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岩土研究院

既有建筑顶升纠倾

360 2022-02-14 15:48:50

以往倾斜建筑物的纠倾,基本上采用迫降法,即通过人为降低沉降较小处基础标高来达到纠倾目的。由于倾斜建筑往往伴随较大的沉降(大者超过1000pnwn).使底层标高过低.产生污水外排障碍和洪水、地表水倒灌等病害,迫降法不仅无法彻底消除这种病害,反而会再次降低其标高。为了克服迫降纠倾的不足,从1986年,在由福建省建科院阮蔚文等人主持下首先开发了建筑物顶升纠倾技术,取得成功。在工程中推广应用,在实践中不断的完善和提高,并在数十个工程中实践,顶升的最大建筑为 3000m²,最大顶升高度达2.4m,已形成-项适用于各种结构类型建筑的实用纠倾技术。20世纪 90年代初,广东、浙江等地也先后成功地开展了这方面的研究实践工作。

顶升纠倾的基本原理及适用范围

一、基本原理

顶升技术是通过钢筋混凝土或砌体的结构托换加固技术(或利用原结构),将建筑物的基础和上部结构沿某一特定的位置进行分离,采用钢筋混凝土进行加固、分段托换、形成全封闭的顶升托换梁(柱)体系,设置能支承整个建筑物的若干个支承点,通过这些支承点顶升设备的启动,使建筑物沿某一直线(点)作平面转动,即可使倾斜建筑物得到纠正。若大幅度调整各支承点的顶高量,即可提高建筑物的整体标高。

顶升纠倾过程是一种地基沉降差异快速逆补偿的过程,也是地基附加应力瞬时重新分布的过程,使原沉降较小处附加应力增加。实践证明,当地基土的固结度达 80%以上,地基沉降接近稳定时,可通过顶升纠倾来调整剩余不均匀沉降。

二、顶升纠倾的适用范围

(一)顶升纠倾适用的结构类型有∶砖混结构、钢筋混凝土框架结构、工业厂房以及整体性完好的混合建筑。

(二)适用于整体沉降及不均匀沉降较大,造成标高过低的建筑;不适用于采用迫降纠倾的各类倾斜建筑(包括桩基建筑)。 .

(三)对于新建工程设计时有预先设置可调措施的建筑,这类建筑预先设置好顶升梁及顶升洞,根据建筑使用情况出现的不均匀沉降或整体沉降,采用预先准备好的顶开系统,将建筑物恢复到原来的位置。

(四)适用于建筑本身功能改变需要顶升,,或者由于外界周边环境改变影响正常使用而需要顶升的建筑。

顶升纠倾设计和施工

一、设计前必须准备的资料及设计步骤

(一)既有建筑的勘察设计,施工检测资料。

(二)建筑物现状的测试、观察分析评价资料。

(三)确定顶升纠倾的可行性,适宜性。

(四)拟订顶升纠倾及地基加固方案。

(五)技术方案专家论证。

(六)进行顶升纠倾设计,并提出安全技术措施。

二、预升纠倾法

顶升纠倾法是根据以上基本原理,仅对沉降较大处顶升,而沉降较小处则仅作分离及同步转动。其目的是将已倾斜的建筑物纠正.该法适用于各类倾斜而标高不需要提高的建筑

物。

(一)顶升纠倾的结构设计

倾斜建筑物的纠倾是在顶托结构物的基础上进行的。要使整幢建筑物靠若干个简支点的支承完成平稳上升转动,除需要结构体的整体性比较好外,尚需要有一个与上部结构连成一体具有较大刚度及足够承载力的支承体系。

1.砌体结构建筑

砌体结构的荷载是通过砌体传递的,根据顶升的基本原理,顶升时砌体结构的受力特点相当于墙梁作用体系,由墙体与托换梁组成墙梁,其上部荷载主要通过墙梁下的支座传递。也可将托换梁上的墙体作为无限弹性地基,托换梁作为在支座反力作用下的反弹性地基梁。

