工程结构加固案例分析

一、软土地基事故
1、事故现象
最常见的事故现象：
①产生过量沉降
(1) 杭州花园新村4号住宅（四层）下沉1.23m，基础为筏板基础，稳定后顶起。

(2) 武进芙蓉西周村三间三层农宅，下沉18cm，地基均为淤质土，稳定后重做地坪。

②产生严重不均匀沉降
武进农机公司仓库，二层，底层为框架结构，二楼为砖混住宅，走廊有外立柱。

在原河塘填土上，一年后下沉，致使二楼住宅墙体产生45°大裂缝，宽16mm。

③房屋倾斜，严重者失稳倒塌。

2、事故原因
绝大多数为承载力在80KN/m2以下的淤泥质软土引起的。

3、软土的特性
①软土的形成：在静水或缓慢流水环境中沉积而成的饱和粘性土，型式有：
(1) 滨海沉积——盐城外黄海滨，古时每年有上百平方公里湿地(长江黄河泥砂)沉积。

(2) 湖泊沉积——
(3) 河滩沉积——常武地区是长江下游冲积平原，软土多。

(4) 谷地沉积——
②软土的外观：
灰色或深灰色
③软土的特性及变形特点：
特性：(1) 含水量大，甚至饱和达流限；
(2) 强度低，一般≤120KN/m2；
(3) 压缩变形大。

变形特点：(1) 沉降量大；
(2) 初始沉降速度快，延续时间性长（10年～数十年）；
(3) 沉降量与含水量成正比。

4、事故实例
事例１：
①常州冶炼厂，三层框架结构，库房柱倾斜。

(1) 一层砼柱浇筑完，拆模后，有6根柱上端偏离80mm多。

(2) 原因：地基下边有多个小块软卧层（地质钻探与设计不协同）。

(3) 处理：
a、将砼柱吊移；
b、挖去软卧层，浇筑C10砼至基底标高；
c、重新把柱吊装就位。

② 翠竹111号房（住宅）房屋纵向出现竖向裂缝，基础圈梁下产生水平裂缝。

a 、 地基：表层有2～3m 的140KN/m 2的土层，3m 以下是20多米厚的淤泥质土； b 、 基础为筏板基础，上部为6层砖混结构的住宅；
c 、 居住三年后，在距山墙外10多米处筑路、架桥，路、桥和住宅下边的地质概况是一样的。

在打桥桩及路基填土碾压干扰下，使111号住宅东端产生二次沉降，而中、西部未沉。

导致房屋中部出现竖向裂缝，东端基础出现水平裂缝。

d 、加固
——在基础圈梁外侧，浇注钢筋砼承台，按设计要求留孔。

——将预制200*200砼方桩，从留孔中压入到砂土地基中，桩长23m ，以阻止沉降，防止事故恶化，至今10年多未见异常。

事例２：
① 建房概况（武进芙蓉镇）： 按规划每六间三层半为一幢
(1) 1#楼先建五间，一年后接建东端的一间，虽未见异常，但连接处整体性总会差一些。

(2) 二年后东边建2#楼，2#楼均匀下沉160mm ，致使1#楼东端接建房山墙发生二次沉降。

② 事故现象：
(1) 1#楼东山墙下沉40mm ； (2) 屋顶柃条向东外移30mm ； (3) 纵墙门窗无法开关；
(4) 墙体在门窗角薄弱位置多处裂缝，宽12～16mm 。

③ 事故原因：
(1) 地质，经钻探为60KN/m 2,厚3.8m,下层为80 KN/m 2； (2) 经验算基础承载力不足96KN/m 2<132KN/m 2的线荷载；
(3) 2#楼沉降大，给1#楼东山墙墙基造成应力叠加，使1#房东山墙基础产生二次沉降。

④ 事故处理
(1) 加固原则——限制沉降，扩大基础承载能力；
(2) 加固方法——打杉木桩，桩自身有承载力(19.5KN/m 2)，挤密土可增加承载力；浇砼地梁扩大承载力(36KN/m 2)；
总承载力：96(基础原有承载力)+19.5+36=151.5KN/m 2>132.2KN/m 2 (满足
)
(3) 传力方式，见软土地基基础加固简图。

