建筑物增層改造技術(shù)研究現(xiàn)狀

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　　近年建筑物的增層改造技術(shù)得到了迅速發(fā)展，比較常見(jiàn)的有：磚混房屋直接增層方案、多層內(nèi)框架結(jié)構(gòu)房屋直接增層方案、多層全框架結(jié)構(gòu)房屋直接增層方案、底層全框架結(jié)構(gòu)房屋直接增層方案、外套結(jié)構(gòu)增層方案、外擴(kuò)連接式或內(nèi)設(shè)剪力墻方案、架設(shè)內(nèi)柱式外套框架增層方案等。

　　既有建筑增層改造的具體工藝即首先對(duì)既有建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)行整體樁式托換處理，然后在邊樁中間順次向下施工地下連續(xù)墻與托換邊樁聯(lián)合形成擋土圍護(hù)結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行取士，在取土深度達(dá)到地下室底板標(biāo)高時(shí)，澆筑地下室主體部分梁板等結(jié)構(gòu)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成可靠的支撐體系。依次向下施工直到增層地下室底層底板，增層改造完畢。

　　一、建筑增層改造的主要技術(shù)手段

　　為了充分利用地下空間，國(guó)內(nèi)外均出現(xiàn)了新地下增層的實(shí)例，主要有以下幾種形式：

　　新增局部地下室．一般是單層空曠房屋的中部離舊房基礎(chǔ)較遠(yuǎn)的地方后建地下室。

　　將舊房地下室向四周擴(kuò)建，一般只在舊房地下室的一邊或兩邊向外擴(kuò)大。

　　后建防空洞式地下室。

　　在1日房地下室內(nèi)增加夾層或設(shè)備層。

　　將原來(lái)基礎(chǔ)回填土部分改建為地下室。

　　增加比舊房基礎(chǔ)深和舊房一層平面相同的全地下室。

　　將舊房箱基向四周擴(kuò)大。

　　在舊房大地下室中增設(shè)新地下室。

　　新房設(shè)計(jì)有意識(shí)的將基礎(chǔ)埋深加大，預(yù)備以后增建地下室。

　　二、基礎(chǔ)托換的發(fā)展

　　基礎(chǔ)托換是基礎(chǔ)處理工程中新興的一種技術(shù)方法，它的起源可以追溯到古代，但是，托換技術(shù)直到上世紀(jì)3O年代，興建美國(guó)紐約地鐵時(shí)才開(kāi)始得到迅速發(fā)展。近年來(lái)．世界上大型深埋的結(jié)構(gòu)和地鐵施工增多，尤其是古建筑的基礎(chǔ)加固數(shù)量增多，有時(shí)對(duì)建筑物的改造、增層和加大使用荷載時(shí)．都需要應(yīng)用托換技術(shù)。因此，也推動(dòng)了托換技術(shù)的發(fā)展。在戰(zhàn)后德國(guó)許多城市的擴(kuò)建，特別是在地鐵建設(shè)中大量的用綜合托換技術(shù)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了顯著的成績(jī)，并將其編入了德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DIN）中。國(guó)外最早的大型托換工程之一是英國(guó)的Winchester大教堂，在托換加固之前已連續(xù)下沉了9OO年。在二十世紀(jì)由一位潛水工在水下挖坑穿過(guò)粉士和泥炭達(dá)到礫石層，并用混凝土包填實(shí)進(jìn)行托換。

　　我國(guó)的托換技術(shù)及應(yīng)用數(shù)量和規(guī)模隨著建設(shè)的不斷發(fā)展也在增長(zhǎng)。應(yīng)用如錨樁加壓糾偏、錨桿靜壓樁、基礎(chǔ)加強(qiáng)剛度法、千斤頂整體頂升、基礎(chǔ)整體移位、樁式托換等多種托換方法，都有很多創(chuàng)新和特色。

　　孫海（2001）等首次提出了預(yù)應(yīng)力平衡托換的定義．并分析了影響托換效果的一些因素并同時(shí)提出了一些參數(shù)的確定方法。

　　三、基礎(chǔ)托換類型

　　基礎(chǔ)托換是補(bǔ)救性托換、維持性托換和預(yù)防性托換三種托換形式的總稱。凡是解決既有建筑物地基承載力不足和變形要求而進(jìn)行的地基加固或地基處理稱為補(bǔ)救性托換。凡是解決因新建筑物影響而對(duì)既有建筑物預(yù)先加固的托換稱為預(yù)防性托換。凡是在新建建筑物基礎(chǔ)上預(yù)先設(shè)計(jì)好可頂升裝置，以適應(yīng)不允許出現(xiàn)的地基沉降差異采取的托換稱為維持性托換。

