房屋建筑基础加固工程分析

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　　摘要：多层砌体房屋由于其各种优点普遍采用于各种民用建筑和公用建筑。但是砌体是一种脆性结构，变形能力很差，在不大的水平力作用下就会出现沿灰缝的斜向剪切裂缝，抗震能力很弱。本文结合工程实例，对砖混结构地基基础加固方法进行了分析，为抗震加固设计中的地基基础加固提供了借鉴。
　　关键词：地基基础；加固；裂缝
　　
　　我国现存的建筑结构,大部分未按照相关规范要求考虑抗震设防,其中包括大量的中小学教学楼等建筑物。依据国家相关规范和法规的要求,对于抗震能力不满足要求的建筑物,应先评估其抗震能力,包括对建筑物进行抗震验算和抗震构造措施的评定。根据抗震鉴定的结论和处理建议对结构进行加固处理,以保证该建筑在遭受该地区抗震设防烈度地震作用时,不会导致人员伤亡或重大经济损失。校舍安全直接关系到广大师生的生命安全，关系到社会的和谐稳定。在全国中小学校开展抗震加固，提高综合防灾能力建设，使中小学校舍达到重点设防类标准。一般来说，如果地基基础没有严重静载缺陷时，可以不加固。但在如下几种情况下，就要考虑原有建筑地基基础的加固。
　　1地基缺陷加固
　　房屋的全部荷载最终通过基础传给地基，而地基在荷载作用下，其应力是随深度而扩散，深度大，扩散愈大，应力愈小；在同一深处，也总是中间最大，向两端逐渐减小。也正是由于土壤这种应力的扩散作用，即使地基地层非常均匀，房屋地基应力分布仍然是不均匀的，从而使房屋地基产生不均匀沉降，即房屋中部沉降多，两端沉降少，形成微向下凹的盆状曲面的沉降分布。在地质较好、较均匀，且房屋的长高比不大的情况下，房屋地基不均匀沉降的差值是比较小的，一般对房屋的安全使用不会产生多大的影响。但当房屋修建在淤泥土质或软塑状态的粘性土上时，由于土的强度低、压缩性大，房屋的绝对沉降量和相对不均匀沉降量都可能比较大。如果房屋设计的长高比较大，整体刚度差，而对地基又末进行加固处理，那么墙体就可能出现严重的裂缝。裂缝对称的发生在纵墙的两端，向沉降较大的方向倾斜，沿着门窗洞口约成45。呈正八字形，且房屋的上部裂缝小，下部裂缝大。这种裂缝，必然是地基附加应力作用使地基产生不均匀沉降而形成的。
　　当房屋地基土层分布不均匀，土质差别较大时，则往往在不同土层的交接处或同一土层厚薄不一处出现较明显的不均匀沉降，造成墙体开裂，其裂缝上大下小，向土质较软或土层较厚的方向倾斜。在房屋高差较大或荷载差异较大的情况下，当未留设沉降缝时，也容易在高低和较重的交接部位产生较大的不均匀沉降裂缝。此时，裂缝位于层数低的荷载轻的部分，并向上朝着层数高的荷载重的部分倾斜。当房屋两端土质压缩性大，中部小时，沉降分布曲线将成凸形，此时，往往除了在纵墙两端出现向外倾斜裂缝外，也常在纵墙顶部出现竖向裂缝。 在多层房屋中，当底层窗台过宽时，也往往容易因荷载由窗间墙集中传递，使地基不均匀沉降，致使窗台在地基反力作用下产生反向弯曲，引起窗台中部的竖向裂缝。
　　此外，新建房屋的基础若位于原有房屋基础下，则要求新、旧基础底面的高差H与净距L的比值应小于0.5~1。否则，由于新建房屋的荷载作用使地基沉降而引起原有房屋、墙体裂缝。同理，在施工相邻的高层和低层房屋时，亦应本着先高、重，后低、轻的原则组织施工；否则，若先施工了低层房屋后再施工高层房屋，则也会造成低层房屋墙体的开裂。
　　从以上分析可知，裂缝的分布与墙体的长高比有密切关系，长高比大的房屋因刚度差，抵抗变形能力差，故容易出现裂缝；因纵墙的长高比大于横墙的长高比，所以大部分裂缝发生在纵墙上。裂缝的分布与地基沉降分布曲线密切有关，当沉降分布曲线为凹形时，裂缝较多的发生在房屋下部，裂缝宽度下大上小；当沉降分布曲线为凸形，裂缝较多的发生在房屋的上部，裂缝宽度上大下小。裂缝分布与墙体的受力特点密切有关，在门窗洞口处，平面转折处、层高变化处，由于应力集中，往往也就容易出现裂缝；又因墙体是受剪切破坏，其主拉应力为45。所以裂缝也成45倾斜。
　　2工程实例
　　2.1上部结构出现不均匀沉降裂缝
