41 4.3 既有建(构)筑物地基加固与基础托换技术 4.3.1 概述 既有建(构)筑物地基加固与基础托换主要从三方面考虑：一是通过将原基础加宽，减 小作用在地基土上的接触压力。虽然地基土强度和压缩性没有改变，但单位面积上荷载减 小，地基土中附加应力水平减小，可使原地基满足建筑物对地基承载力和变形的要求。或 者通过基础加深，虽未改变作用在地基土上的接触应力，但由于基础埋深加大，一者使基 础置入较深的好土层，再者加大埋深，地基承载力通过深度修正也有所增加。二是通过地 基处理改良地基土体或改良部分地基土体，提高地基土体抗剪强度、改善压缩性，以满足 建筑物对地基承载力和变形的要求，常用如高压喷射注浆、压力注浆以及化学加固、排水 固结、压密、挤密等技术。三是在地基中设置墩基础或桩基础等竖向增强体，通过复合地 基作用来满足建筑物对地基承载力和变形的要求，常用锚杆静压桩、树根桩或高压旋喷注 浆等加固技术。有时可将上述几种技术综合应用。 4.3.2 基础加宽、加深技术 有许多既有建筑物或改建增层工程，常因基础底面积不足而使地基承载力或变形不满 足规范要求，从而导致既有建筑物开裂或倾斜；或由于基础材料老化、浸水、地震或施工 质量等因素的影响，原有地基基础已显然不再适应，一般常用基础加宽托换，以增大基础 支承面积、加强基础刚度、或增大基础的埋置深度等。通常采用混凝土套或钢筋混凝土套 加固。 当采用混凝土套或钢筋混凝土套时，应注意以下几点施工要求： 1、基础加大后刚性基础应满足混凝土刚性角要求，柔性基础应满足抗弯要求； 2、为使新旧基础牢固联结，在灌注混凝土前应将原基础凿毛并刷洗干净，再涂一层高 标号水泥砂浆，沿基础高度每隔一定距离应设置锚固钢筋；也可在墙脚或圈梁钻孔穿钢筋， 再用环氧树脂填满，穿孔钢筋须与加固筋焊牢； 3、对加套的混凝土或钢筋混凝土的加宽部分，其地基上应铺设的垫料及其厚度，应与 原基础垫层的材料及厚度相同，使加套后的基础与原基础的基底标高和应力扩散条件相同 和变形协调； 4、对条形基础应按长度 1.52.0m 划分成许多单独区段，分别进行分批、分段、间隔 施工，决不能在基础全长挖成连续的坑槽和使全长上地基土暴露过久，以免导致地基土浸42 泡软化，使基础随之产生很大的不均匀沉降。 5、当原基础承受中心荷载时，可采用双面加宽；当原基础承受偏心荷载，或受相邻建 筑基础条件限制，或为沉降缝处的基础，或为了不影响室内正常使用时，可在单面加宽原 基础；亦可将柔性基础改为刚性基础；也可将条形基础扩大成片筏基础。若根据验算原地基承载力和变形不能满足规范要求时，除了可采用基础加宽的托换方 法外，尚可将基础落深在较好的新持力层上的坑式托换加固方法，也称为墩式托换。 坑式托换基础施工步骤： 1、在贴近被托换的基础侧面，由人工开挖一个长宽为 1.2m0.9m 的竖向导坑，并 挖到比原有基础底面下再深 1.5m 处； 2、再将导坑横向扩展到直接的基础下面，并继续在基础下面开挖到所要求的持力层标 高； 3、采用现浇混凝土浇筑已被开挖出来的基础下的挖坑体积形成墩子。但在离原有基础 底面 8cm 处停止浇注，养护一天后，再将1:1干硬性水泥砂浆放进 8cm 的空隙内，充分捣 实成填充层； 4、用同样步骤，再分段分批的挖坑和修筑墩子，直至全部托换基础的工作完成为止。 4.3.3 锚杆静压桩技术 锚杆静压桩是锚杆和静力压桩两项技术巧妙结合而形成的一种桩基施工新工艺，它是 对需进行地基基础加固的既有建筑物基础上按设计开凿压桩孔和锚杆孔，用粘结剂埋好锚 杆，然后安装压桩架与建筑物基础连为一体，并利用既有建筑物自重作反力，用千斤顶将 预制桩段压人土中，桩段间用硫磺胶泥或焊接连接。当压桩力或压人深度达到设计要求后， 将桩与基础用微膨胀混凝土浇注在一起，桩即可受力，从而达到提高地基承载力和控制沉 降的目的。 锚杆静压桩施工机具简单，施工作业面小，施工方便灵活，技术可靠，效果明显，施 工时无振动，无污染，对原有建筑物里生活或生产秩序影响小。