、设计或使用不当，因功能改变增加荷载、纠倾、移位、改造、古建
筑保护，以及遭受临近新建建筑、深基坑开挖、新建地下工程或自然灾害的影响 等，需对其地基和基础进行加固。托换法是对既有建筑物的地基和基础进行处理 和加固，或在既有建筑物基础下需要修建地下工程，以及邻近新建工程而影响既 有建筑物的安全等问题的处理方法的总称。 11.1.1托换法分类 托换法可根据托换的性质、目的、方法等进行分类。 1、按托换的性质可分为：既有建筑物地基设计不符合要求；既有建筑物增层、扩建 或改建；邻近修建地下工程、新建工程或深基坑开挖等。 2、按托换目的可分为：补救性托换、预防性托换和维持性托换三种。 (1)补救性托换是指：既有建筑物基础下地基土不能满足承载力和变形要求，或因拟 对既有建筑物进行增层改造、扩建或改建等而使基础下地基土不能满足承载力和 变形要求时，需扩大既有建筑物基础底面积或加深基础至比较好的持力层上，或 需对地基进行处理的托换工程。 (2)预防性托换是指：虽然既有建筑物的地基土能满足地基承载力和变形要求，但由 于在其邻近要修建较深的新建筑物基础，包括深基坑开挖和隧道穿越，可能危及 既有建筑物的安全使用，用托换技术对既有建筑物的地基基础所采取的预防性措 施。 (3)维持性托换是指：在新建的建筑物基础上预先设置可装设顶升的措施(如预留安放 千斤顶位置)，以适应事后产生不容许出现的地基差异沉降值时，设置千斤顶调整 差异沉降。
第11章 加固与改造
4、制定托换设计和施工方案。制定托换设计和施工方案是一个综合比较的过程，需
经过验算、设计、校核、比较等程序。托换设计除基础本身的设计内容外，还应 作好支撑系统和施工设计，支撑方法分临时性支撑和永久性支撑，应密切配合基 础结构物本身特点进行设计。施工方案制定应包括施工程序、机具设备选择、施 工方法、施工组织计划以及安全技术措施等，尽可能做到详尽、完善。选定方案 时应考虑托换目的、效果、地质条件、上部结构及基础的类型、刚度和强度贮备、 支撑系统、施工方法和设备条件等因素，本着适应原结构物基础特点、满足地基 土承载力和变形要求、支撑系统简单、施工技术可靠、工程费用低等原则，进行 技术经济综合分析比较后确定。 5、搞好技术监测工作。托换时应加强施工监测和竣工后的沉降观测，并作好工程实 录。内容包括：建筑物沉降、倾斜、位移和裂缝观测，地面沉降和裂缝观测，托 换结构变形观测，以及地下水位变化等。通过监测得到的资料，可用来指导施工 和及时调整托换方法，确保被托换建筑物的质量和安全。 11.1.3 托换实施步骤、特点及适用范围 1、托换的实施步骤如下： (1)对需要加固的既有建筑物结构进行加固； (2)采取适当而稳妥的办法，将既有建筑物基础的全部或部分支托住； (3)根据需要，对既有建筑物地基或基础进行加固； (4)当需要在既有建筑物下修建地下构筑物时，在基础已支托的状态下，于原基础下 开挖土方，并进行该部分施工； (5)将荷载传到新建的地下工程上； (6)必要时，拆除托换结构。
第11章 加固与改造
2、托换法加固地基基础有如下特点： (1)在既有建筑的基础下进行，施工空间较小； (2)托换范围往往由小到大，逐步扩大。在任何情况下都是一部分被托换后，才能 开始另一部分的托换工作； (3)技术难度较大，费用较高、工期较长； (4)责任较大；必须精心设计和施工，否则会危及生命和财产的安全。 3、托换法适用于既有建筑物的加固、增层或扩建，以及受修建地下工程、新建工 程或深基坑开挖影响的既有建筑物的地基处理和基础加固。根据既有建筑物的地 基基础情况，可采用一种或几种托换法进行综合加固处理。 11.1.4桩式托换法 桩式托换法是所有采用桩的形式进行托换的方法的总称，内容十分广泛，包括坑 式静压桩、锚杆静压桩、灌注桩、树根桩和打人桩、灰土桩、石灰桩、石灰砂桩 等。这里介绍前四种桩式托换。