武进市XX镇XX居民房屋地基基础下沉的鉴定及加固
一、建房概况：
按镇规划每六间三层半为一幢，房顶高12.6M，开间为4.0M，前后进深为15M。

前店面房及后房间均为4X6M，中间楼梯间为4X3M。

基础埋深为-1.4M，基底宽为1.6M，基础由二层石块及220砖砌筑而成。

底层墙体为实砌，二、三层墙体为空斗墙，楼层为多孔板，屋面为混凝土檩条上浇注40钢筋混凝土板，板上盖小青瓦。

Ｘ居民房屋建在1＃房东端第一间，比其他五间晚建一年，接建后未见明显异常，两年后在1＃房以东建成2＃房。

两幢房山墙轴线间2.0Ｍ，基础大方脚外边缘相距为0.3M。

2#房建成一年均匀下沉160MM，致使1#房X居民房屋东山墙发生二次沉降。

二、事故现象:
1、1#房X居民房屋东山墙附加沉降量为40MM，开间4M之间，沉降差为35MM>允许沉降差20MM(危房鉴定标准)；
2、三层楼板及屋面混凝土檩条外移30MM；
3、纵墙壁上所有门窗无法开关；
4、纵墙上门窗的角部发生裂缝：有竖直的、有45º的，裂缝宽度在12～15MM之间，大于允许值10MM，每道纵墙均有2～3条这样的裂缝；
5、楼板西端高、东端低，高差为40MM。

三、事故原因：
1、沿山墙对地基补充钻探，钻三个孔。

由钻探资料表明：1#、2#房地基为软土层，-5.2M以上的地基承载力为60KN/m2，-5.2M及以下承载力为80 KN/m2。

土的含水率达50%，压缩变形较大。

2、经验算，山墙基础上部线荷载为132.2KN/M，而地基基础承载力为96KN/M<132.2KN/M，原基础承载力不足。

原来有点沉降，但不影响使用，未引起注意；
3、因2#房地基基础沉降量较大，与1#房靠得近，对1#房地基有附加的影响，使1#房发生二次沉降。

沉降差超过允许值，墙壁体裂缝宽度也超过鉴定标准，使X居民房屋处于危险状态。

四、事故处理：
1、本工程地基基础事故加固的指导原则——限制沉降；扩大地基基础的承载能力以满足上部荷载需求；
2、为了有效地阻止1#房基础继续沉降，决定采用打桩。

由于险情紧迫，用预制桩怕耽误时机，就用当地市场上立即可买到的杉木，长：4000MM，直径：大头130MM，小头70MM。

桩顶打至与基底一样平，基底埋深-1.4M，桩下端打入承载力为80KN/m2的中土200MM。

打入土中木桩体积达5m3以上，可使地基土有所挤密，地耐力会略有提高，同时可减少2#房基础下沉的影响。

3、为扩大基础的承载力，在基础大方脚的两边，也即在木桩的顶部浇注300X400混凝土地梁。

两边的地梁合起来宽度为0.6M，则基础每米长度内可扩大承载力36KN/M。

每根木桩承载力3.9KN，每米基础长度内有5根木桩，可得19.5KN/M的承载力。

这样加固后，每米基础理论长度内的承载力为96KN+36KN+19.5KN=151.5KN>132.2KN，地基基础的承载力得到了满足；
4、木桩、地梁与原基础的连接：
①在木桩顶部竖直钉Ф10钢筋，长度为500，打入木桩内150，还有350锚在混凝土地梁中。

②在原基础的块石缝隙中，用细石混凝土栽Φ16的螺纹钢筋，水平放置，长度为400，栽入石缝中150，还有250锚入混凝土地梁中。

③每根地梁用4Φ12作主筋，箍筋为Φ6@200。

④沿原基础两侧的斜坡上绑扎Φ10螺纹钢筋@150，此筋从基础圈梁下面穿过，分布筋为Ф6@250，浇注厚度不小于120MM的钢筋混凝土板。

⑤将基础圈梁下的砖基础每隔450打一个150×150的洞，用混凝土塞满。

⑥基础加固所用混凝土强度等级为C30，形成了桩抬地梁，地梁、斜板抬原基础的有效传力
系统。

（详见软土地基基础加固简图）。

五、地基基础加固施工及注意事项：
1、施工前在1#房的纵、横墙与楼层交叉处跟2#房山墙之间，架设临时横向支撑，以保证1#房地基打桩时山墙的安全。

2、把1#房东山墙基础两侧上部的覆盖层挖开，准备打桩，要求桩身顺直，下端为平面。

从山墙的前、后端向中间打，以保证地基土不外移。

3、用0.5KN 重的铁制夯由人工抬举适度夯击，严防剧震而带动地基下沉。

4、基础两侧打桩交叉同步，先打外边桩后打室内桩。

边打桩边埋设Φ16螺纹锚筋、Ф10钉筋，在基础圈梁下每隔450打一个150×150的洞口。

然后清理基础，但严禁冲水，穿斜板Φ10螺纹钢筋。

打完桩立即把地梁4Φ12及斜板钢筋扎好，支模、浇注C30混凝土，注意洞口应用混凝土塞实。

机拌机振，盖草帘湿式养护，验收合格后复土。

5、施工完毕后，必须在东山墙室外地坪以上500处设立三个沉降观测点，场外30M 左右设立一个固定水准点，用以沉降比较。

施工完毕时测一次，以后每隔30天测一次。

当连续两个月沉降量均不大于2MM/月时，就认为地基已经稳定；
6、待地基基础稳定之后，才允许室内墙裂缝修补，重整门窗，及装饰装璜。

六、加固效果
此工程事故在1999年9月14日加固完毕，经10月、11月及12月三次沉降观测，其沉降量分别为0.8MM 、0.4MM 、0MM ，说明这样的地基基础事故，采取打木桩及扩大基础，以限制沉降，增大基础承载力是很有效的。

