一种有限空间内既有结构物地基基础的加固方法及系统

技术领域

本发明涉及基础加固技术领域，尤其涉及一种有限空间内既有结构物地基基础的加固方法及系统。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

由于外部环境因素、勘察、设计和施工误差、建筑功能变化等因素的影响，既有或新建结构的承载力不满足要求，或基础沉降过大，或产生倾斜。为了保证结构的正常使用和安全，有必要对此类结构的基础进行加固。

而对于高层或超高层建筑，尤其是既有建筑工程，由于基础埋深较大，需在地下室内施工，操作面小，施工工艺受到很大的限制，常规的施工机械无法在室内施工，而最佳方法就是锚杆静压桩施工工艺。

现如今常规的静压桩地基加固常采用预制混凝土短桩，随着压桩深度的增加，压桩力需不断增加，而上部结构提供的压桩反力有限，在遇到坚硬土层时，需采用引孔等措施。而且存在桩身整体性较低，承载不稳定等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种有限空间内既有结构物地基基础的加固方法，采用先静压钢护筒，而后人工挖除钢护筒内土塞的施工顺序，可使桩身顺利到达设计深度，可在受限空间工作，施工速度快。同时所采用在桩端扩底的施工方法，可使桩体与土体的结合更为紧密。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种有限空间内既有结构物地基基础的加固方法，包括：

筏板开孔形成压桩孔，将桩筒吊入所述压桩孔内，所述桩筒为两端均开口的筒体；

将所述桩筒从所述压桩孔内逐段压入筏板下方的地基至预定深度；

挖除所述桩筒内的土塞并运出桩筒外，桩端扩底使所述桩筒底部孔径大于所述桩筒孔径；

向桩筒以及桩筒底部扩孔内浇筑灌芯混凝土，恢复筏板，封孔。

可选的，所述筏板开孔包括：确定开孔位置及孔径，在开孔中心的预定范围内采用机械钻除筏板基础，其中，所述预定范围小于开孔的孔径，人工剔除开孔剩余范围内筏板基础的混凝土，暴露既有筏板基础的钢筋网并切除，形成压桩孔。

可选的，在形成压桩孔后安装静压设备主体结构，包括：将桩筒吊入所述压桩孔内，桩筒下方抵住所需开挖的土层，在桩筒的上方依次安装钢垫板、千斤顶及反力架；在将所述桩筒从所述压桩孔内逐段压入筏板下方的地基至预定深度后，拆卸钢垫板、千斤顶及反力架。

可选的，在安装静压设备主体结构后，在反力架底部向下打入钢绞线锚索，所述钢绞线锚索上端连接所述反力架，钢绞线锚索下端连接所述筏板。

可选的，将所述桩筒压入至中风化泥岩层。

可选的，在挖除土塞和桩端扩底后，向所述桩筒内分层下方钢筋笼，并将相邻钢筋笼进行连接。

可选的，向桩筒以及桩筒底部扩孔内浇筑灌芯混凝土包括：将注浆管插入桩底后，向桩内填入砂砾石，将水泥浆经注浆管注射到所述砂砾石堆积体内部，并采用振捣棒振捣混凝土。

可选的，恢复筏板后浇筑微膨胀混凝土，微膨胀混凝土终凝后洒水养护。

本发明实施例还提供了一种用于如上所述的有限空间内既有结构物地基基础的加固方法的加固系统，包括：桩筒、千斤顶、反力架、钢垫板、钢绞线锚索、钢筋笼以及连接组件；所述桩筒安装在筏板的压桩孔内，所述钢垫板设置在所述桩筒上侧，所述千斤顶设置在所述钢垫板上侧，所述反力架设置在所述千斤顶上侧，所述钢绞线锚索上端连接所述反力架，下端连接所述筏板，所述钢筋笼下方到所述桩筒内部，所述连接组件连接两个相邻的钢筋笼。

