沈琛，黃亮 （合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 引 言

近年來，城市中原來的低層建筑已經(jīng)無法滿足目前生產(chǎn)和生活的需要。因此，對(duì)舊房屋進(jìn)行加層改造成為使其繼續(xù)發(fā)揮功能的重要手段，而在實(shí)際中的許多工程中，對(duì)地基基礎(chǔ)的加固處理沒有予以足夠重視，造成在實(shí)際的使用中引起地基基礎(chǔ)的不均勻沉降，影響了建筑物的安全使用。因此，研究有效的地基基礎(chǔ)加固處理方案，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

本文以合肥某高學(xué)校教學(xué)樓加層的基礎(chǔ)加固的應(yīng)用為例，介紹了開口鋼管樁和擴(kuò)大基礎(chǔ)法的設(shè)計(jì)以及加固效果，以期為類似的工程提供參考。

1 工程概況

合肥市某高校教學(xué)樓結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，原建筑物的各層梁和樓板均為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，建筑物中間部分的基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)和聯(lián)合基礎(chǔ)，南北方向兩側(cè)為獨(dú)立柱基礎(chǔ)，見圖1。由于建筑需要，B段樓層需要加層。

經(jīng)勘察已建建筑物基礎(chǔ)持力層為②層粘土，壓縮模量Es=15.4MPa，黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值Ck=69.7kPa，內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值Φk=9.9°，承載力特征值fak=300kPa。

圖1 B 段基礎(chǔ)平面圖

圖2 計(jì)算模型

圖3 方案一沉降量

2 加固方案設(shè)計(jì)

取教學(xué)樓B段D軸和16軸的獨(dú)立基礎(chǔ)和16軸的中部聯(lián)合基礎(chǔ)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。

先對(duì)地基承載力進(jìn)行修正，得出修正后的承載力fa=374kPa。計(jì)算得出獨(dú)立基礎(chǔ)不滿足地基承載力的要求，聯(lián)合基礎(chǔ)可以滿足，因此需要對(duì)獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。

2.1 方案一：開口鋼管樁

根據(jù)土的物理指標(biāo)與承載力之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系來確定開口鋼管樁的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值。預(yù)選取開口鋼管樁的外直徑為300mm，管厚10mm，樁長為4m~5m之間。

根據(jù)規(guī)范計(jì)算出外直徑300mm、樁長4m的開口鋼管樁單樁承載力Ra=0.5Quk=286kN。

取樁數(shù)為4根，可滿足地基承載力的要求。具體方案見表1。

2.2 方案二：基礎(chǔ)擴(kuò)大托換法

原基礎(chǔ)的寬度為2.7m，長度為3.3m，根據(jù)計(jì)算選取基礎(chǔ)寬3.1m、長3.5m時(shí)，可以滿足地基承載力的需要。

在滿足地基承載力的條件下，方案二共采取4種不同的基礎(chǔ)參數(shù)，具體見表2。

3 方案比較

通過Midas/GTS軟件建模分析，因?yàn)樗蟹桨妇窃跐M足地基承載力的條件下建立的，所以取基礎(chǔ)的沉降量和沉降差作為評(píng)價(jià)加固效果的指標(biāo)，計(jì)算模型見圖2。

3.1 方案一的加固效果分析

為了方便方案一中各方案的比較分析，取基礎(chǔ)上5個(gè)點(diǎn)作為觀測(cè)點(diǎn)，采集沉降量來分析加固效果。各方案的加固效果見圖3。

通過沉降圖和沉降曲線可以看出，采用開口鋼管樁進(jìn)行加固后，方案1-3要優(yōu)于方案1-1和方案1-2。基礎(chǔ)的沉降隨著樁深的增大相應(yīng)的減小。基礎(chǔ)的沉降差也隨著樁深的增加而減小，但是幅度不大?？傮w來說，這三個(gè)方案對(duì)基礎(chǔ)的加固效果還算理想，沉降差也很小。

3.2 方案二的加固效果分析

取基礎(chǔ)上的8個(gè)點(diǎn)作為觀測(cè)點(diǎn)，采集沉降量來分析加固效果。各方案的土體沉降見圖4，加固效果見圖5。

由圖4中的沉降曲線可以看出，在滿足地基承載力的條件下，逐漸增大基礎(chǔ)的尺寸，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降量都有所減小，沉降差也相應(yīng)的減小，但是當(dāng)基礎(chǔ)長度增大到一定值之后，繼續(xù)增加基礎(chǔ)的長度對(duì)于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的加固效果的增加不是很明顯。

3.3 方案的選取

通過Midas/GTS軟件對(duì)各種方案的模擬分析，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析對(duì)比，兩個(gè)方案均可以滿足本工程的基礎(chǔ)加固，各有各的特點(diǎn)。但是根據(jù)加固方案的選取原則，最終選取了施工方法最簡(jiǎn)單，并且最后的加固效果最容易控制的擴(kuò)大基礎(chǔ)方案2-2。而且在實(shí)際工程中效果很好，教學(xué)樓已經(jīng)安全投入使用。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)一個(gè)實(shí)際的加層加固項(xiàng)目，先進(jìn)行地基承載力的驗(yàn)算，得出兩邊的獨(dú)立基礎(chǔ)承載力不夠，需要進(jìn)行基礎(chǔ)加固。再初步確定加固方法，計(jì)算由加固部分所要承擔(dān)的荷載，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算出相應(yīng)的樁參數(shù)和基礎(chǔ)參數(shù)。在滿足地基承載力要求的基礎(chǔ)上，提出若干方案。采用Midas/GTS有限元軟件對(duì)各方案進(jìn)行模擬，通過對(duì)資料的總結(jié)、軟件的運(yùn)用以及所得出的數(shù)據(jù)分析之后，得出以下結(jié)論。

①既有建筑物地基基礎(chǔ)的加固方法多種多樣，本工程選取了幾個(gè)施工比較方便的方法，根據(jù)規(guī)范計(jì)算出滿足地基承載力的加固方案，經(jīng)過軟件模擬確定加固效果都很良好。

圖4 方案二沉降量

方案一 表1

方案二 表2

②在滿足地基承載力的條件下，采用開口鋼管樁進(jìn)行加固時(shí)，樁深對(duì)加固后基礎(chǔ)沉降和沉降差的影響比較明顯，增大樁深提高了樁的豎向承載力，也提高了樁所承擔(dān)的上部結(jié)構(gòu)荷載，樁深越大效果越明顯。雖然導(dǎo)致原基礎(chǔ)承受的荷載變小，但是樁的承載力得到了比較好的發(fā)揮，地基承載力的儲(chǔ)備比較大。總體來說，鋼管樁的加固效果比較好。

③在滿足地基承載力的條件下，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的加固方法時(shí)，初步設(shè)計(jì)的尺寸對(duì)基礎(chǔ)的沉降和沉降差的改善不是特別好，逐步增加基礎(chǔ)尺寸，加固效果均有提升，但是當(dāng)基礎(chǔ)尺寸達(dá)到一定值時(shí)，加固效果的提升不明顯。一味的增大基礎(chǔ)尺寸會(huì)造成材料的浪費(fèi)，應(yīng)該選用經(jīng)濟(jì)和效果都比較好的方案。

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