近年来,我国经济的快速发展使得建筑工程成就显着,同时也带来了不少工程质量问题,其中地基基础方面的问题占很大的比重,尤其是砖混结构房屋。由于砖混结构房屋抗剪强度低、抗震性能差,工程中易出现沉降不均匀,倾斜、开裂等问题,造成建筑物不能满足安全、适用、耐久的要求。
建筑物纠偏加固即利用纠偏技术,同时辅以地基加固技术,将已倾斜的建筑物纠倾到正常使用的范围内,来保证建筑物结构的安全和各项功能的正常发挥。建筑物纠偏加固技术在我国有着广泛的市场。首先,城市建设规模的不断扩大,使得一些建筑物不得不建在不良地基上,在这种情况下又未对地质勘察、设计、施工、监测等环节加强监管,便会发生不均匀沉降、开裂、倾斜等事故。其次,我国现存的大量古代建筑,由于建造时期施工技术水平的限制,以及在长期使用中结构功能逐渐减弱,出现了倾斜、结构破坏等问题。由于建筑物荷载大,倾斜后荷载偏心对地基产生过大的压缩变形,可能导致上部结构的变形和开裂。因此纠偏技术是一项高难度、高风险的工作。这就要求我们对建筑物纠偏加固技术进行深入研究。但现阶段的纠偏加固方法所依据的理论大多数是土力学、工程地质及地基处理方面,纠偏加固理论还不完善,还需要**手资料的积累。因此,加强建筑物纠偏技术研究对我国建筑业及经济建设发展具有重要作用,具有重大意义。
2 桩基础纠偏法简介
该方法主要分为桩基水冲纠偏法、断桩纠偏法和掏土、浸水等常规纠方子法。
2.1 桩基水冲纠偏法
用高压水冲刷桩周或桩底土体,促使基础下沉,达到纠偏目的。一般情况下,对于摩擦桩和较长的摩擦端承桩,一般冲刷桩身土;而对较短的摩擦端承桩,则常常冲刷桩底土层。端承桩不适用该方法。
2.2 断桩纠偏法
断桩纠偏法是通过凿除桩**周边混凝土,使被凿桩段的截面积减小,局部压应力增大,迫使承台下沉而达到纠偏目的。纠偏后应恢复桩**与承台的可靠连接。当原桩承载力不足时,可对原桩进行加固。
2.3 掏土、浸水等常规纠方子法
对于桩和承台共同作用的情况,可采用浸水掏土相结合的方法,将承台底土所承受的荷载转嫁到桩**上去,从而迫使桩身下沉,达到纠偏的目的。端承桩不适用该方法。
3 纠偏加固施工
3.1 施工顺序
纠偏加固施工按下列顺序进行:
3.1.1 首先施工南端的阻沉桩。为避免桩体周围土体的塑性区重合,产生过大的附加沉降,压桩从承重墙的两端开始向中间,操作坑开挖应尽量减小对基底下土层的削弱并间隔开挖,做到操作坑完成后应尽快完成压桩施工并进行托换处理,压完**轮后,再进行*二轮,直至全部压完。
3.1.2 开挖北端托换保护桩的操作坑,并做好坑壁支护。操作坑的开挖大小既能满足托换桩施工的要求,也要能满足掏土工作坑的施工要求。同时在操作坑中进行托换桩施工,施工完后托换桩并不托换,操作坑也不回填而是当做掏土工作坑继续使用。
3.1.3 按信息法施工原则,以沉降观测为依据,指导掏土纠偏作业全过程,掏土施工从北向南进行,掏土量也从北向南减小,掏土量的大小以沉降观测为指导。
3.1.4 掏土纠偏达到目标值后,对保护桩进行托换处理,并回填工作坑,避免发生新的沉降。
3.2施工工艺
3.2.1 坑式静压桩施工工艺