可选的，两个相邻的钢筋笼上分别具有第一钢筋和第二钢筋，所述第一钢筋和第二钢筋的端部设置有螺纹，且第一钢筋和第二钢筋的螺纹旋向相反；所述连接组件包括第一套筒、第二套筒、第一锁套及第二锁套，所述第一套筒两端分别与所述第一钢筋和第二钢筋螺纹连接，所述第二套筒两端分别与所述第一钢筋和第二钢筋螺纹连接，所述第一套筒和第二套筒合并成为一个圆筒，所述第一锁套螺纹连接在所述圆筒的第一端，所述第二锁套螺纹连接在所述圆筒的第二端。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

相比于传统变截面静压桩与混凝土静压桩，本发明采用先静压钢护筒，而后人工挖除钢护筒内土塞的施工顺序，一方面人工挖孔的扩底桩桩端无沉渣，充分发挥桩端中风化岩层的端阻力，从而达到基础加固的目的；另一方面人工挖孔桩可在受限空间内施工无噪音污染，文明施工，桩身质量易得到保障，可使桩身顺利到达设计深度，本发明所采用在桩端扩底的施工方法，可充分发挥桩端中风化岩层的端阻力，保障单桩承载力特征值满足设计要求。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例的所述钢护筒挖孔扩底静压桩的主体结构原理简图；

图2是本发明实施例的桩端扩底示意图；

图3是本发明实施例的分体式直螺纹套筒结构示意图；

图4是本发明实施例的钢筋笼连接示意图；

图5是本发明实施例的钢护筒连接坡口示意图；

图6是本发明实施例的筏板恢复示意图；

图7是本发明实施例的桩身注浆完成后的桩身整体示意图；

图中：1、钢护筒；2、筏板；3、灌芯混凝土；4、微膨胀混凝土；5、千斤顶；6、油泵；7、框架梁；8、反力架；9、分体式直螺纹套筒；10、注浆管；11、钢垫板；12、圆台形孔洞；13、钢绞线锚索；14、压力表；15、坡口；16、桩端扩底；17、钢筋笼；18、止水带；19、筏板钢筋；20、锁套；21、半圆形套筒；

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

静压桩施工工艺是一种广泛应用在既有建筑物地基上的基础加固技术，它通过在基础上埋设锚杆固定反力架，以建筑物所能发挥的自重荷载为桩反力，用千斤顶将分段钢护筒从基础预留或开凿的压桩孔内逐段压入土中，而后将桩身与基础连结在一起，从而达到提高地基承载力和控制沉降的目的。每一节预制桩之间需进行接桩处理，达到设计桩长及设计压桩力后，进行地基基础拖换，最终在既有建筑基础下形成一根完整的静压桩，从而达到地基加固的效果。

现有已公开的中国专利CN202220445072.7发明了一种通过采用变截面钢管静压桩的地基加固方法，通过在基础下设置多组变截面钢管静压桩，降低了钢管静压桩施工过程中的压桩阻力，但桩底较低的横截面在带来施工简易的同时，也使得桩身整体的承载力的提高较低，尤其是桩底承受的整个建筑物的压强较大，桩身易发生破坏。

而中国专利CN202221590270.9发明的一种桩端注浆微型钢管静压桩，该技术在解决桩身与周围土密实度不高的同时，通过采用多个构件进行桩底注浆的方式。但桩身的整体性较低，操作难度大，且桩端未进行开孔，注浆工作难度较大。

为了解决如上的技术问题，本实施例提出了一种有限空间内既有结构物地基基础的加固方法。

为了更便于理解首先介绍所应用到的加固系统，如图1-图7所示，包括：钢护筒1(即桩筒)、筏板2、灌芯混凝土3、微膨胀混凝土4、千斤顶5、油泵6、框架梁7、反力架8、分体式直螺纹套筒9(即连接组件)、注浆管10、钢垫板11、圆台形孔洞12(即压桩孔)、钢绞线锚索13、压力表14、坡口15、桩端扩底16、钢筋笼17、止水带18、筏板钢筋19，锁套20、半圆形套筒21。

