一种既有建筑托换加固连接结构的制作方法

1.本实用新型属于既有建筑托换加固技术领域，特别涉及一种既有建筑托换加固连接结构。


背景技术：

2.我国既有建筑体量已经达到400亿平方米（2018年），其中由于各种原因需要加固改造的既有建筑，数量庞大，既有建筑加固改造市场体量巨大。在既有建筑下进行地下空间开发，是对既有建筑面积扩增，对既有建筑功能进行提升的重要方式，采用各种地下空间开发形式对既有建筑实现地下扩容市场需求及市场容量巨大。
3.既有建筑地下空间拓展与加固改造，需要解决好既有建筑结构的荷载传递或转换、加固改造过程中既有建筑的变形控制、新老结构连接等一系列问题，确保结构具有很好的安全性能、使用性能和耐久性能。一般的托换通过托换桩临时承载，对于下部新建地下结构桩基增层仍需二次施工，不能结合利用；且对于不良地质或含有地下水的地层在地下室这个狭小空间内如何对应的便捷施工也缺乏高效的托换桩方案。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种既有建筑托换加固连接结构，用以解决既有建筑加固改造的针对既有基础的托换加固、托换桩的设计及便捷施工、托换桩装置的应用等技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种既有建筑托换加固连接结构，包含原有基础、连接于原有基础上原柱、分别与原基础和原柱连接的加固承台、连接于加固承台内部的加固承台内筋以及连接于原有基础底部的托换桩；所述托换桩顶部嵌入原有基础底部，托换桩的桩端位于下部土体的持力层，新建地下结构基础底到桩底端的长度为托换桩的设计长度。
7.进一步的，所述原基础和原柱四周设置凿毛面，并对称设置基础植筋；原基础柱上方为楼板或地下室顶板，拟建建筑位于原基础以下。
8.进一步的，所述原基础包含原柱和原柱钢筋，原柱底部为凿毛部并对应与新基础柱连接；原基础和原柱为钢筋混凝土结构，或原基础为无筋扩展基础、扩展基础、柱下条形基础、筏形基础或箱形基础。
9.进一步的，拟建的基础底面依次设置有新垫层、新基础和新柱，其中新柱中轴线对应原柱中轴线，托换桩关于新柱对称设置。
10.进一步的，所述加固承台内筋按设计计算确定，且水平筋高度范围内均与原基础柱连接。
11.进一步的，所述托换桩为托换桩，托换桩包含托换桩体、连接于托换桩体内部的托换桩筋、以及在托换桩体顶部的托换桩预留锚固筋。
12.进一步的，所述托换桩体由旋喷桩内设置芯桩组成，托换桩筋和托换桩预留锚固筋为钢筋笼，托换桩筋位于钢管桩内侧，托换撑桩预留锚固筋锚入加固承台；芯桩采用钢管
桩，或为预制混凝土桩、h型钢或者工字钢桩。
13.进一步的，所述旋喷桩有效桩径根据设计计算确定，一般可为400-1000mm，浆液为水泥净浆，水泥用量根据托换桩设计参数（桩径、强度等）确定，水灰比宜为0.7~1.2。
14.进一步的，所述钢管桩每节根据净高确定，一般可谓1-3m，钢管桩接头采用对接焊加管片焊或者套丝连接或者坡口焊等方式；钢管桩顶标高不得低于设计桩顶标高，钢管内水泥浆液应灌注至设计桩顶标高以上不少于200mm。
15.进一步的，所述钢管桩内部还设置有钢筋笼，钢筋笼锚固加固承台，锚固长度按照计算确定。
16.本实用新型的有益效果体现在：
17.1）本实用新型通过加固承台内筋和加固承台的设置，为托换桩提供了连接、承载和荷载传递结构；
