用预应力粗钢筋加固膨胀土地基中砖混结构房屋的方法.doc

用预应力粗钢筋加固膨胀土地基中砖混结构房屋的方法
膨胀土具有吸水膨胀，失水收缩，再吸水再膨胀，再失水再收缩的特性。这种特性使房屋基础受到膨胀力的循环作用，结构薄弱部位首先开裂，特别是砖混结构，其裂缝会迅速扩展，贯通整个墙体甚至基础，严重的会造成墙体倾斜、错位。下面以一幢锻压车间（图9-3-l）为例，介绍用预应力粗钢筋对膨胀土地基中砖混结构房屋的加固方法。
1.采用￠l8钢筋作为预应力主筋。
2.先在房屋四角制作钢筋混凝土垫块，垫块内设φ6@200钢筋网片，见图9-3-2。
3.按图9-3-2在墙上打洞并埋入钢筋，用1:1水泥砂浆灌实，并与第二步同时施工。

4.待钢筋混凝土垫块达到28d龄期后，将预应力钢筋按房屋尺寸焊接好，安放在施工图所示位置及标高，无螺纹的一端与预埋角铁焊牢，拧紧2号螺母使预应力主筋拉直即可，然后将有螺纹一端也焊于角铁一侧，同时取下1号、2号工作件，并将伸出角铁的预应力筋趁烤热瞬间迅速打弯焊于角铁一侧，见图9-3-2、9-3-3。
5.将3号撑杆按图9-3-2所示位置照图9-3-4焊好。
6.将拉紧螺栓按图9-3-4放置。
7.待上述各项工作完毕后，即可拧动拉紧螺栓。注意应同时拧动螺栓上的螺母，待拧到张拉图所示位置后，预应力钢筋上的预应力即达到设计要求。此时施加预应力的工作即告完成。
8.构造要求。按规范要求用C30号细石混凝土将钢筋封闭形成钢筋混凝土圈梁。
利用上述方法还成功地对其他几幢房屋进行了加固处理。竣工后，建筑物不再出现裂缝，取得了较好的技术经济效果。
第1章 地梁下用钢筋混凝土压入桩进行基础托换
第1节 工程概况
该工程为新建5层办公楼，验收时发现西端山墙窗台下产生了竖向裂缝和水平裂缝，水裂缝宽达10mm。紧连山墙开间的底层纵墙均有上宽下窄的斜裂缝，最大缝宽3mm。由于此处屋顶有一个20m3的水池要装水，因此必须加固才能确保安全。
地质资料表明，工程场地内粘土与亚粘土并存，虽为较厚的匀质土（6~9m），但其工程特征有明显差异，见表9-4-1。西端有裂缝的山墙基础处在亚粘土区域中，埋深仅为1.2m，地基土含水量受地表水影响较大。亚粘土较粘土透水性强，当它含有一定水分时，上部荷载主要由亚粘土中固体颗粒和孔隙水压力来承担；当天气连续干旱时，地基土失水，孔隙水压力逐渐消失，同时固体颗粒压力逐渐增大，亚粘土被压缩，而粘土的含水量相对稳定，
对地基影响并不明显，因而造成地基不均匀沉降。下雨后，地表水很快渗入亚粘土中，孔隙水压力得到补偿，固体颗粒压力减少，亚粘土出现回弹现象，山墙上裂缝便呈现闭合的趋势。因此，地基土含水量的变化，是造成房屋开裂的主要原因。
该工程基础加固，采用地梁下压入桩进行基础托换，不但可以把上部荷载直接传递到含水量相对稳定的深层土中（≥3.5m），避开大气对土层的影响，同时可减轻原基底压力，减少地基下沉，具有工程量小，费用低，结构性能可靠的特点。
第2节 压桩的设置
地梁下钢筋混凝土压人桩的设置根数，主要与单桩承载能力的大小有关。一般单承载力由桩的截面大小、桩长、地基特征值、地梁承顶能力、建筑物自重等诸因素确定。由于地基持力层较浅，承载力较高，预计压入土中的摩擦端承桩不可能很长。考虑到施工简便和经济效益，采用了较小桩的截面（200mm200mm）和较高的单桩承载能力（200kN）。要求压桩封顶完成后，墙与地梁的空隙用泵压入水泥砂浆填充密实，由于操作导坑也用毛石混凝土恢复充填，因此，可使原有地震承载力得到恢复，与压入桩处于共同工作状态。
原有地基的承载能力，可用轻便触探仪测定，不足部分由压入桩承担。每米长地梁下需设置压入桩的根数n可按下式计算：
式中G+P——每米长基础上恒载与活载之和（kN）；
[R]——基础底面的地基承载力（kN/m2）；
A——每米长基础底面积（m2）；
Pj ——压入桩的单桩承载力（kN）。
第3节 地梁承顶压能力复核
在地梁下，通过千斤顶进行压桩，其反力直接传给地梁。由于一般民用建筑的地圈梁多按构造配置，其截面及配筋普遍偏小，在压桩过程中，地梁被顶裂时有发生。因此，施工前应对地梁的承顶压能力进行复核。