钢护筒1如图5所示，采用直径1000mm，壁厚11mm的钢管，每节钢护筒1长2.0m，最大压桩力为20000kN。持力层为中风化泥岩，桩端进入中风化泥岩4.0m，桩端扩径至1600mm。

如图1所示，本实施例中所采用的钢护筒1进行静压工作的原理是以建筑物已建成部分的自重为压载，在基础上埋置钢绞线锚索13固定反力架8提供反力支撑，利用千斤顶5将钢护筒1逐节压入土中，直至压桩动阻力或压桩入土深度达到设计要求，从而达到提高地基承载力和控制沉降的目的。

本实施例中所采用的反力架8主要由横梁、立柱、底座组成。如图1所示，使用过程中，反力架上方需抵住框架梁7，下方固定在千斤顶5上，以建成建筑的自重为压载，反力架8提供反力支撑，利用千斤顶5将钢护筒1逐节压入土中，直至压桩动阻力或压桩入土深度达到设计要求。

如图5所示，本实施例中连接两段钢护筒的坡口15是指焊件的待焊部位加工并装配成的一定几何形状的沟槽，坡口15可使热源(电弧或火焰)直达焊缝根部，以保证两节钢护筒1接口处焊接牢固。

本实施例中连接两段钢筋17的分体式直螺纹套筒9是一种新型的剥肋滚压直螺纹接头型式，如图3、图4所示，其工艺原理是将两根待连接钢筋的螺纹丝头用两个半圆形螺纹套筒21扣紧，丝头螺纹与半圆形套筒21螺纹紧密咬合，再通过锁套20将两个半圆形套筒20及钢筋丝头通过螺纹锁紧，使之连成一体而达到连接的目的。钢筋笼17对接前需将钢筋端面平头，而后在已平头的钢筋端面上剥肋滚压螺纹，要求相邻两段钢筋笼17对接部分的钢筋丝头一端加工为右旋螺纹，另一端加工为左旋螺纹，加工完成后应做标记以示区分并便于和带有正反丝扣内螺纹的分体式套筒匹配，在各段需要对接连接的部位采用与主筋直径一致的分体式套筒接头连接钢筋笼主筋，并按照规范将接头位沿轴间隔错开，一般采取相邻主筋接头错开不小于50cm。分体式接头仅采用扳拧紧即可。通过半圆套筒、锁套以及正反旋螺纹的配合，防止半圆套筒转动脱落，保证相邻钢筋笼的连接强度。

如图6所示，本实施例所采用的止水带18为CP型橡胶止水带，做止水带18前要保证钢管桩内的灌芯混凝土3完全凝固，采用现场热接硫化法对止水带进行接头，在进行微膨胀混凝土4的浇筑工作中需将在止水带全部浇埋在混凝土内。

钢护筒1内灌注灌芯混凝土3，采用压力注浆法，即注浆管10埋至钢护筒1底部，如图4所示，通力压力注浆注入灌芯混凝土3。地基筏板2的施工采用微膨胀混凝土4，如图7所示，微膨胀混凝土4是在普通的混凝土中添加一定的膨胀剂，使混凝土在水化期间能够依靠膨胀剂的作用而发生一定的膨胀，从而弥补了混凝土的收缩，以防治混凝土裂缝，提高混凝土性能。一般混凝土干了以后大多都有少许收缩，加了膨胀剂的混凝土，不但不收缩而且随着时间推移，有一定的自由膨胀量。

本实施例中所涉及的桩端扩底技术扩大了桩底的受力面积，大大提高了桩的承载力，同时人工挖孔桩更能详细的检查桩底岩土层构成情况，保证了桩端的持力土层结构与设计的一致性，另外，人工挖孔扩底桩选用的施工机具简单，污染环境小，不受地域限制，适用范围更广。

在静压桩这一技术应用的过程中，需结合对工程现场情况、结构要求的分析来制定最佳的设计施工方案，确保静压桩各施工参数的合理性。本实施例采用先静压钢护筒，而后人工挖除钢护筒内土塞的施工顺序，使桩体与土体的结合更为密实的同时也大大提高了整个基础的承载力。