(1)设计原则

因托换梁是为顶升专门设置的,因此在施工阶段应对托换梁按钢筋混凝土受弯构得进行正截面受弯和斜截面抗剪及托换梁支座上原砌体的局部承压进行验算。

(2〉设计跨度

一般根据墙体的总延长米及千斤顶工作荷载进行分配得出平均支承点设计跨度,计算是按相邻三个支承点的距离之和作为设计跨度;进行托换设计。

(3)当原墙体强度(承载力)验算不能满足要求时,设计跨度应该调整或对原砌体进行加固补强。

2.框架结构建筑

框架结构荷载是通过框架柱传递的,顶升时上升力应作用于框架柱下;但是要使框架柱能够得到托换,必须增设一个能支承框架柱的结构体系,因此托换梁(柱)体系必须按后增牛膨来设计,为减少框架柱间的变位,增加连系梁,利用增设的牛腿作为托换过程,顶升过程及顶升后柱连接的承托支座。

(1)首先对原结构进行内力计算,包括剪力、轴力、弯矩。

因为原框架结构其上部结构本身属一整体的超静定结构,其柱脚为固端(如图7-1)而柱托换施工以后顶升时的框架柱脚却为自由端(如图7-2),因此计算的结果与原结构内力结果有一定的改变,为了解除内力改变对结构变形的影响,托换前增设连系梁相互拉接,解除了柱脚的变位问题。

(2)牛腿是后浇牛腿,存在着新旧混凝土的连接问题,钢筋的在置处理上也应考虑这一点。

(3)设计时应考虑正截面受弯承载力,局部抗压强度及周边的抗剪强度。

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(二)顶升纠倾的施工平面设计

1.砌体结构建筑

砌体结构建筑的施工平面设计;包括托换梁的分段施工程序及千斤顶位置的平面布置。

(1)托换梁的分段施工

墙砌体按平面应力问题考虑,具有拱轴传力的作用.一般在墙体内打一定距离的洞,并不影响结构的安全,为了保证托换时的绝对安全,在托换梁施工段内设置若干个支承芯垫(图7-3)。

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分段施工应保证每墙段至少分三次,每次间隔时间要等托换梁混凝土强度达到 50%后方可进行临近段的施工,临近段的施工应满足新旧混凝土的连接及钢筋的搭焊要求(图 7-4)。

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对门位、窗位同样按连续梁筑成封闭的梁系,同样应考虑节点及转角的构遣处理。

(2)千斤顶的设置

顶升点的设置一般根据建筑物的结构形式 、荷载及起重器具和工作荷载来确定。同时考虑结构顶升的受力点进行调整,避开窗洞、门洞等受力薄弱位置【图7-5,7-6(a)(b)。

2.框架结构建筑

框架结构建筑托换施工设计包括托换牛腿的施工程序及千斤顶的设置。

(1)托换牛腿的分段施工

钢筋混凝土柱在各种荷载组合的情况下,应具有—定的安全度,当削除某钢筋保护层后尚能保证其安全。但为了确保安全施工,应控制各柱位相间进行,邻柱不同时施工,必要时

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应采取临时加固措施(如支撑等》,同时一旦施工开始就要连续进行浇筑混凝土。

(2)千斤顶的设置

千斤顶的设置一般根据结构荷载及千斤顶的工作荷载来确定,同时考虑牛腿受力的对称性(图7-7)。

(三)顶升量的确定一般顶升量应包括三个内容∶

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(五)顶升纠倾法的施工1.施工机具

(I)托换;托换常用的方法有三种∶一是人工开凿法,二是冲击钻钻邮票孔后人工开凿、三是用混凝土切割锯开槽段。三种施工方法各具优越性。混凝土切割锯机械化程度高,施工比较文明,对原墙体的损伤较小.但机械费用较高。福建省建科院从美国引进一套ISC合金钢混凝土切割锯,在砌体结构托换中使用良好,用人工开凿噪声较大。

(2)千斤顶;千斤顶有手动(骡旋式及油压式)及机械油泵带动两种,采用人工操作的千斤顶顶升时需要大量的操作工,操作过程中会出现不均匀性,但其成本低,采用高压泵站控制的液压千斤顶机械化程度高,但成本费用较高,可用的干斤顶有∶