锚杆静压桩适用范围广， 可适用于粘性土、淤泥质土、杂填土、粉土、黄土等地基。 锚杆静压桩技术除应用于已有建筑物地基加固外，也应用于新建建(构)筑物基础工程。 在闹市区旧城改造中，限于周围交通条件难以运进打桩设备，或施工场所很窄，打桩施工 工作面不够时，可采用锚杆静压桩技术进行桩基施工。在施工设备短缺地区，无打桩设备， 也可用锚杆静压桩技术进行桩基施工。对于新建建筑物，在基础施工时可按设计预留压桩 孔和预埋锚杆，待上部结构施工至 34层时，再利用建筑物自重作为压桩反力开始压桩。43 锚杆静压桩的压桩施工应遵循下述各点： 1、根据压桩力大小选定压桩设备及锚杆直径，对触变性土(粘性土)，压桩力可取 1.31.5倍的单桩容许承载力，对非触变性土(砂土)，压桩力可取2倍的单桩容许承载力；2、压桩架要保持垂直，应均衡拧紧锚固螺栓的螺帽，在压桩施工过程中，应随时拧紧 松动的螺帽；3、桩段就位必须保持垂直，不得偏压。当压桩力较大时，桩顶应垫 34cm 厚的麻袋， 其上垫钢板再进行压桩，防止桩顶压碎；4、压桩施工时不宜数台压桩机同时在一个独立柱基上施工。施工期间，压桩力总和不 得超过既有建筑物的自重，以防止基础上抬造成结构破坏；5、压桩施工不得中途停顿，应一次到位。如不得已必须中途停顿时，桩尖应停留在软 弱土层中，且停歇时间不宜超过24小时；6、采用硫磺胶泥接桩时，上节桩就位后应将插筋插人插筋孔内，检查重合无误，间隙 均匀后，将上节桩吊起 l0cm，装上硫磺胶泥夹箍，浇注硫磺胶泥，并立即将上节桩保持垂 直放下，接头侧面应平整光滑，上下桩面应充分粘结，待接桩中的硫磺胶泥固化后(一般气 温下，经五分钟硫磺胶泥即可固化)，才能开始继续压桩施工。当环境温度低于5时，应 对插筋和插筋孔作表面加温处理；7、熬制硫磺胶泥的温度应严格控制在140145范围内，浇注时温度不得低于140；8、采用焊接接桩时，应清除表面铁锈，进行满焊，确保质量； 9、桩与基础的连接(即封桩)是整个压桩施工中的关键工序之一，必须认真进行； 10、压桩施工的控制标准，应以设计最终压桩力为主，桩入土深度为辅加以控制。 4.3.4 树根桩技术 树根桩是一种小直径钻孔灌注桩，其直径通常为 100mm250mm，有时也有采用 300mm。先利用钻机钻孔，满足设计要求后，放人钢筋或钢筋笼，同时放人注浆管，用压 力注入水泥浆或水泥砂浆而成桩，亦可放人钢筋笼后再灌人碎石，然后注入水泥浆或水泥 砂浆而成桩。小直径钻孔灌注桩也有人称为微型桩。小直径钻孔灌注桩可以竖向、斜向设 置，网状布置如树根状，故称为树根桩。 树根桩技术的特点是：机具简单，施工场地小；施工时振动和噪音小，施工方便；施44 工时因桩孔很小，故而对墙身和地基土都不产生任何次应力，所以托换加固时不存在对墙 身有危险；也不扰动地基土和干扰建筑物的正常工作情况；树根桩适用于碎石土、砂土、 粉土、粘性土、湿陷性黄土和岩石等各类地基土；树根桩不仅可承受竖向荷载，还可承受 水平向荷载。压力注浆使桩的外侧与土体紧密结合，使桩具有较大的承载力。 树根桩加固地基的设计计算内容与树根桩在地基加固中的效用有关，应视工程情况区 别对待。 树根桩一般为摩擦桩，与地基土体共同承担荷载，可视为刚性桩复合地基。对于网状 树根桩，可视为修筑在土体中的三维结构，设计时以桩和土间的相互作用为基础，由桩和 土组成复合土体的共同作用，将桩与土围起来的部分视为一个整体结构，其受力犹如一个 重力式挡土结构一样。 树根桩与桩间土共同承担荷载，树根桩的承载力发挥还取决于建筑物所能容许承受的 最大沉降值。容许的最大沉降值愈大，树根桩承载力发挥度愈高。容许的最大沉降值愈小， 树根桩承载力发挥度愈低。承担同样的荷载，当树根桩承载力发挥度低时，则要求设置较 多的树根桩数。 