为了使本发明实施例提供的技术方案更加清楚，以一个实例对本发明实施例提供的加固施工方法进行说明。

1、测量定位：施工前定好轴线并标志在永久固定体上，以利于复核桩位。在桩位中心处钉一根短钢筋，并标志明显。在静压设备基本就位后利用周边控制轴线对桩位进行复核，控制桩位的最大偏差不大于20mm。

2、筏板2开孔：对既有筏板2基础进行勘测，确定开孔处位于筏板2开孔的正中心及开孔的孔径，在设计孔径的4/5范围内机械钻除筏板2基础，直至完全暴露筏板2基础素混凝土垫层，人工剔除剩余设计孔径1/5范围内筏板2基础的混凝土，暴露既有筏板2基础的钢筋网并切除，形成圆台形孔洞12。

3、安装静压设备主体结构：保持场地平整，再移机上位，将钢护筒1吊入已开好的筏板2开孔内，钢护筒下方抵住所需开挖的土层，在钢护筒1的上方依次安装钢垫板11、千斤顶5及反力架8，钢垫板11要完全罩住其下方的钢护筒1，千斤顶5应与下方钢垫板11及上方反力架8保证完全接触，反力架8顶住上方框架梁7。

4、在反力架8底部向下打入四根钢绞线锚索13，增加静压结构的整体性，且钢绞线锚索13也会“束缚”反力架8，降低反力架8对框架梁7的压力。

5、对第一节钢护筒1再次用仪器进行检查，确保桩位无偏差，在钢护筒1静压过程中，如果钢护筒1不垂直，会导致偏心受压且引起桩水平位置偏差加大，参照经纬仪调桩至竖直方可压桩。

6、压桩：发动油泵6，对千斤顶5进行加压，将压力通过钢垫板11向下传输到钢护筒1上。加压数值由压力表14反映。在压桩过程中要认真记录钢护筒1入土深度与压力表14读数的关系，以判断钢护筒1的质量和承载力。当压力表14读数忽然上升或下降时，要关闭油泵6并泄压，对照地质资料进行分析，判断钢护筒1是否遇到障碍物或产生变形情况等。

7、电焊接桩：接桩时，上下节钢护筒1必须接直、接牢。上下节钢护筒1的中心线偏差不得大于2mm。接头焊接前，应用钢丝球刷清理上、下节钢护筒1的横截面处，坡口15处应刷至露出金属光泽。焊接时宜先在坡口15圆周处对称点焊4-6点，等上、下节钢护筒1固定后方可拆除导向箍，再分层施焊，施焊宜对称进行。焊接层数宜为三层，不得少于二层，内层焊渣必须清理后再施焊外一层。焊好后的接头应自然冷却，才可继续沉桩，自然冷却不应小于8分钟，严禁水冷和焊好即沉。

8、桩顶标高控制：施工前在场地周围建筑物上设置控制点，用水准仪测出自然地平标高，每根桩按图纸有关数据必须由两人分别进行计算和复核，准确计算出送桩深度，确保桩顶标高偏差在规范内。

9、采用千斤顶5分节将钢护筒1压入至中风化泥岩层顶面，为保证桩的垂直度，要求每静压三节钢套筒1，须校核中心位置及垂直度一次。经纬仪跟踪调整静压设备整体垂直度，其垂直度偏差值应<0.5％。

10、拆卸静压设备的主体结构：调节油泵6，对千斤顶5进行卸压，由上到下依次卸下反力架8、千斤顶5、钢垫板11，场地整平，准备人工挖孔工作。

11、人工挖除桩内土塞：挖掘土方时，必须由上向下进行，禁止采用掏洞、控空底脚和挖“伸悬土”的方法，防止塌方事故。弃土装入活底吊桶内，垂直提升运出孔外，运至指定弃渣场。

