对柱下条基既有建筑增设地下室设计方案的探讨

对柱下条基既有建筑增设地下室设计方案的探讨

余金富王沛彦

浙江省水利水电勘测设计院浙江杭州310002

摘要：以业务设计用房地下室增设工程为论文写作背景，对该柱下条基且基础下部经过地基处理后的既有建筑增设地下室可行性进行分析研究，并对扩建增设地下室的施工流程做了具体的分析，结合锚杆静压桩计算、施工、监测及可能出现的问题提出相应的技术措施。通过分析锚杆静压桩技术在既有建筑增设地下室相比其他基础处理有优势，若这次能在柱下条基建筑物能成功应用，这对今后类似的地下室空间的二次开发具有重要意义。

关键词：既有建筑；地下室；锚杆静压桩；柱下条基

Abstract:Inthispaper,theconstructionofthebasementofthebusinessdesignspaceisusedasthebackgroundofthepaper,andthefeasibilityofthebasementoftheexistingbuildingunderthefoundationofthefoundationandthefoundationofthefoundationisanalyzedandstudied.TheconstructionprocessofthebasementisexpandedConcreteanalysis,combinedwiththeanchorstaticpilecalculation,construction;monitoringandpossibleproblemsputforwardthecorrespondingtechnicalmeasures.Byanalyzingtheanchorstaticpressurepiletechnologyintheexistingbuildingadditionalbasementcomparedtootherbasictreatmenthastheadvantage,ifthistimeinthecolumnunderthebasebuildingcanbesuccessfullyapplied,whichissimilartothefuturedevelopmentofthesecondbasementspaceisimportantsignificance.

Keywords:bothbuildings;basement;anchorstaticpressurepile;columnunderthebase

引言

随着汽车保有量的增加，停车难问题逐渐突出，一些即有的多层框架结构，有些原设计中没有地下停车库，对这些荷载不大的多层框架结构进行改造，增设地下室解决停车难问题，具有重要的意义，基于这样的背景，提出本项目的探讨。

本项目主要研究荷载不大的多层建筑为主，基础形式一般为桩基础或柱下独基。前期进行相关资料的收集、实际案例及基础加固技术措施等调查分析。选定合适的项目，首先对上部建筑建立结构模型进行精确计算分析，确定上部建筑荷载。依据建筑的合理布局，结构专业解决因开挖地下室导致的基础承载力不足问题。水电暖等专业解决设备管线问题。还应充分考虑上部建筑变形问题、增设地下室对周边环境的影响性分析等等。通过调查研究及详细完整的设计分析，形成详细的设计文件，为以后相类似的项目提供技术支持，最终达到在实际项目中的应用与推广。

1.工程概况

本工程位于浙江省杭州市上城区，工程名称为业务设计用房，与相邻新建的1号综合大楼带一层地下室的建筑相邻10米左右；结构设计1991年5月，抗震设防烈度为6度，四级抗震。上部结构：一、结构类型采用现浇钢筋混凝土框架结构，局部舍友抗震构造剪力墙；二、楼面结构：1、首层为现浇钢筋混凝土有柱帽无梁楼盖，板厚220；2、二层为现浇钢筋混凝土楼板，板厚为160；3、三~八层为现浇钢筋混凝土楼盖，板厚160；三、屋面结构：为现浇钢筋混凝土楼盖厚度160。四、架空层~四层现浇结构均采用C30混凝土，四层以上均采用C25钢筋混凝土，钢筋采用HPB235和HRB335两种型号钢筋。本工程主楼采用柱下条基，条基以下部分采用直径φ377无桩靴夯扩桩，设计参数为夯扩投料H=2.5m,拔管h=1.0m,c=0.2m,设计单桩容许承载力为420KN，桩身插筋采用6φ12，长3米，总桩数377根，以第Ⅱ2层粉细沙作为持力层。

2.施工难点

由于柱下条基导致基础开挖比较困难，基础受力情况也比较复杂，且在原有基础以下部分还有无桩靴夯扩桩，基本属于满堂布置更是增加改建难度。由于柱随楼面结构分段逆作施工，柱钢筋预埋的工作量比较大，受施工顺序变化的影响，柱子混凝土将会自上而下一次浇筑，并在上层楼面结构的底部形成一个逆向接头，并保证该接头与原有柱子钢筋有着良好的竖向连接，同时要考虑施工支模的可操作性及为混凝土浇筑施工提供足够的操作空间。

因接头在上部结构的底部，接缝处混凝土凿毛及下部混凝土将无足够的操作空间。又由于本次柱下基础为柱下条基且经过地基处理采用的无桩靴夯扩桩，故施工前要对原柱下基础运用基础托换技术提出更高的要求，来实现既有建筑地下室的增设。

3.施工方案的选择

借鉴高层地下室逆做法施工的实际情况和设计工况的要求，经过小组讨论对原有架空层的柱子采用逐层分布施工，具体操作实施步骤如下：首先对原有建筑物上部荷载进行复核，并考虑增设地下室后所增加的地下室顶板、墙体等荷载。

其次搜集原有建筑基础地勘报告数据，对基础形式进行更换，采用何种托换技术是关键。基础托换技术借鉴北京市音乐堂改建工程，通过人工挖孔桩加承台梁的“两桩托一柱”的施工方案，首次将桩基托换技术应用到既有建筑物增设地下空间工程，成功地将既有建筑新增了一层6.5m高的地下室。王雅斋等依此编写了《整体基础托换与地下室加层施工工法》。该案例说明基础托换技术是可行的，但考虑到杭州为沿海地区，一般地下水位较高，采用人工挖孔桩时的降水施工很容易导致上部结构产生不均匀沉降；托换大梁还占用地下室的净空。在原有建筑物下采用钻孔灌注桩进行基础托换更是不现实，考虑到原有钻机设备需要的作业空间。