树根桩施工时如不下套管会出现缩颈或塌孔现象时，应将套管下到产生缩颈或塌孔的 土层深度以下；注浆时注浆管的埋设应离孔底标高 200mm，从开始注浆起，对注浆管要进 行不定时的上下松动，在注浆结束后要立即拔出注浆管，每拔 1m 必须补浆一次，直至拔 出为止；注浆施工时应防止出现穿孔和浆液沿砂层大量流失的现象，可采用跳孔施工、间 歇施工或增加速凝剂掺量等措施来防范；额定注浆量应不超过按桩身体积计算量的 3倍， 当注浆量达到额定注浆量时应停止注浆；注浆后由于水泥浆收缩较大，故在控制桩顶标高 时，应根据桩截面和桩长的大小，采用高于设计标高 5%10%的施工标高。 4.3.5 其他加固技术 1、桩式托换 桩式托换是包括所有采用桩的型式进行托换的方法总称，因而内容十分广泛，主要介 绍坑式静压桩和预压桩。 (1)坑式静压桩 坑式静压桩(亦称压人桩或顶承静压桩)是在已开挖的基础下托换坑内，利用建筑物上 部结构自重作支承反力，用千斤顶将预制好的钢管桩或钢筋混凝土桩段接长后逐段压人土 中的托换方法45 坑式静压桩亦是将千斤顶的顶升原理和静压桩技术融为一体的托换技术新方法。 坑式静压桩适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、湿陷性土和人工填土，且有埋深 较浅的硬持力层。当地基土中含有较多的大块石、坚硬粘性土或密实的砂土夹层时，由于 桩压人时难度较大，则应根据现场试验确定其适用与否。 坑式静压桩的施工步骤： 1)先在贴近被托换既有建筑物的一侧，开挖一个长宽约 1.5m1.0m 的竖向导坑，直 挖到比原有基础底面下再深 1.5m 处； 2)再将竖向导坑朝横向扩展到基础梁、承台梁或基础板下，垂直开挖长宽深约为 0.8m0.5m1.8m 的托换坑； 3)将桩用千斤顶逐节压入土中，直至桩端到达设计深度或桩阻力满足设计要求为止； 4)通过封顶和回填，将桩与既有基础梁浇灌在一起，形成整体连接以承受荷载。对于 采用钢筋混凝土的静压桩，封顶和回填应同时进行，或先回填后封顶，即从坑底每层回填 夯实至一定深度后，再支模在桩周围浇灌混凝土；对于钢管桩，一般不需在桩顶包混凝土， 只需用素土或灰土回填夯实到顶；回填时通常在封顶混凝土里掺加膨胀剂或预留空隙后填 实的方法(在离原有基础底面 80mm 处停止浇筑，待养护一天后，再将 1:1 的干硬水泥砂浆 塞进 80mm 的空隙内，用铁锤锤击短木，使在填塞位置的砂浆得到充分捣实成为密实的填 充层)。 (2)预压桩 预压桩的设计思路是针对坑式静压桩的施工存在局限而予以改进的。亦即预压桩能阻 止坑式静压桩施工中在撤出千斤顶时压入桩的回弹，阻止压入桩回弹的方法是在撤出千斤 顶之前，在被顶压的桩顶与基础底面之间加进一个楔紧的工字钢。 预压桩的施工方法，其前阶段施工与坑式静压桩施工完全相同。即当钢管桩(或预制钢 筋混凝土桩)达到要求的设计深度，如果是钢管桩管内要灌注混凝土，则需待混凝土结硬后 才能进行预压工作。一般要用两个并排设置的液压千斤顶放在基础底和钢管桩顶面间。两 个千斤顶间要有足够的空位，以便将来安放楔紧的工字钢钢柱，两个液压千斤顶可由小液 压泵手摇驱动。荷载应施加到桩的设计荷载的 150为止。在荷载保持不变的情况下(一小 时内沉降不增加才被认为是稳定的)，然后截取一段工字钢竖放在两个千斤顶之间，再将铁 锤打紧钢楔，实践经验证明，只要转移 1015的荷载，就可有效地对桩进行预压，并 阻止了压人桩的回弹，此时千斤顶已停止工作，并可将其撤出。然后用干填法或在压力不 大的情况下将混凝土灌注到基础底面，最后将桩顶与工字钢柱用混凝土包起来，此时预压46 桩施工才告结束。2、灌浆法 (1)概述灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆 液以填充、渗透和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置， 经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、 强度大、防水性能好和化学稳定性良好的“结石体” 。灌浆法在我国煤炭、冶金、水电、建筑、交通和铁道等部门都进行了广泛使用，并取 得了良好的效果。其加固目的有以下几方面：1