确定桩位一操作坑开挖一**节桩就位、校正一压桩一深度及压力值记录一下节桩就位、校正一焊接接桩一压桩一??一压桩力达到设计要求一较终深度及压桩力验收~托换处理一承台制作~操作坑回填一地面回复。坑式静压桩是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筋混凝土桩接长后逐段压入土中的施工方法。坑式静压桩是在既有建筑物基础底下进行施工作业,因而难度大且有一定的风险性,所以施工时必须严格的施工程序和具体的施工操作方法。
(1)开挖竖向导坑
①施工时先在桩位贴近基础的一侧开挖一个1.2xl.0m的操作坑,挖到基础底面下1.5m处,挖土方量为1.8m3。
②将操作坑往条基下扩展,在条基下开挖长0.sm、宽0.5m、深约为2.lm的托换坑,并适当支护坑壁,挖土方量为0.84耐。
③为减小托换坑开挖过程中建筑物的附加沉降,应间隔式的开挖。
(2)压桩、预压托换
坑式托换桩施工时,先放正**节尖桩,尖桩应垂直放在条基低中心位置,并在桩**上加钢垫板,放上液压千斤顶,校正好桩的垂直度后启动千斤顶以上部结构荷载为反力,将桩一节一节地压入地基土中,桩段长0.5一1.sm,桩段之间采用焊接连接,压桩力可通过油泵上的压力表测读,直至压桩力满足设计要求,按照托换要求适当调整桩的托换高度,即可终止压入。
停止压桩后,应使液压千斤顶保压一段时间,方可进行预压托换。预压托换时,先安装托换架及托换千斤顶,将托换千斤顶同步加压至设计托换压力,使得液压千斤顶压力减小,然后用切割好的一定长度的托换钢管置换液压千斤顶,在钢管上垫好钢垫板并用钢楔打紧。然后将两侧托换千斤顶同步卸荷,取下托换千斤顶及托换钢架,将托换钢管与桩**及钢垫板焊接牢固。
在压桩过程中,应随时记录压入深度及相应的压桩力,并须随时校正桩的垂直度。必须注意的是当日开挖的托换坑应该当日托换完毕,如当日施工不完,切不可撤出千斤顶,决不可使基础和承台梁处于悬空状态。
(3)封**和回填
先用灰土从坑底每层回填夯实至桩**附近,在条基下、桩**处制作混凝土承台包住托换钢管。通常在封**混凝土里掺加膨胀剂或用预留空隙后填实的方法来增加浇灌混凝土的密实度。
3.3.2 掏土纠偏施工
掏土纠偏是本次纠偏工程的重点,也是整个工程的难点,由于掏土纠偏沉降速率不易控制,回倾具有突变性,稍有不慎,将会造成墙体拉裂,结构损坏。故在纠偏施过程中,必须做到适量掏土,均匀沉降。针对该建筑物基础埋深不大和刚度较好的特点,采用浅层掏土纠偏技术。通过在室内外同时对条形基础底部土层采取水平向掏土,达到掏土区沉降的目的。
掏土工作坑沿条形基础方向布置,由于坑式静压桩施工中的操作坑没有回填,将操作坑进行改造,深度一般在基础底面下2m左右,不宜**过2.5m,工作坑断面呈上大下小形状,上宽2.0一2.5m,底宽1.0一1.5m。一般间隔两米左右就有一个掏土坑,且条基和垫层在垂直方向外露,因此在掏土坑内可以进行水平向掏土。这样绝大部分掏土范围用人工均可达到,操作简单易行,少数人工难以触及的区域,可选用直径中110mm便携式螺旋钻钻进。
掏土应先由地基应力较集中的位置开始向两边掏,一般情况下根据墙体开裂的形态判断应力集中的位置,只是由于掏土部位的土体取出后在其周围发生应力集中造成掏土周围土体的变形,其变形的大小决定基础下沉量,承重墙下间隔开挖掏土,循环往复,直到满足设计纠偏量要求。施工中往往均匀地掏土不一定产生均匀的沉降,还必须根据监测资料,指导掏土作业时掏土位置和掏土量。