18.2）本实用新型通过托换桩为旋喷桩内加设钢管桩的结构形式，一方面利于对既有建筑地下增层进行托换桩设计，另一方面通过旋喷钢管换桩设计为地下增层下部桩基的设置可进一步利用旋喷钢管换桩，做到一桩两用，节省施工工序和成本；
19.3）本实用新型通过托换后的新柱、新基础以及新基柱预留筋可有效的连接原基础和上部结构，且进一步的连成受力整体；
20.本实用新型易于实施和便于在既有建筑这个特殊工况下进行地下增层和加固，可极大的适应地下土层状况和不同的基础工况；本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解；本实用新型的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
21.图1是托换桩在原基础上的定位安装示意图；
22.图2是托换桩在原基础上的定位安装剖面示意图；
23.图3是施工托换桩布置图；
24.图4是施工托换桩上加固承台布置图；
25.图5是施工托换桩开挖布置图；
26.图6是施工新基础示意图；
27.图7是拆除加固基础和部分托换桩施工示意图；
28.图8是新柱及其连接结构示意图；
29.图9是托换完成后原柱俯视图；
30.图10是施工托换桩施工布置分布俯视图。
31.附图标记：1-原基础、2-原柱、21-原柱体、22-原柱钢筋、3-基础植筋、4-柱植筋、5-加固承台内筋、6-加固承台、7-托换桩、71-托换桩体、72-托换桩桩筋、73-托换桩预留锚固筋、8-原垫层、9-土体、10-基础地面、11-新柱、12-新基础、13-新垫层、14-新柱预留筋、15-凿毛部、16-护坡桩。
具体实施方式
32.以拟建某中庭项目为例，拟建中庭项目位于北京市区某回字型建筑，周边a、b、c、
d、e、f座商业楼均有1-3层地下室，中庭部分原无地下室。拟于中庭位置新增1层下沉广场，拓展地下空间，与周边建筑功能联通。拟建项目为商业，地下1层，框架结构，筏板基础，平面尺寸长为148m，宽为36m，基础埋深为6.0m。北侧长边方向紧临a座商业楼，新增中庭下沉广场与地下室部分连通，a座商业楼基础埋深为6.0m，中间部分通向内庭的门头，基础埋深为2m，需要托换加固设计、施工。
33.如图10所示，本次拟托换的范围为门头四个独立柱基础，原基础1埋深约2m，净空约3.5m，单柱最大荷载约170t，且在一侧设置有护坡桩。该工程加固工期紧迫，且对噪音、环境污染的控制要求高，不能影响地上部分的正常营业，另外由于施工场地平面空间、施工净高的限制，地质条件复杂需要作出针对性设计。
34.本工程在设计和施工时，需同时兼顾以下几点：一是既有基础板尺寸不大，应尽可能不损伤原来的主筋，所以要求在基础板上开孔直径尽可能小，但成桩后的直径又需要尽可能大，以得到较高单桩承载力；二是基础下方有杂填土以及原来a-f座既有基坑未知的土钉或锚杆等水平向支护结构，桩位基本没有调整的空间，需要钻机对地层适应能力强，确定能一次性成桩；三是场地空间有限，还要求设备尽可能小巧，满足低净空和有限空间作业的要求；综合考虑以上要求采用托换桩7进行托换加固。
35.对于托换加固设计应用一种既有建筑托换加固连接结构，加固的既有建筑包含原基础1、原垫层8和原柱2；原基顶部连接楼板或地下室顶板，拟建建筑位于原基础1以下。原基础1和原柱2为钢筋混凝土结构，或原基础1为无筋扩展基础、扩展基础、柱下条形基础、筏形基础或箱形基础。
36.结合图1至图10所示，进一步的说明一种既有建筑托换加固连接结构，具体步骤如下：
