衡阳市建筑结构检测鉴定与加固概论及工程实例02

湖南大学土木工程学院卜良桃教授13908477821建筑结构检测鉴定与加固概论及工程实例(第二讲）第二章建筑结构加固与改造第一节加固改造行业的现状及发展一、建筑结构加固改造工作程序1.现状鉴定2．建筑结构加固改造设计3．建筑结构加固改造施工4．建筑结构加固改造验收与工程效果检验二、加固改造行业现状分析我国已有建筑物现代加固改造技术研究正处于全面起步阶段，发展迅速，已取得了一些成果，该行业正逐步趋于成熟。1990年成立了“全国建筑物鉴定与加固标准技术委员会”，已编或正在编制的各种标准达100多种，标准委员会还制定了本领域的规范体系表，“全国建筑物鉴定与加固标准委员会”已举办多次学术活动．进行技术研讨和交流。所有这些都有力地推动了我国行业技术的发展。但与发达国家相比，我国在已有建筑物加固改造行业等方面的总体水平还不高。三、总结受我国经济政策的影响，可以预料，已有建筑物加固改造的工程规模会继续扩大。这种趋势必然会对加固改造材料市场、专业改造技术服务业产生一定的影响。对已有建筑物进行加固改造是一个极其复杂的系统工程，这需要负责技术决策的有关人员具有高水平综合解决问题的能力，不但要精通建筑结构理论，掌握各种修补材料的物理力学性能和耐久性能，需要懂得结构和结构材料劣化损坏的机理，同时还必须了解与使用环境有关的各种影响因素。这种技术难度大、决策过程复杂的系统工程绝非一般的个体责任者所能承担的。第二节建筑结构加固的一般原则一、方案制定的总体效应原则制定建筑物的加固改造方案时，除要考虑可靠性鉴定结论和委托方提出的加固改造内容要求外，还要考虑加固后建筑物的总体效应。因此，制定加固方案时，应全面、详细分析整个建筑结构的受力情况。二、材料的选用和强度取值原则1.加固改造设计时，原结构的材料强度按如下规定取用：若原结构材料种类和性能与原设计一致，则按原设计值取用；若原结构无材料强度资料，则可通过实测评定材料的强度等级，再按现行规范取值。2.加固改造材料的要求。加固用的钢材应优先选用HRB335级热轧带肋钢筋或HPB235（Q235）级的热轧钢筋；加固用的水泥应采用强度等级不低于32.5级的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。3.加固用混凝土的强度等级，应比原结构的混凝土强度等级提高一级，且加固上部结构构件的混凝土的强度等级不低于C20，加固用混凝土内须加入早强、高强、低收缩、微膨胀、自流密实的外加剂使混凝土改性。4.加固所用粘结材料及化学灌浆材料一般宜采用成品，其粘结强度应高于被粘结构混凝土的抗拉强度和抗剪强度。三、荷载取值原则加固结构承受的荷载，应进行实地调查后取值。在一般情况下，当原结构按当时荷载规范《建筑结构荷载规范》取值时，在鉴定阶段对结构的验算仍按原规范取值；一经确定需要加固时，加固验算应按现行的《建筑结构荷载规范》的规定取值。四、承载力验算原则进行承载力验算时，结构的计算简图应根据结构的实际受力状况和结构的实际尺寸确定。构件的截面面积应采用实际有效截面面积，即应考虑结构的损伤、缺陷、锈蚀等造成的不利影响。验算时，应考虑结构在加固时的实际受力程度、加固部分的受力滞后特点以及加固部分与原结构协同工作的程度，对加固部分的材料强度设计值进行适当的折减。还应考虑实际荷载偏心、结构变形、局部损伤、温度作用等所带来的附加内力。当加固后使结构的重量增大时，应对相关结构及建筑物的基础进行验算。五、与抗震设防结合的原则我国是一个多地震的国家，6度以上的地震区几乎遍及全国各地。1976年以前建造的建筑物，大多没有考虑抗震设防，1989年以前的抗震规范也只规定了7度以上地震区才设防。为了使这些建筑物遭遇地震时具有相应的安全保证，应结合抗震加固方案制定承载能力和耐久性加固、处理方案。六、其他由于高温、腐蚀、冻融、振动、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏，应在加固设计时提出相应的处理对策，随后再进行加固。结构的加固应综合考虑其经济性，尽量不损伤原结构，并保留有利用价值的结构构件，避免不必要的构件拆除或更换。第三节建筑结构加固技术及其选择一、地基加固方法当天然地基不能满足建筑物对它的要求时，需要进行地基处理，形成人工地基以满足建筑物对它的要求。当已有建筑物地基发生工程事故，需要对已有建筑物地基进行加固处理，以保证其正常使用和安全。1.