砌体结构房屋在我国住宅和一般民用建筑面积中占很大比例。由于砌体结构房屋在地震中破坏严重,其抗震研究历来被学术界和工程界所重视。砌体结构作为一种建筑结构体系,其主要特点是:刚度大、整体性差,结构的抗拉、抗剪、抗弯承载力较低,因而使砌体结构房屋在高度、层数、高宽比等诸多方面受到较大限制。近年来,随着经济的发展,砌体结构房屋的加固改造工程越来越多。砌体结构工程事故是多种多样的,其中主要表现为承载能力不足或温度应力引起的墙、梁、板开裂等。由于砌体结构房屋自身的特性,使得砌体结构房屋的加固改造方法存在多样性,这就要求设计者在进行房屋加固改造时,要具体情况具体分析,采取较合理的方案。
二、对多层砌体结构房屋进行抗震加固的必要性
多层砌体结构房屋由粘土砖、混凝土砌块等砌成,是我国当前大量采用的建筑结构之一。由于砌筑材料属于脆性材料,抗拉、抗弯及抗剪强度均不高,因此多层砌体结构房屋的延性较差,抗震能力低。从国内外历次巨大震害可以看出,多层砌体结构房屋的破坏尤为明显。在1923 年发生的日本关东大地震中,大部分砖石房屋受到严重损害,8000 幢砖石房屋仅有12.5%可以修复继续使用;我国1976 年发生的唐山大地震,多层砖混结构房屋破坏率高达70% - 90%;1993 年我国云南普洱大地震中,多层砖混结构房屋倒塌率高达75%;2008 年我国的汶川大地震,震区建筑多为抗震能力较低的砌体房屋,破坏面积大,受损状况严重,是我国建围以来破坏程度较大和恢复难度较高的强烈地震灾害。多次大规模地震灾害中,多层砌体结构房屋受到的破坏程度较高。多层砌体结构房屋量大面广,在强烈地震作用下开裂、倒塌现象严重,对其进行抗震加固是有效减轻地震灾害的主要措施。对多层砌体结构房屋进行抗震加固提高建筑的抗震能力,增强房屋抵抗爆炸等突发事故的能力,在地震发生时,可以有效降低房屋的损坏程度,减少人员伤亡和财产损失。与进行抗震设防和抗震加固的建筑物相比,未进行抗震设防和抗震加固的建筑物在地震中受到的破坏往往比较严重,在1976 年我国的唐山大地震中,京津地区在震前对一批主要建筑物进行了抗震加固,在地震中这批建筑物损害不大,无严重破坏现象,无一处发生倒塌,震后仅1 天就恢复使用,而其没有进行抗震加固的建筑物则损坏严重。因此,对多层砌体结构房屋进行抗震设防和抗震加固,提高建筑物的抗震能力和安全性能,具有重要的现实意义。
三、多层砌体结构房屋的震害特点及原因分析
分析多层砌体结构房屋震害的特征及其原因,找出建筑物的薄弱部位,是进行建筑物抗震加固的前提。多层砌体结构房屋受到震害可能由于设计时抗震能力不足、施工过程中施工质量不良或其他原因所致。从多层砌体结构角度考虑,砌体结构墙体自重和刚度大,在水平方向受水平荷载的影响发生侧移,在垂直方向受竖向荷载受压,在地震发生时吸收的能量多,受各种复杂的应力作用影响。多层砌体结构房屋的震害特点及原因可以从水平结构和竖向结构两方面进行分析。
1、多层砌体结构房屋水平结构的震害特点及原因