37.步骤一、结合原地勘报告、补充勘察报告，明确桩身设计范围各土层主要物理力学指标、桩侧摩阻力、桩端阻力，由此明确托换桩77的设计桩长；补充勘察期间进一步探明地下水位和地下水类型。
38.结合原地勘、补充勘察报告，通过典型地质桩身设计范围各土层主要物理力学指标、桩侧摩阻力、桩端阻力。位于肥槽内的填土厚度深为11.10m。通过现场挖探、周边深基坑开挖等发现，在门头基础下方有杂填土以及原来a-f座既有基坑未知的土钉或锚杆等水平向支护结构。补充勘察期间在现状地面下25.0m深度范围内实测到1层稳定地下水。稳定水位埋深为9.50～9.60m，地下水类型为层间水。
39.步骤二、对拟建场地进行三通一平，并对应施工作业面开槽，在原基础1上围绕原基础1柱两侧或四周对称设计下部托换桩7并测量放线，采用静力开孔，并预先标记基础植筋3和原柱植筋4。
40.步骤三、正式施工前，为了调试设备、获取现场施工参数，开展试桩试验；托换桩7的桩孔采用旋喷和静压装置对应施工，旋进孔采用三重管高压旋喷喷射水泥浆、水和气形成旋喷桩，而后再进行钢管桩的静压；其中，旋喷桩和钢管桩的施工可分为独立的两步施工或分段交替进行。
41.本实施例中，正式施工前，为了调试设备、获取现场施工参数，开展1组试桩试验。试桩终止压桩力为2025kn。当荷载达到设计值时，桩身沉降约为3mm，满足承载力设计要求及对门头柱托换后的沉降控制要求。本实施例中，旋喷钢管换桩布置于各个独立基础内，为
了通过新增的托换桩-承台结构承担上部结构荷载，从荷载传递的角度，新增的托换桩离原结构柱越近越好，但在桩位布置中还要考虑托换桩7的施工空间及与原柱2的间距。同时让桩位形心与荷载重心位置尽量接近；另原基础1开孔也需要越小越好，结合考虑到下方钢管外径为245mm，静力开孔直径为400mm。
42.本实施例中，应用的装置包含原基础1开孔用开槽机和托换桩7用安装旋喷和静压装置；其中，开槽机用于对应施工作业面开槽；安装旋喷和静压装置用于施工托换桩7。
43.本实施例中，托换桩7包含托换桩体71、连接于托换桩体71内部托换桩筋72、以及在托换桩体71顶部的托换桩预留锚固筋73。其中，托换桩体71由旋喷桩内设置芯桩组成，托换桩筋72和托换桩预留锚固筋73为钢筋笼，托换桩筋72位于钢管桩内侧，托换桩预留锚固筋73与加固承台6。芯桩采用钢管桩，或为预制混凝土桩、h型钢或者工字钢桩。
44.本实施例中，旋喷桩施工时按照设计水灰比对水和水泥重量进行计量，在搅浆桶里搅拌均匀后，经20目筛过滤，放入储浆桶中；储浆桶对水泥浆应进行不间断搅拌，防止水泥浆沉淀；注浆泵泵头用细目纱网罩罩住，防止吸入粗颗粒物而堵塞钻头喷嘴。钻进作业一遍水：钻机就位后，开动动力头旋动钻杆，向钻杆底部的钻头提供高压空气，通过钻头水平及钻头底部两个方向的双高压喷射流，一边切割土体一边下沉钻进，钻进设计桩底标高；喷射高压水泥浆一遍浆：钻进设计桩底标高后，开动动力头旋动钻杆，启动高压注浆泵、向钻杆底部的钻头提供高压空气及浆液，通过钻头水平及钻头底部两个方向的双高压喷射流，一边切割土体一边下沉钻进，同时喷射浆液。控制高压注浆泵压力，喷至旋喷设计桩顶标高。
45.步骤四、钢管桩就位必须保持垂直，钢管桩轴线与旋喷桩同心同轴，保持同一垂直线上，不得偏压，压桩时套上钢桩帽再进行压桩；同时，最后一节钢管采用送装器控制桩顶标高。