综上分析之后，也借鉴一些运用锚杆静压桩技术进行既有建筑物地基加固和纠偏已有大量的成功经验，证明了锚杆静压桩在地下托换工程中的安全，可靠性。锚杆静压桩施工方法简单，不需要降水和人工挖孔，也不需要大型施工机械，对上部结构的沉降控制比较好。本工程借鉴一些类似工程的经验，为了实现对上部建筑实施托换和有效的控制既有结构和基础的变形最后选择采用此锚杆静压桩托换技术。锚杆静压桩是锚杆和静力压桩结合形成的一种桩基施工工艺。它通过在基础上埋设锚杆固定压桩架，以建筑物所能发挥的自重荷载为桩反力，用千斤顶将桩段从基础中预留或开凿的压桩孔内逐段压入土中，然后将桩与基础连接在一起，从而达到提高地基承载力和控制沉降的目的。锚杆静压桩施工工艺具有无震动、无噪音、无污染等优点，可以在最大限度的减少对既有建筑物中人们生活的影响。预制的混凝土桩可分段压入，可不受既有建筑物高度的限制。压桩可利用建筑物自身作为反力，同时，建筑物也可以利用压桩的阻力作为上部荷载的支撑力，实现上部结构的临时托换，以完成既有建筑增设地下空间的目的。最后在最下层地下室地板封桩后，可将外露的桩截除，让地下室有更大的空间。

4.锚杆静压桩的设计

锚杆静压桩的设计：在既有结构地下室增设工程中，锚杆静压桩必须考虑施工队桩基承载力产生的影响，其单桩承载力为,

(l-liw)，桩身屈服计算长度Lc是根据桩顶约束情况和桩身露出地面的自由长度、桩的入土长度、桩侧和桩底的土质条件依据《建筑桩基技术规范》中的公式计算确定。桩的受压稳定系数φ可根据桩身计算长度Lc和桩的直径d查表求出。锚杆静压桩桩身承载力为R2=φ（fc+fyAs）,同时考虑到施工基础下土体的开挖对桩基承载力的影响，可得锚杆静压桩的单桩承载力计算公式为R=min[qpaAp+(l-liw),φ（fc+fyAs）],根据上式可得框架柱下桩基根数布置公式为n=F/R.

5.承台设计计算

锚杆静压完成后，随原基础下部土的开挖，柱下条基的受力情况会发生变化，对原有基础有发生不均匀沉降的可能性。目前桩基-承台冲切计算模型主要有弯曲承载力方法和塑性方法、桁架模型方法、断裂力学方法等。理论分析和试验研究表明：桩基-承台的传力基理符合空间桁架模式，并分别得出以下计算公式：

；(T为承台底部钢筋所受的拉力KN)

6.锚杆静压桩的施工

锚杆静压桩施工工序为：○1拆除原有一层或架空层的填充墙体→○2开挖原有基础底面以上的土体→○3确定桩位→○4钻孔→○5种植钢筋→○6清理桩孔→○7安装机架→○8吊桩→○9送桩→○10压桩→○11快速封桩→○12现有基础除加固增设承台。由于可能会存在一些较硬的土层使得压桩过程不是很顺利，此时为保证工程质量，减少沉降可采取一些临时措施如泥浆护壁工法。引孔采用φ150的三叶钻头机械引孔，加以泥浆护壁，引孔深度为设计要求的桩入土深度的2/3，引孔要求钻杆在桩位居中且垂直，引孔过程中采用陶土护壁，防止踏孔。最后在该柱底部浇筑承台。既有结构沉降的控制措施：1、快速封桩；2、优化压桩施工；3、后注浆；4、安装沉降监理检测。

7、原基础开挖

基坑开挖过程既是锚杆静压桩托换过程。为了控制上部结构的不均匀沉降，开挖工序应按分层、分块、对称、先外后内的开挖方式，开挖至设计标高后基础底板按筏板基础浇筑地下室底板，在原有柱下结合已经入土的锚杆桩增设承台，承台顶面与地下室顶板同标高。

8、锚杆静压桩的整体加固

基坑开挖使得锚杆静压桩产生临空，桩基友发生屈服破坏的可能性。为防止发生该情况的发生，采用角钢+缀板格构钢连梁对锚杆桩进行整体稳定性加固。

最后结论：通过以上步骤和分析，并对可能出现问题所提出的解决方案，并吸取类似工程增设地下室的经验，对本工程实施上述设计方案是可行的，下一步对工程实施情况进行详细记录为今后类似工程提供依据。

参考文献

[1]建筑地基基础设计规范GB5007-2011.

[2]建筑桩基技术规范JGJ94-2008.

[3]贾强，应惠清，张鑫锚杆静压桩技术在既有建筑物增设地下空间中的应用.岩土力学1000-7598（2009）07-2053-06.

[4]文颖文，胡明亮，韩顺有，刘松玉，既有建筑地下室增设中锚杆静压桩技术应用研究.岩土工程学报2013年10.

[5]黄生根，曹辉逆做法刚性桩复核地基的作用原理与应用研究岩土力学100-7598-（2005）08-1238-05.

作者简介

余金富（1985-），籍贯浙江遂昌，男，工程师，主要从事结构设计工作。

王沛彦（1989-），籍贯浙江金华，女，助理工程师，主要从事结构设计工作。