预压桩基础托换法在紧邻建筑物加固中应用研究

预压桩基础托换法在紧邻建筑物加固中的应用研究

摘要：结合西安市西北眼镜行营业楼地基基础加固处理工程实例，采用逆作法，解决在紧邻建筑物加固改造中既保证原有建筑物的安全，又保证新建建筑物的基础承载力的问题，加固效果可靠，为紧邻建筑物基础加固方法的研究与工程应用方面取得了成功的尝试。

关键词：预压托换桩基础加固临近建筑逆作法加层改造

中图分类号：u457+.3文献标识码： a 文章编号：

1 引言

随着中国城市化的逐渐成熟和城市的不断发展，必定有一部分建筑不能满足使用要求，许多商业用房需要扩大再生产，考虑到新建的审批程序复杂、造价较高、工期较长等因素，对既有建筑先做地基加固再加层是一个不错的选择。但一般城市中心都是寸土寸金的地方，建筑物基础紧邻，此时如何保护既有建筑物及新建建筑物基础的承载力要求如何满足，本文结合西安市西北眼镜行营业楼地基基础加固处理工程实例就这一问题提出解决方案。

2 工程概况

西安市西北眼镜行营业楼位于西安市繁华地段东大街钟楼东侧。南侧紧邻建筑物原为砖混结构，灰土井基础，始建于1981年。为满足扩大生产，改善环境及城市建设等需要，拟对本建筑施行改造

处理，其中北侧拆除原建筑，改造为六层钢结构房屋，南侧原砖混结构房屋（五层）只做局部小范围改造后进行重新装饰处理。

根据本次建筑改造设计图，北侧采用逆作法做钢筋混凝土筏板基础，直接支承上部改造后新做钢柱，但北侧与南侧原砖混结构（保留部分）相接处新做钢柱需支撑在原房屋灰土井边缘，不仅不能满足新做钢柱基础承载力要求，而且对原砖混结构房屋基础安全造成威胁。为保证原建筑结构安全，并满足结构改造要求，需进行地基基础加固处理。

3 预压托换桩加固设计

分析本工程的特点，施工场地狭小，南北两侧紧邻，若采用基础加宽法，建筑物无法紧邻；树根桩法不适合在建筑密集的场地使用；综合比较其他各类加固措施，采用预压托换桩托焕法是加层改造提高地基承载力较为可行、有效的加固补强方法。

3.1加固设计

预压桩托换法是以建筑物自重做反力，采用液压方式在原基础下压入单根桩，经桩式托换后，由桩体直接支承上部结构荷载的一种基础加固方法。由于托换桩的直径较小，故可忽略桩端阻力，把托换桩看成摩擦桩。经托换后，将桩与原基础紧固在一起，并用混凝土浇筑承台，从而承受加层改造增加的荷载，并阻止建筑物沉降，起到加固地基的效果。[1]

3.2 加固方案设计要点

本工程原场地土自上至下依次为杂填土（厚度约5m）、湿陷性黄

土（厚度5.5m）、古土壤（厚度4.7m）、黄土。

1）预压托换桩桩体选择、桩数确定及桩位布置

根据《既有建筑地基基础加固技术规范》(jgj123-2000)[2]规定,预压托换桩单桩承载力可按下式计算:

ra= qpaap+up∑qsiali (1)

式中:ra—单桩竖向承载力特征值;

qpa、qsia—分别为桩端土承载力特征值及第i层土桩侧摩阻力特征值;

ap—桩端横截面面积;

up—桩身周长;

li—第i层土层厚度。

由主上部结构荷载根据有关研究文献及规范[1]， [3],其所需桩数n为:

n =（∑q -∑r）/rk (2)

rk=0.485p +51.48 (3)

rk ≤ ra ，取rk =ra (4)

式中:n—托换桩数;

∑q—原建筑物总荷载, kn;

∑r—原地基考虑承载力修正后的总承载能力, kn;

rk—单桩承载力标准值, kn;

p—单桩压桩终止压力, kn。

设计在新做钢筋砼基础梁下布置钢筋砼预压托换桩16根，原建

筑基础梁下布置钢筋砼预压托换桩4根，共计20根。预压托换桩断面b×h=200×200mm，配筋4φ12，砼c30，设计单桩承载力rk =200kn，预压托换桩桩尖入土深度约17.5m。基础梁下钢筋砼预压托换桩布置见图1。

图1基础梁下钢筋砼预压托换桩布置

2)基础梁设计

梁宽度的确定：要综合考虑预压托换桩的布置和施工条件，确定为梁宽900mm。

基础梁的高度确定：基础梁的高度要满足抗弯要求。根据《建筑桩基技术规范》[4]的要求：

v≤0.7ftbh0+1.25fyv h0asv/s(5)

设计在距南侧外纵墙100mm处新做b×h=900×700mm钢筋砼基础梁。

3.3加固工艺做法要点

1)保留部分：预压桩基础托换法的施工工艺如图2所示,原基础侧挖操作坑→基底下挖导洞→安放尖桩→压桩→桩式托换→导洞、操作坑下部回填灰土→浇灌混凝土承台→回填→恢复地面。[5]

图2预压桩基础托换作法

2）新建工程：采用逆作法，先做钢筋混凝土基础梁，基础梁上部为新做钢柱，按照保留部分的做法基础梁下布置钢筋砼预压托换

桩（预压托换桩位于原房屋灰土井侧边），既支撑上部新做钢柱荷载，并对原砖混结构基础进行加固补强处理。

4．预压桩托换地基加固补强成果及分析

4.1 压桩试验

据压桩结果，绘制代表性压桩力p与桩尖入土深度h关系曲线（见图3）。

图32#、4#、18#、19#桩压桩p-h关系曲线

1）压桩入土深度h与压桩力p0桩尖入土深度一般16.85~17.73m,最小16.07m,最大达18.10m,平均17.06m。相应压桩终止压力p为302kn,满足设计p=1.5rk要求。

2）压桩力p基本上随桩尖入土深度h增加而增大，但不成比例。当桩身穿过同一土层时，压桩力也不尽相等，有的随桩尖入土深度增加，压桩力出现减小情况，原因为土体土性稍差，地基土承载力降低，桩土之间出现负摩阻力。当桩尖进入较好土层时，随深度增加，压桩力均有较大幅度增加。

预压桩托换压力：实际预压桩托换压力为p托=300～345kn，均满足设计要求，可有效地阻止桩体回弹，形成桩顶的向上反力，可进一步提高单桩承载力，控制地基不再发生新的沉降。

4.2 单桩承载力试验

根据设计要求,共进行单桩静载荷试验(简称试桩)2组,试验结果详见表1,试桩p～s(p为试验压力; s为桩体沉降)关系曲线见图4、