多层砌体结构房屋水平结构主要指楼盖和屋盖,在强烈地震作用下,可能出现整体水平移位、各构件之间相对移位及部分构件自身强度不足受到损坏等现象。对整体性较好的现浇钢筋混凝土楼盖和屋盖,其震害较轻,而对整体性较差的屋盖,震害通常较为严重。水平结构的震害常出现楼板或屋面板沿接缝处产生裂缝、屋面梁支承长度减小、楼板或屋面板局部拱起、构件联结处松动、墙体局部沿楼盖或屋盖支撑处开裂等现象。由于房屋结构水平方向的抗剪强度不足,易造成檐口或楼盖支承处的墙体沿支承面产生水平裂缝或斜裂缝。并且,在强烈地震中,由于屋架支撑系统不完全、预制钢筋混凝土楼盖或屋盖各结构构件连接强度不足、部分构件局部支承强度不足、支承长度不足、横墙间距过大等原因,较大程度地削弱了多层砌体结构房屋的整体性,易造成构件之间相对移位和部分构件自身强度不足受到损坏。
2、多层砌体结构房屋竖向结构的震害特点及原因
多层砌体结构房屋竖向结构主要指墙体、柱等,其震害的主要特征是出现竖向裂缝、水平裂缝、斜裂缝等裂缝。由于门、窗洞口边缘处是墙体应力较为集中和刚度较易发生突变处,在门、窗洞口角端易出现斜裂缝,门、窗洞口上下沿易出现水平裂缝;纵横墙交接处由于连接强度较低易出现竖向裂缝;由于承重横墙和窗间墙受易受剪切破坏,常出现斜裂缝;对屋架下的支承墙体,因缺乏足够的支承强度,易出现竖向裂缝。当这些裂缝在多层砌体结构房屋墙体上密集出现时,将导致墙体部分砌筑材料掉落和墙体破碎,甚至发生墙体倒塌的严重破坏。
四、多层砌体房屋抗震加固方法的选择
1、房屋抗震承载力无法满足要求时应选择的加固方法
拆砌或增设抗震墙。对强度过低的原墙体可拆除重砌。重砌和增设抗震墙的结构材料可采用砖或砌块,也可采用现浇钢筋混凝土。
(1)修补和灌浆。对已开裂墙体,可采用压力灌注修补,对砌筑砂浆饱满度差或砌筑砂浆强度低的墙体,可用满墙灌浆加固。
(2)面层或板墙加固。在墙体的一侧或两侧采用水泥砂浆面层,钢筋网砂浆面层或现浇钢筋混凝土板墙加固。
(3)外加柱加固。在墙体交接处采用现浇钢筋混凝士构造柱加固。柱应与圈粱、拉杆连成整体,或与现浇钢筋混凝土楼,屋盖可靠连接。
(4)包角或镶边加固。在柱、墙角或门窗洞边用型钢或钢筋混凝土包角或镶边,柱、墙垛还可用现浇钢筋混凝土套加固。
(5)支撑或支架加固。对刚度差的房屋,可增设型钢或钢筋混凝土的支撑或支架加固。
2、房屋整体性无法满足要求时应选择合适的加固方法
当墙体布置在平面内不闭合时,可增设墙段形成闭合-在开口处增设现浇钢筋混凝土框。当纵横墙连接较差时,可采用钢拉杆、长锚杆,外加柱或外加圈梁等加固。楼、屋盖构件支承长度不满足要求时,可增设托梁或采取增强楼、屋盖整体性等措施。对腐蚀变质的构件应替换,对无下弦的人字屋架应增设下弦拉杆,当圈梁不符合鉴定要求时,应增设圈梁,外墙圈梁宜采用现浇钢筋混凝土,内墙圈梁可采用钢拉杆或在进深粱端加锚杆代替。
3、对房屋易倒塌部份选择的加固方法
承重窗间墙宽度过小或抗震能力不足时,可增设钢筋混凝土窗框;隔墙无拉结时,可采用镶边、埋设铁夹套、锚筋或钢拉杆加固;支承大梁等的墙段抗震能性不强时,可增设钢筋混凝土窗框或采用面层、板墙等加固;出屋面楼梯间、电梯间和水箱间不符台要求时,可采用面层或外加固柱加固;出屋面的烟囱,无拉结女儿墙**过规定的高度时,宜拆矮或采用型钢,钢拉杆加固。悬挑构件锚固长度不满足要求时,可减少悬挑的长度。
4、当具有明显扭转效应的砌体抗震力无法满足要求时选择以下加固方法
可以**在薄弱部位增砌体墙或现浇钢筋混凝土墙;可在原墙加面层;也可采取分割平面单元,减少扭转效应的措施。