46.对于步骤四中，旋喷钢管换桩顶部嵌入原基础1内，其中，旋喷桩有效桩径不小于600mm，浆液采用水泥净浆，水泥用量≥140kg/m，水灰比为0.7；旋喷桩设计参数，喷水压力≤3mpa；喷浆压力≥10mpa；气流压力≥0.7mpa；提升速度≤300mm/min；提升转速为18-20转/min；钢管桩按每节2.5m分段压入，钢管桩接头采用对接焊加管片焊。
47.对于步骤四中，钢管桩顶标高不得低于设计桩顶标高，钢管内水泥浆液应灌注至设计桩顶标高以上不少于200mm；待水泥浆硬化后，进行截桩头施工，将钢管桩桩头截至设计桩顶标高；钢管桩外部还设置有钢筋笼或竖向加强件，钢筋笼和竖向加强件顶部锚入加固承台6，或分别与加固承台6内筋5连接。
48.本实施例中，旋喷桩采用旋压一体机引孔，旋进孔采用三重管高压旋喷，旋喷桩有效桩径不小于600mm，旋喷后植入钢管。钢管外径245mm，钢管壁厚8mm，q345材质；有效桩长21m，以
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层细砂为持力层，单桩承载力特征值375kn，共24根。
49.本实施例中，钢管桩成孔注浆水泥浆初凝前，在桩头埋设钢筋笼，钢筋笼下部插入钢管桩1.5m，上部锚入加固承板不少于1.1m。
50.步骤五、待托换桩77检测完毕后进行封桩，而后在原基础11四周及竖向上间隔连接有基础植筋3、在原柱22四周和竖向上连接原柱植筋4，且对应原基础11设计加固承台66和加固承台内筋55；浇筑完成加固承台66和加固承台内筋55，对原基础11下部的土体9进行开挖，直至挖至拟建的基础底面10；
51.对于步骤五中，加固承台66和加固承台内筋55施工时，先将原基础11和原基础1柱2四周凿毛，并对称设置基础植筋3；其中加固承台内筋55至少包含有双层水平筋，且水平筋高度范围均与原基础1柱2连接。加固承台66的设计需满足抗弯、抗冲切、抗剪切要求；经计算，加固承台66板厚至1100-1300mm，混凝土设计强度为c30，双层双向配筋钢筋直径12mm，间距120mm，三级钢可满足设计要求。
52.本实施例中，原基础11与新增的加固承板的连接是保证旋喷钢管换桩7发挥作用的传力关键节点。本工程采用化学植筋的方式，实现原基础11与新增的加固承板的剪力和弯矩的传递。先对既有基础面层凿毛，然后钻孔、清孔后进行化学植筋、对基础面层进行清除并涂界面剂，基础钢筋绑扎完毕后、与钢管桩顶钢筋笼一起浇筑，该项目使用1年后，基础最大沉降约4mm、建筑最大倾斜率0.7
‰
，均满足设计要求。
53.步骤六、在拟建的基础底面10施工新垫层1315、新基础1214和新柱1113，其中新柱1113中轴线对应原柱22中轴线，托换桩77关于新基础12柱13对称设置；
54.步骤七、新柱1113顶部连接于原基础11底部，上部结构荷载通过原基础11传递入新柱1113，待新柱1113连接稳定后，荷载从托换桩77转移到新柱11上，再将加固承台66和托换桩77切除。
55.如图8和图9所示，原基础11包含原柱体2121和原柱钢筋2222，原柱体2121底部为凿毛部1517，以便于新柱1113连接；新柱1113还设置有新柱预留筋1416，以便于上部结构连接形成整体结构。
56.步骤八、上述施工流程应根据施工作业的分区逐步开展，并考虑工程结构与荷载的对称性，托换桩77施工作业面对称；在同一基础上一次只能施工一根桩，同一基础上相邻桩之间的施工时间间隔不少于1天，由此完成托换。
57.以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。