建筑结构加固方法及缺陷桩基的加固措施

吕秀兰　袁克建

摘 要:建筑物交付使用后,随着使用年限的增加各种建筑质量问题便逐渐展现出来,为了延长建筑物的使用年限,各种加固技术应运而生。本文仅针对几种结构的加固方法简略介绍了一下,着重介绍了缺陷桩基的加固措施——复合注浆法。

关键词:结构;加固;方法

1 几种建筑结构加固方法简述

1.1 作用于梁外侧的预应力加固方法

预应力技术一般用于混凝土或钢结构内部,但在加固工程中预应力用于梁外侧改变梁上荷载的传递路径,转嫁于主梁或柱上。体外预应力方法是一种主动加固技术。

应用范围:应用于桥梁、建筑、轨枕、电杆、桩、压力管道等,而且也扩大应用到高层、大跨、重载与抗震结构、土木工程、能源工程、海港码头工程等许多新领域。

优点:操作简单,对原结构损伤小,不影响交通、节省投资,能提高结构的抗弯承载力和抗裂度,减少构件的挠度改善结构应力状态。

缺点:主要是提高构件正弯距承载能力,不利于抗震。

1.2 增强建筑物截面承载承载力的加固方法扩大截面法

即采取增大混凝土结构(常用于梁、柱)或构筑物的截面面积,以提高其承载力和满足正常使用的一种加固方法。

应用范围:可广泛用于混凝土结构的梁、板、柱等构件和一般构筑物的加固。

优点:应用范围广,取材方便,配合植筋加固方法,能显著提高建筑的承载能力,造价适中;

缺点:加固施工对环境影响较大,柱扩大截面后有损建筑物使用面积。

1.3 改变结构传力途径加固:

主要可分为两种,增设支点法:通过增设支点以减小结构的计算跨度和变形,提高其承载力的加固方法,该方法主要适用于房屋净空不受限制的大跨度结构加固;

托梁拔柱法:通过加固梁或增设支撑,在不拆或少拆上部结构的情况虾拆除、更换、接长柱子的一种加固方法,主要使用于要求厂房使用功能改变、增大空间的老厂改造的结构加固或因设计变更以及使用用途变更须拔柱增大空间的改造。

1.4 建筑的抗震加固法耗能框架抗震加固:

传统的抗震加固方法是以强制强的设计方法,但不能降低结构的地震响应,付出的代价是很大的,同时对已有结构的核芯节点未能采取有效的加固措施。耗能减振即在结构中根据结构的特征设置一些耗能装置,当地震地面运动引起结构振动时,耗能器发生相对运动而消耗掉部分能量,即增加了结构的阻尼,从而减小结构的变形,也即间接地增强结构的抗震能力,它一般由支承和耗能器组成。耗能框架抗震加固是目前国外流行的已有建筑抗震加固方法。

应用范围:能广泛应用于已有建筑的抗震加固。

优点:其减震效果好、构造简单、造价低廉、适用范围广、维护方便。

1.5 应用于地基承载力不足的建筑加固方法锚杆静压桩加固

锚杆静压桩是锚杆和静力压桩结合形成的一种新桩基工艺,通过埋设锚杆固定压桩架,用千斤顶将桩段逐节压入土中,再将桩与基础承台浇筑在一起,以达到设计要求。

应用范围:可广泛应用于地基承载力不足建筑加固,同时可结合机械掏土进行建筑物纠偏和止沉降。

优點:锚杆静压桩的施工机具轻便灵活、作业面小、无振动、无污染、施工时不停产不搬迁等优点。

2 缺陷桩基的加固措施——复合注浆法

2.1复合注浆法的施工工艺

2.1.1 注浆钻孔施工:对桩基的桩身缺陷或桩底持力层缺陷进行加固时,先采用地质钻机在桩中进行钻孔抽芯或在桩侧进行钻孔,对桩身缺陷加固时需在桩中钻孔抽芯至缺陷位置以下1m左右,对桩底持力层缺陷加固时需根据设计桩底持力层要求从桩中或桩侧钻孔抽芯至完整持力层以下3m左右。钻孔孔径一般开孔为110mm或101mm,终孔直径为101mm或91mm,钻孔垂直度保证<1%。