换填法当在建筑范围内土层上层存在淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土等为软弱土层，厚度又不很大，软弱土层的承载力和变形区满足不了建筑物的要求时，可以采用换填强度较大的砂碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，成为良好的人工地基。2.排水固结淤泥、淤泥质土、冲填土等的软弱饱和粘性土层，这种土的特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差且不少情况埋藏深厚。由于其压缩性高透水性差，在建筑物荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，而且沉降的延续时间很长，有可能影响建筑物的正常使用，另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性不能满足工程要求。因此，这种软粘土地基通常需要采取处理措施，排水固结法就是处理软粘土地基的有效方法之一。3.强夯法和强夯置换法强夯法常用来加固碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等各类地基。它不仅能提高地基的强度并降低其压缩性，而且还能改善改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。高饱和度的粉土与软塑～流塑的粘性土等地基，如淤泥和淤泥质土地基，强夯处理效果不显著，这是可采用在夯坑内填碎石、砂或其他粗颗粒材料，通过夯击能作用排开软土，从而在地基中形成碎石墩。强夯置换法用于高饱和度的粉土与软塑～流塑的粘性土等地基上对变形控制要求不严的工程，具有良好的处理效果。4.振冲法和振冲置换法振冲法形成的复合地基由桩体和周围土体共同承担上部荷载，桩体能适应较大变形，透水性好，且成桩过程中随地层软弱程度的不同，形成上下不同的桩，它们与土体共同作用有力地改善了地基的工程性能。如复合地基承载力能力显著提高，沉降量明显减少，地基的抗剪性能和排水效果提高。振冲置换法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基。振冲加密适用处理砂土和粉土地基，不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基。5.砂石桩法砂石桩法适用于处理松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换处理。砂石桩法也可用于处理可液化地基。6.水泥粉煤灰碎石桩法水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩，是在碎石桩基础上加入适量石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和制成的一种具有一定黏结强度的桩，与周围地基土体形成复合地基。它比一般碎石桩复合地基的承载力高、变形量小。水泥粉煤灰碎石桩法适用于处理粘性土、淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土、杂填土以及湿陷性黄土地基中以提高地基承载力和减少地基变形为主要目的地基处理。若以消除液化为主要目的时，采用CFG桩不太经济。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。7.夯实水泥土桩法夯实水泥土桩地基处理时应用土料和水泥拌和形成混合料，通过各种机械成孔方法在土中成孔并填入混合料夯实形成桩体，当采用具有挤土效应的成孔工艺时，还可将桩间土挤密，形成复合地基，提高地基承载力、减少地基变形。夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。处理深度不宜超过10m。8.水泥土搅拌法水泥土搅拌法是用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥(或石灰）等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地层深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体）强制搅拌，由固化剂和软土间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土桩体，桩间土构成复合地基。