二、改进型体外预应力筋加固砼梁 1、传统体外预应力筋加固
① 传统型体外预应力筋型式
② 优点：
(1) 承载力提高较大（1.35～2.1倍）； (2) 应力、应变不滞后； (3) 施工方便（无湿作业）； (4) 不影响结构使用空间；
(5) 可不停产进行加固。

③ 缺点：
(1) 预应力筋不随梁的挠度变形而变形；
(2) 当砼梁破坏时预应力筋强度未达极限状态； (3) 梁受力系统复杂，设计计算麻烦；
(4) 预应力筋在转向块处，是点接触，此处预应力筋截面内的应力不均，会影响预应力筋极限强度值。

2、改进型体外预应力筋加固
①改进型体外预应力筋型式
②改进：
(1) 转向块加焊钢瓦，由钢管割成，加热成型，焊于转向块端，内抹黄油；
(2) 预应力水平段加支垫块，跨中必放一个，其余间距≤500mm；
(3) 无论是传统型或改进型，无论是普通钢筋或无粘结预应力筋，都是无粘结预应力筋，因为，体外预应力筋没有砼包裹。

(4) 改进后的优势
a、转向块增设钢瓦，致使其预应力筋工作状态与体内无粘结预应力筋类同，避免了点接触状态；
b、预应力筋水平段增设支垫块后，可使预应力筋能随梁体的变形而变形，这点也与体内无粘结预应力筋十分类同（常州体育训练中心，为体内无粘结预应力结构）；
c、设计计算可以简化：与采用体内无粘结预应力设计计算相同。

③计算方法：以矩形简支梁为例的弯矩计算
(1) 设加固后梁的总弯矩设计值：M
原梁能承担的弯矩值：M
加固弯矩值ΔM=m（M-M
）令m=1.1（适当富余一点）
(2) 预应力筋对梁产生的等效荷载Ap fpe sinQ
A
P
——预应力截面面积
f
Pe
——有效预应力
由等效荷载产生的反弯矩：ΔM′=L
1
Apfpe sinQ
L
1
——转向点到梁端距离；
f Pe =б
con
-б
L
б
con
——控制应力
бcon =0.65～0.75f Ptk（钢铰线）
f
Ptk
——预应力筋强度标准值
бL——预应力损失
бL=бL1+бL2
бL1——锚具及预应力筋回缩损失
бL2——转向点摩擦损失
бL1=a/L×Es
a——锚具变形和内缩值(mm)
L——张拉端～固定端距离（mm）(预应力筋长度) Es——预应力筋的弹性模量
бL2=(μsinQ)бcon
μ=0.1～0.15(Q=15º～60º)
令ΔM ′=ΔM 即ΔM=L 1 A P f Pe sinQ 求A P =ΔM/L 1 f Pe sinQ
令实际配筋量Ap 实 =1.1A P 分成两束(梁两侧各一束) ④ 验算
力平衡：f c bx=f y A s +f Pe A P 实 1式 弯矩平衡：M ≤f y A s (h 0-x/2)+f Ps A P 实 (h P -x/2) 2式 f Ps ——预应力筋抗拉强度极限值
预应力筋的应力：f Ps =f Pe +Δf Ps ，Δf Ps ——使用荷载M 作用下的应力增量 求应力增量：
应力增量与跨中挠度有直线关系，挠度的大小与荷载大小、荷载形式及支座约
束条件有关。

根据清华大学杜追生教授和上海交通大学刘西拉教授所著《基于结构变形的无粘结预应力筋应力变化研究》论文，经推导和简化，可按下式求得。

Δf Ps =4E p e m εcu k 1/q 0h p E p —预应力筋的弹性模量
e m —预应力至截面形心轴的距离
εcu —砼极限压应变，取εcu =0.003，当q 0<0.15时，取εcu =0.002 k 1—荷载及荷载形式和支座约束条件的跨中挠度系数
框架梁为弹性支座
h p —预应力筋至梁截面压区上边缘的距离
q 0—简化计算系数，q 0=(f Ps A P + f y A s )/0.68f c b h P b —梁宽度；
fc —砼园柱体抗压强度 fc=0.67f cu
f cu —砼立方体抗压强度(加固梁的实测值)
求得Δf Ps ，即可求得f Ps ，有了f Ps 就可以解方程组1式和2式，但应注意f Ps ≤f Py f Py —预应力筋的设计值。

软土地基基础加固简图
结束语：培训并不在于掌握本次培训的相关知识，而在于掌握工程结构加固专家处理问题的思路。