2.1.2 建立孔口注浆装置:注浆钻孔施工完成以后,在注浆孔口建立注浆装置。孔口注浆装置采用预埋设的方式固定在桩顶注浆孔口,采用水泥浆或水泥水玻璃浆液将孔口装置与钻孔之间的间隙固定密封。孔口注浆装置既要满足静压注浆要求又要满足高压旋喷注浆管可以从其中下钻的要求。

2.1.3 采用高压旋喷方式喷射清水进行冲洗扩孔:孔口注浆装置埋设1～2天后,先采用高压旋喷方式喷射清水对缺陷位置进行冲洗,喷射清水时需按设计规定的工艺参数(喷射压力、提升速度、旋转速度)进行喷射,将注浆管分段下入孔底,每段注浆钻杆需连接紧密并采用麻丝密封。旋喷清水采用从下而上的方式。旋喷清水一般采用单管旋喷注浆方式,清水一般喷射1～3遍,经喷射清水后,可扩大喷射直径和增加固结体的强度。

2.1.4 采用高压旋喷注浆方式进行注浆:按要求进行清水喷射洗孔和扩孔后,再采用高压旋喷注浆方式进行旋喷注浆。将注浆管分段下入孔底后,从下而上进行旋喷注浆,旋喷注浆一般采用单管旋喷注浆方式。

2.1.5 采用静压注浆方式进行注浆:高压旋喷注浆结束后,利用孔口注浆装置封住孔口进行静压注浆。静压注浆开始时采用较稀的浆液和较低的注浆压力,随后逐渐增加浆液浓度及加大注浆压力,直至设计注浆量和注浆压力为止。一般静压注浆在浆液终凝前需进行2～3次灌注。静压注浆可以采用单液也可采用双液注浆。

2.1.6 封孔:静压注浆结束后,若注浆孔口冒浆,需对孔口进行封闭处理,防止浆液流出;若注浆结束后孔内浆液有流失,需补灌浆液到注浆孔内浆液饱满为止。

2.2 复合注浆法的浆液材料

2.2.1 主剂:采用水泥浆为主剂,对既有建筑物地基加固注浆时水泥一般采用425 # 早强型硅酸盐水泥。对桩基础缺陷进行加固补强注浆时,为了获得较高的固结体强度,采用高标号的525#普通硅酸盐水泥。

2.2.2 外加剂:常用外加剂为速凝剂、早强剂等。速凝剂常采用水玻璃,水玻璃加量一般为水泥用量的2%～4%。采用双液进行静压注浆时,水玻璃用量可为水泥用量的10%～100%。早强剂为氯化钙和三乙醇胺,用量一般为水泥用量的2%～4%。

2.3 施工工艺参数

2.3.1 旋喷注浆压力:采用单管高压旋喷法时:浆液或清水喷射压力:20～30MPa;采用二重管高压旋喷法时:空气压力为0.7MPa,浆液压力为20～30MPa;采用三重管高压旋喷法时:水压力为:20～30MPa,空气压力为0.7MPa,浆液压力为2～5MPa。在既有建筑物地基加固注浆时常采用单管高压旋喷,其压力常用20～25MPa;在对桩基缺陷进行加固补强注浆时采用单管高压旋喷或三重管高压旋喷,注浆压力常用25～30MPa;

2.3.2 喷射提升速度:10～20cm·min-1;在既有建筑物地基加固注浆时采用20cm·min-1;在对桩基缺陷进行加固补强注浆时采用10～15cm·min-1;

2.3.3 喷射旋转速度:20～40r·min-1;

2.3.4 静压注浆压力:在既有建筑物地基加固注浆时采用0.3～2.0MPa;对桩基缺陷进行加固补强注浆时采用0.3～5.0MPa;注浆压力需根据每个工程的不同土质条件及注浆部位进行注浆压力设计。

2.3.5 浆液水灰比:旋喷注浆时采用1∶1～1.2∶1;静压注浆时采用0.5∶1～1.2∶1。

2.4 加固效果的检测复合注浆法加固缺陷桩基后的效果检测,应主要以承载力检测为主,因此检测方法主要采用高应变法和静载试验法,抽芯法和低应变法主要作为直观检测方法。通过检测经过加固后缺陷桩的主要缺陷是否已经充分注入水泥来判断加固效果。