根据结构状况，地梁可看成具有不间断弹性支座的连续梁，以千斤顶反力作外力，直接作用在弹性地基梁上计算内力，并验算其截面强度但这种计算过于繁琐，不适于施工现场应用。采用倒梁法简化计算过程，一般施工开挖操作导坑宽度约0.8m，故近似取地梁长1.0m，并假定其上作用均布荷载，根据最大压桩力和千斤顶上钢垫板宽度，可求出地梁内力。当复核地梁截面强度为安全时，便可施工。否则，应在地梁下增设钢托梁或钢筋混凝土地梁。一般新增混凝土地梁长1.0m，截面取bh=300mm250mm，当被加固房屋未设地梁时，在墙下设置这种短地梁，也可以进行压桩作业。
第4节 接桩
在压桩过程中，如何逐节将桩连接起来，是基础托换的关键。通常有硬接和软接2种方法。
1.硬接，即采用常规的硫磺胶泥浆锚接法。其头节桩飞中节桩、顶节桩的构造见图9-4-1。
2.软接，即用微膨水泥砂浆错接法，砂浆采用525号普通硅酸盐水泥和中砂，重量配合比为1:1。砂浆中含有水泥重量14%的膨胀剂，膨胀剂中生石灰膏与矾土水泥之比为1:1.1，并适量加入缓凝剂。要求在压桩全过程中，砂浆不凝结。按此配方灌孔砂浆28d的锚固力可达0.9MPa。
软接桩的构造，与硬接桩略有不同，系采用φ70钢管作桦头结合，见图9-4-2。制作时，应将铜管内注满混凝土。接桩时，将下节桩端面用砂浆找平，灌入下节桩预留孔的砂浆比空隙体积多3%，对孔安装后，轻轻转动上节桩，使砂浆充满缝隙。
第5节 施工要点
9-4-5-l预制桩段
预制桩采用C28~C38混凝土制作，其桩段数可按压入持力层1.0m进行估算。桩在制作时，首先将预埋铁件及错孔尺寸的误差控制在4mm以内，且两端桩顶面应与桩身垂直平整，混凝土养护达到设计强度后，方可使用；其次，顶节桩的长度，除按1.0m长制作外，需适当制作一些0.5m长的桩段，以便在桩预压封顶时，能尽量缩小桩顶到地梁底面的净距，从而减少预压支撑用工字钢（或钢管）的长度。，.
9-4-5-2开挖导坑
在基础一侧开挖操作导坑的尺寸为1.2m1.0m，并逐步扩展到毛石基础底面，再从基础扒掉约0.8m宽的缺口。当桩段长1.0m时，采用300kN手摇式千斤顶，一般需挖导坑深度约1.5m。导坑挖好后，应立即进行连续压桩施工。如通雨天，需进行搭棚断水操作，以免地表水流入导坑，造成地基承载力下降和加大地基沉降等不良后果。
9-4-5-3压桩
1.导坑内桩位处的地梁底面，在压桩放钢垫板部位，如遇凹凸不平，应用水玻璃早强砂浆抹平后，再进行压桩作业，否则，地梁会因受到局部挤压而顶裂。
2.将头节桩垂直放入挖孔基础缺口的桩位上，在桩顶上安装千斤顶，铺放千斤顶上下钢垫板及工具垫块（见图9-4-3），然后给千斤顶加荷，将桩压人土中。
一般手摇式千斤顶行程有限，不能一次压桩到位，我们采用4根钢管焊成的工具垫块。当每节桩长为1.0m时，只需制作150mm、300mm和600mm三种高度的垫块即可满足施工要求。
在压桩过程中，由于地基土质不均匀等原因往往会造成桩段倾斜，这时应注意随时纠偏，否则，会造成纠偏失效，使桩的承载力降低，或使桩被局部偏压挤坏而报废。
3.当压桩贯人接近持力层时，应更换为顶节桩，然后将压力提高至1.5倍设计单桩承载力，或用百分表观察到千斤顶已将地梁微微向上顶起时，即停止加荷。对桩加压荷载的大小，可用油压表测量，也可将压力传感器装在千斤顶上，接电阻应变仪进行测量。
4.当千斤顶对顶节桩加压至1.5倍设计单桩承载力时，应维持10min，作为提高桩尖段摩擦力和对桩尖嵌入深度的补偿。然后在千斤顶两侧的顶节桩上，用2根工字钢（或钢管）顶住地梁，并同时打紧钢模，只要转移10%的荷载，就能有效地对桩进行预压，从而阻止了桩的回弹（回弹值控制在1mm以内），使桩立即参加工作。最后用毛石混凝土恢复原基础至桩顶，卸去千斤顶，并在桩顶的插筋孔中接长钢筋至地梁底面，立模后用C28混凝土浇灌好桩帽封顶，再全部恢复剩下的基础和地坪。
第6节 结语
该工程地梁下用钢筋混凝土压入桩进行基础托换，按上述设计，方法，只需压人8根桩，共计38m长，现已投入使用两年多，经复查该房屋基础不均匀下沉已得到控制，原砖墙裂缝修补后闭合完好，未发现异常现象，说明加固方案是成功的。