　　为了防止地基不均匀沉降引起墙体开裂，首先应处理好软土地基和不均匀地基，但在拟定地基加固和处理方案时，又应将地基处理和上部结构处理结合起来考虑使其能共同工作；不能单纯从地基处理出发，否则，不仅费用大；而效果亦差。在上部结构处理上有:改变建筑物体型；简化建筑物平面；合理设沉降缝；加强房屋整体刚度 (如增加横墙、增设圈梁、采用筏式基础、箱形基础等)；采用轻型结构、柔性结构等。
　　某砌体结构教学楼改造，总建筑面积约1500m2，采用3层砖混结构，建筑主体结构高度13.2m。建筑整体有20年历史，建筑物的沉降基本完成。检测鉴定部门出具的《安全性及抗震鉴定报告》指出“东端地基基础存在不均匀沉降现象，南立面外纵墙根部存在水平裂缝，建议对其进行加固”。并且，检测部门现场开挖后，发现局部基础有裂缝。
　　针对这一问题，我们可以采取“补强注浆”对基础进行加固，做法详见图1。浆液材料，对于砖基础可采用水泥浆，注浆压力可取0.1～0.3MPa；对于混凝土结构可采用环氧树脂，注浆压力可取0.4～0.6MPa。需要注意的是，如果浆液灌注困难，则可逐渐加大压力至0.6～0.8MPa。当浆液在10～15min内不再下沉则可停止注浆。此外，对独立基础每边钻孔不应少于2个；对条形基础应沿基础纵向分段施工，每段长度可取1.5～2.0m。通过上述操作，可解决建筑物基础不均匀沉降引起的基础裂损。
　　
　　
　　图1：基础补强注浆加固
　　2.2改变结构体系造成基础加固
　　某中学教学楼为三层单边走廊式砖混建筑，单边廊通过混凝土柱承重。单排柱和砌体混合承重造成结构不合理。为此，需通过在混凝土柱两侧增设砌体抗震墙来改变结构体系，以增强原建筑的整体抗震性能。原混凝土柱两侧增加的抗震墙荷载直接压在了柱下独立基础上。经验算，原地基承载力不满足设计要求，需采用混凝土套加宽混凝土基础底面积，做法详见图2。另外，若原建筑基础形式为墙下砖砌条形基础时，也可用混凝土套进行加宽，以解决既有建筑物的地基承载力或基础底面积不满足设计要求，做法详见图3。
　　
　　
　　图2：混凝土套加宽混凝土条形基础
　　
　　
　　图3混凝土套加宽砖砌条形基础底面积
　　通过上述工程实例，我们总结出加大基础底面积的设计和施工应符合以下规定：当基础承受偏心受压时，可采用不对称加宽；当承受中心受压时，可采用对称加宽。在灌注混凝土前，应将原基础凿毛和刷洗干净后，铺一层高强度等级水泥浆或涂混凝土界面剂，以增加新老混凝土基础的粘结力。对加宽部分，地基上应铺设厚度和材料均与原基础垫层相同的夯实垫层。当采用混凝土套加固时，基础每边加宽的宽度及其外形尺寸，应符合国家现行标准《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）中有关无筋扩展基础台阶宽高比允许值的规定，并应沿基础高度间隔一定距离设置锚固钢筋。当采用钢筋混凝土套加固时，加宽部分的主筋应与原基础内的主筋焊接。对条形基础加宽时，应按长度1.5~2.0m划分成单独区段，分批、分段，间隔进行施工。
　　2.3增层引起的基础加固
　　某校教学楼原为二层框架结构，为满足新的使用要求，拟在原楼上接建第三层。经验算，原建筑柱下独立基础底板配筋面积不足。为解决这一问题，由于无法补筋，采用变柔性基础为刚性基础，即增加构造高度H0的方法进行补足，做法详见图4。另外，为了加强新旧混凝土的连接，接触面应先凿毛、刷浆，并植短筋连接，再浇筑混凝土。
　　
　　
　　图4：变柔性基础为刚性基础
　　3结束语
　　校舍的加固改造设计，应注重概念设计，加固方案应根据抗震鉴定结果经综合分析后确定，分别采用房屋整体加固、区段加固或构件加固，加强整体性、改善构件的受力状况、提高综合抗震能力。总之，通过上述各种方法可以解决中小学校舍由于增加荷载、纠倾、改建、增层或自然灾害的影响等需对地基和基础进行加固的问题。
　　注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开

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