300-500kN工作荷载手动螺旋千斤顶

300~320kN 工作荷载手动油压千斤顶

高压泊泵—液压千斤顶系统,这系统要经过专门设计,特殊制造,一个高压油泵站同时带动多台千斤顶。目前福建省建科院采用的有4台泵站,每台泵站可以带动10台千斤顶组成 40套的连动液压子斤顶系统。高压泵站的最大压力 70MIPa,千斤顶的工作荷载 500k小。

(3)顶升量的测控设备

顶升量一般都比较大,整个过程最大达1.5m,当使用小量程计量时,调整次数过多、反而影响精度,因此顶升过程量的控制,通常选择指针标尺控制及电阻应变滑线位移计控制两种,后者累计误差±1mm,前者误差大一些,但完全可以满足顶升频率的要求。

(4)其他土建施工必备的工具。

(5)承托件、垫块∶千斤顶顶升到一定位置后,要更换行程,这时就需要有足够的承受压力的稳固铁块作为增加高度的支承体.一般采用混凝土芯外包钢板盒的专用承托垫块,这些垫块要求要有各科规格以适应不同行程的需要,同时要制一些楔形块,以备顶升后的空隙使用。

2.托换施工

托换梁的施工应按设计要求的顺序及几何尺寸进行,施工中的钢筋混凝土施工尚应按照《混凝土结构工程施工及验收规范》GB 50204—92 及相应的规程标准进行施工及质量控制,托换梁的施工要采取一定措施以保证混凝土与下部墙体的隔离。

3.千斤顶的设置

千斤顶按设计位置设置,个别的可按现场实际情况作调整,亿必须经设计同意.为了确保每个千斤顶位置顶升梁及底垫的安全可靠,顶升前应进行不少于 10%的抽检,抽查加荷值应为设计荷载的两倍。

4.顶升实施

在托换梁、千斤顶、底垫等都达到要求后,即可进入顶升实施。顶升的实施要有统一指挥,同时配有一定数量的监督人员,操作人员应主要由经过训练过的,要有纪律有组织,服从指挥,因此福建省建科院大多邀请当地工程兵等支持帮助参加实际顶升操作。这样就能保证施工的顺利。对较小的建筑物在高压泵站系统足够情况下,可采用全液压控制。也可以采用液压系统及人工操作相结合进行。

千斤顶行程的更换必须间隔进行、更换时两侧应用三角垫进行临时支顶。

顶升完毕后、紧接着砌体充填,要求填充密实,特别是与托换梁的连接处要求堵塞紧密。而后间隔拆除千斤顶。千斤顶的拆除必须待连接砌体达到一定强度后方可进行。拆除后的千斤顶洞位,根据原砌体的强度等级,采用砌体堵筑或采用钢筋混凝土堵筑。全部千斤顶拆除完后即可进行全面的修复工作,包括墙体、地面等。三、整体顶升法

整体顶升法是根据顶升技术原理,将整幢建筑物按要求整体抬升到一定标高。它可提高底层地面标高,也可以根据需要通过在底部抬升足够高度后加层。但它至少必须进行两道施工。第一道的设计、施工与顶升纠倾法相同,只需考虑增层后的结构需要,而第二道工序必需增加;

(一)千斤顶底座的处理

当顶升到一定高度后,千斤顶底座垫高,这时建筑物的稳定性降低,要继续顶升已有危险,则应该对千斤顶底垫进行逐个处理。处理的方法一般是间隔浇筑早强混凝土底座,加适量的构造配筋,将底座升高到初始顶升位置(图 7-8}。

(二)顶升操作台

顶升到一定高度后,顶升操作已经很困难,因此,要搭架做操作平台。

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(三)新增加的底层墙体要能承受整幢建筑物的荷载,因此除保证墙体的强度外,尚应对每个节点加设与基础连接的构造柱(框架柱需按新的轴力、弯矩复核其断面)。利用托换梁作为原一层底(新一层顶)的圈梁,对门洞尚应另作加强处理,楼板采用预制板如整浇层或采用现浇处理均可。

各项处理均应满足现行规范的要求,不应降低原建筑物的安全度。