12、桩端扩底：如图2所示，在中风化泥岩中进行人工挖孔和桩端扩底，形成人工挖孔扩底桩用于提高单桩承载力，桩端进入中风化泥岩4.0m，底部扩径至1600mm。

13、分层下放钢筋笼17：钢筋笼17制作必须符合设计及规范要求，安放钢筋笼17要垂直缓慢放下，避免碰撞护壁，下到设计标高后需用吊筋固定在孔口，防止钢筋笼17上浮和下沉。

14、钢筋笼的连接：首先，将需要连接的两个钢筋笼的末端分别插入半圆形套筒21中，确保插入深度达到套筒长度的一半。然后，将半圆形套筒21的锁套20旋紧，使其与半圆形套筒21紧密贴合，确保连接器的稳定性和强度。最后，检查连接器的质量和稳定性，确保连接器没有松动或者变形等情况，分体式直螺纹套筒9的安装完毕。

15、浇筑灌芯混凝土3：启动搅拌机，向搅拌机内加入水、水泥，形成水泥浆液，将注浆管10插入桩底后，向桩内填入砂砾石，打开控制阀门，通过加压泵将搅拌机内部的水泥浆经注浆管10注射到所述砂砾石堆积体内部。采用注浆振捣混凝土的施工方法不受施工空间限制，只要将注浆管10和振捣棒插入混凝土内即可施工，施工工艺简单，施工效率高，施工后形成的混凝土质量高，且施工周期短、成本低。

16、恢复筏板2上下层筏板钢筋19，并做止水带18：如图6所示，筏板2内部裸露的筏板钢筋19擦拭干净后将新的筏板钢筋19焊接固定在断开的钢筋上。止水带18在混凝土浇注过程时部分或全部浇注埋进混凝土中。在浇埋混凝土前先要使止水带18在界面部位保持平展，接头部分粘接紧固，再以适当的力充分浇捣，震荡混凝土来定位止水带18，使其与混凝土良好的结合，以免影响止水效果。

17、浇筑微膨胀混凝土4：如图7所示，浇筑前，与混凝土接触的物面应充分湿润，混凝土应快速、连续一次浇筑完成，用插入式振动器振捣密实，不能漏振、过振或欠振。

18、封孔：微膨胀混凝土4终凝后2h即应洒水养护，养护时间不少于14d，使混凝土经常保持湿润状态，撤出施工设备，整平场地，完成高层建筑基础的加固。

采用锚杆静压钢护筒结合人工挖除钢护筒内土塞的工艺，一方面解决了人工挖孔桩施工安全性的问题，且无需泥浆，桩身质量易保证，可做到文明施工；另一方面人工挖孔的扩底桩桩端无沉渣，充分发挥桩端中风化岩层的端阻力，从而达到基础加固的目的。

与现有技术相比，有益效果主要体现在：

1、高层建筑的基础加固采用锚杆静压钢护筒结合人工挖除钢护筒内土塞的工艺，人工挖出桩内土塞和桩端扩底的方法可在受限空间内施工，不易受到施工场地及施工机械的限制，施工流程简单无噪音，可定量观测整个的沉桩过程，桩的承载力有保证等优点。

2、通过在桩底实行扩底，可大幅度提升整个基础的承载力，在使桩体与土体结合更为密实的同时也大大提高了整个基础的承载力。

3、经济效益高，静压桩本身的工程费用可能比灌注桩高，但如果考虑其承载力高(单方传力比大)、桩身质量有保障、施工工期短等方面的因素，其综合效益仍比灌注桩要高，具有较高的工程适用性。

锚杆静压钢护筒挖孔桩工艺，一方面锚杆静压钢管桩作为护壁可成功隔断地下水，并且施工速度快，可为人工挖孔提供了可靠的安全保障，解决了人工挖孔桩施工安全性的问题；另一方面人工挖孔扩底桩可充分发挥桩端中风化岩层的端阻力，解决了泥岩持力层遇水易软化的工程难题，保障单桩承载力特征值达到设计要求。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

最后需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然所述步骤按照1、2、3…顺序列出，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。