基础加固方法的实际工程应用

沈琛，黄亮 （合肥工业大学土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009）

0 引 言

近年来，城市中原来的低层建筑已经无法满足目前生产和生活的需要。因此，对旧房屋进行加层改造成为使其继续发挥功能的重要手段，而在实际中的许多工程中，对地基基础的加固处理没有予以足够重视，造成在实际的使用中引起地基基础的不均匀沉降，影响了建筑物的安全使用。因此，研究有效的地基基础加固处理方案，具有重要的理论意义和实用价值。

本文以合肥某高学校教学楼加层的基础加固的应用为例，介绍了开口钢管桩和扩大基础法的设计以及加固效果，以期为类似的工程提供参考。

1 工程概况

合肥市某高校教学楼结构为钢筋混凝土框架结构，原建筑物的各层梁和楼板均为现浇钢筋混凝土，建筑物中间部分的基础为条形基础和联合基础，南北方向两侧为独立柱基础，见图1。由于建筑需要，B段楼层需要加层。

经勘察已建建筑物基础持力层为②层粘土，压缩模量Es=15.4MPa，黏聚力标准值Ck=69.7kPa，内摩擦角标准值Φk=9.9°，承载力特征值fak=300kPa。

图1 B 段基础平面图

图2 计算模型

图3 方案一沉降量

2 加固方案设计

取教学楼B段D轴和16轴的独立基础和16轴的中部联合基础进行结构计算。

先对地基承载力进行修正，得出修正后的承载力fa=374kPa。计算得出独立基础不满足地基承载力的要求，联合基础可以满足，因此需要对独立基础进行加固处理。

2.1 方案一：开口钢管桩

根据土的物理指标与承载力之间的经验关系来确定开口钢管桩的单桩竖向极限承载力标准值。预选取开口钢管桩的外直径为300mm，管厚10mm，桩长为4m~5m之间。

根据规范计算出外直径300mm、桩长4m的开口钢管桩单桩承载力Ra=0.5Quk=286kN。

取桩数为4根，可满足地基承载力的要求。具体方案见表1。

2.2 方案二：基础扩大托换法

原基础的宽度为2.7m，长度为3.3m，根据计算选取基础宽3.1m、长3.5m时，可以满足地基承载力的需要。

在满足地基承载力的条件下，方案二共采取4种不同的基础参数，具体见表2。

3 方案比较

通过Midas/GTS软件建模分析，因为所有方案均是在满足地基承载力的条件下建立的，所以取基础的沉降量和沉降差作为评价加固效果的指标，计算模型见图2。

3.1 方案一的加固效果分析

为了方便方案一中各方案的比较分析，取基础上5个点作为观测点，采集沉降量来分析加固效果。各方案的加固效果见图3。

通过沉降图和沉降曲线可以看出，采用开口钢管桩进行加固后，方案1-3要优于方案1-1和方案1-2。基础的沉降随着桩深的增大相应的减小。基础的沉降差也随着桩深的增加而减小，但是幅度不大。总体来说，这三个方案对基础的加固效果还算理想，沉降差也很小。

3.2 方案二的加固效果分析

取基础上的8个点作为观测点，采集沉降量来分析加固效果。各方案的土体沉降见图4，加固效果见图5。

由图4中的沉降曲线可以看出，在满足地基承载力的条件下，逐渐增大基础的尺寸，结构基础的沉降量都有所减小，沉降差也相应的减小，但是当基础长度增大到一定值之后，继续增加基础的长度对于结构基础的加固效果的增加不是很明显。

3.3 方案的选取

通过Midas/GTS软件对各种方案的模拟分析，经过数据分析对比，两个方案均可以满足本工程的基础加固，各有各的特点。但是根据加固方案的选取原则，最终选取了施工方法最简单，并且最后的加固效果最容易控制的扩大基础方案2-2。而且在实际工程中效果很好，教学楼已经安全投入使用。

4 结 论

本文针对一个实际的加层加固项目，先进行地基承载力的验算，得出两边的独立基础承载力不够，需要进行基础加固。再初步确定加固方法，计算由加固部分所要承担的荷载，根据《建筑桩基技术规范》和《建筑地基基础设计规范》计算出相应的桩参数和基础参数。在满足地基承载力要求的基础上，提出若干方案。采用Midas/GTS有限元软件对各方案进行模拟，通过对资料的总结、软件的运用以及所得出的数据分析之后，得出以下结论。

①既有建筑物地基基础的加固方法多种多样，本工程选取了几个施工比较方便的方法，根据规范计算出满足地基承载力的加固方案，经过软件模拟确定加固效果都很良好。

图4 方案二沉降量

方案一 表1

方案二 表2

②在满足地基承载力的条件下，采用开口钢管桩进行加固时，桩深对加固后基础沉降和沉降差的影响比较明显，增大桩深提高了桩的竖向承载力，也提高了桩所承担的上部结构荷载，桩深越大效果越明显。虽然导致原基础承受的荷载变小，但是桩的承载力得到了比较好的发挥，地基承载力的储备比较大。总体来说，钢管桩的加固效果比较好。

③在满足地基承载力的条件下，采用扩大基础的加固方法时，初步设计的尺寸对基础的沉降和沉降差的改善不是特别好，逐步增加基础尺寸，加固效果均有提升，但是当基础尺寸达到一定值时，加固效果的提升不明显。一味的增大基础尺寸会造成材料的浪费，应该选用经济和效果都比较好的方案。

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