从而达到提高地基强度和增大弹性模量。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。9.高压喷射注浆法高压喷射注浆法就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻入至土层的预定深度后，以20－40MPa的压力把浆液（或水）从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层及预定形状的空间，当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构强度时，土粒便从土体剥落下来，一部分细粘土随浆液或水冒出地面，其余土颗粒在射流的冲击力、离心力和重力等作用下将浆液混合并按一定的浆土比例和质量大小有规律重新排列，凝固成新的加固体，从而达到加固土体的目的。高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。可用于既有建筑和新建建筑地基加固，深基坑、地铁等工程的土层加固或防水。高压喷射注浆有强化地基和防漏的作用，可卓有成效地用于既有建筑和新建工程的地基处理、地下工程及堤坝的截水、基坑封底、被动区加固、基坑侧壁防止漏水或减小基坑位移等。10.石灰桩法石灰桩是以生石灰为主要固化剂与粉煤灰或火山灰、炉渣、矿渣、粘性土等掺合料按一定的比例均匀混合后，在桩孔中经机械或人工分层振压或夯实所形成的密实桩体。石灰桩的主要作用机理是通过生石从的吸水膨胀挤密桩周土，继而经过离子交换和胶凝反应使桩间土强度提高，与桩间土共同作用形成复合地基。石灰桩法适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基；用于地下水位以上的上层时，宜增加掺合料的含水量并减少生石灰用量，或采取上层浸水等措施。石灰桩不适用于地下水下的砂类土。11.灰土挤密桩法和土挤密桩法土桩和灰土桩挤密地基是用沉管、冲击或爆炸等方法在地基挤土，形成28～60cm的桩孔，然后向孔内夯填素土或灰土（所谓灰土，是将不同比例的消石灰和土掺合而形成，形成土桩或灰土桩。成孔时，桩孔部位的土被侧向挤出，从而使桩间土得到挤密。另一方面，对灰土桩而言，桩体材料石灰和土之间产生一系列物理和化学反应，凝结成一定强度的桩体。桩体和桩间挤密土共同组成的人工复合地层，属于深层加密处理的一种方法。土桩主要适用于消除陷性黄土地基的湿陷性，灰土桩主要适用于提高人工地基的承载力和水稳性，并消除湿陷性黄土地基的湿陷性。12.柱锤冲扩桩法柱锤冲扩桩法是通过用直径300～500mm、长度2～6m、质量1～8t的柱状锤，利用自行杆式起重机或其他专用设备，将柱（柱锤）提升至距地面一定高度后下落，在地基土中冲击成孔，并重复冲击至设计深度，在孔内分层填料、分层夯实形成桩体，同时对桩间土进行挤密，形成复合地基。柱锤冲扩桩法适用于处理杂填土、粉土、粘性土、素填土和黄土等地基。13.单液硅化法和碱液法单液硅化法是硅化加固法的一种，是指将硅酸钠（Na0.nSiO）溶液灌入土中，当溶液和含有大量水溶性盐类的土相互作用时，产生硅胶将土颗粒胶结，提高水的稳定性，消除黄土的显陷性，提高土的强度。碱液法是将加热后的碱液（Na0H溶液），以无压自流方式注入地基土中，使土粒表面溶合胶结形成难溶于水的、具有高强度的钙铝硅酸盐络合物，从而达到消除黄土湿陷性，提高地基承载力。对于下列情况可采用单液硅化法或碱液法：(l)沉降不均匀的既有建（构）筑物和设备基础；(2)地基受水浸湿引起湿陷，需要立即阻止湿陷继续发展的建（构）筑物或设备基础。(3)拟建的设备基础和构筑物。二、基础加固方法1.基础扩大托换对许多既有建筑物或改建增层工程，常因基底面积不足而使地基承载力和变形不能满足要求，导致建筑物开裂或倾斜。此时，加固方法之一就是采用基础加宽的托换方法，一般这种托换方法施工简单、造价低廉、质量容易保证，工期较短，为经常采用的方法。2.基础加深加固在许多既有建筑物或改造工程中，由于基底面积不足而使地基承载力和变形不能满足要求，此时也可采用加深基础，是直接在被托换建筑物的基础下挖坑后浇筑混凝土的托换加固方法。以满足设计规范的地基承载力和变形要求。3.基础锚杆静压桩加固法锚杆静压桩的优点是：施工时无振动，无噪音；设备简单，操作方便，移动灵活，可在场地和空间狭窄条件下施工；可应用于新、旧建筑物的地基加固和基础托换；并可在不停产和不搬迁的情况下