　　基礎(chǔ)托換的分類：

　　按照托換原理分類：補(bǔ)救性托換、預(yù)防性托換、維持性托換。

　　按照托換性質(zhì)分：地基補(bǔ)強(qiáng)加固、基礎(chǔ)控沉、糾偏、建筑物增層，建筑物整體遷移、臨近深基坑開(kāi)挖或地鐵線穿越加固。

　　按照時(shí)間分：臨時(shí)性托換和永久性托換。

　　按照托換手段分類：基礎(chǔ)加寬、加深、樁式托換靜壓樁、打人樁，灌注樁、灰土樁、樹(shù)根樁、灌漿托換水泥灌漿、高壓旋噴灌漿）、基礎(chǔ)減壓、糾偏托換（加壓、掏土、降水、浸水、頂升）。

　　主動(dòng)托換和被動(dòng)托換。

　　四、結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)相互作用研究概況

　　上部建筑與地基基礎(chǔ)共同作用是一門(mén)新興的學(xué)科，它是隨著高層建筑的大量興起及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展而產(chǎn)生的新科學(xué)。早在20世紀(jì)50年代工程界就開(kāi)始注意到這個(gè)問(wèn)題：梅椰霍夫（G．G．Meyerhof）提出估算框架等效剛度的公式以考慮共同作用。爾后，岑米斯基（S：Chamee~）和格羅斯霍夫（H．Grosshof）相繼研究單獨(dú)基礎(chǔ)上多層框架結(jié)構(gòu)的共同作用問(wèn)題。進(jìn)入60年代薩馬（H．Sommer）提出一個(gè)考慮上部結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算基礎(chǔ)沉降、接觸應(yīng)力和彎矩的方法，隨著有限元和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，申凱維茨（0．C．Zeinkeiweiez）和張佑啟（Y．K．Cheung）應(yīng)用有限元研究地基基礎(chǔ)的共同作用，普奇米尼斯基（J．S．Przemieniecki）提出了子結(jié)構(gòu)分析方法，為哈達(dá)?。∕．J．Haddadin）首次利用子結(jié)構(gòu)分析的方法研究地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的共同作用打下基礎(chǔ)?？死锼骨伲↗．T．Chrlstian）在高層建筑的規(guī)劃與設(shè)計(jì)會(huì)議上闡述了高層建筑與地基基礎(chǔ)共同作用問(wèn)題。此外，李和哈里申（I_K．a(chǎn)nd H．B．Harrison），海恩和李（sj．Hain and LK．Lee），蘭娜斯和伍德（wJ．．Wood），胡頗（J．A．Hooper），金和錢(qián)德拉斯基（GJ．W．King and V．S．Chandreskam）瓦杜和弗拉斯（L．J．Wardle and R．A．Frazer）等都在該課題有了一些成果。

　　在印度召開(kāi)了第一次“土與結(jié)構(gòu)共同作用”的國(guó)際會(huì)議，其成果集中在該會(huì)議論文集里面。此后共同作用的課題越來(lái)越引起科研者的重視和關(guān)注：

　　第十、十一屆國(guó)際士力學(xué)及基礎(chǔ)工程會(huì)議（1981、和第三、四、五屆國(guó)際土質(zhì)力學(xué)的數(shù)值方法會(huì)議、1982、1985）均有一個(gè)“土與結(jié)構(gòu)共同作用”的討論組進(jìn)行專門(mén)討論交流。普羅斯（H．G．Pouhs）利用明德林（R．D．Mindlin）公式提出了樁與地基共同作用的彈性理論法，極大的推動(dòng)了士與上部結(jié)構(gòu)共同工作的深入研究。普萊斯（Priee）1986年利用共同作用原理對(duì)一座1 l層建筑樁筏基礎(chǔ)做了嘗試設(shè)計(jì)，從使用情況來(lái)看達(dá)到了很好的效果。

　　在國(guó)內(nèi)，二十世紀(jì)60年代初期對(duì)共同作用問(wèn)題也做了一些研究．70年代我國(guó)高層建筑逐漸興起，促使了上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用問(wèn)題的理論研究。

　　在上海同濟(jì)大學(xué)召開(kāi)的“高層建筑與地基基礎(chǔ)共同作用學(xué)術(shù)交流會(huì)”集中體現(xiàn)了我國(guó)在當(dāng)時(shí)在共同作用問(wèn)題上的成果。其中較為重要的有：同濟(jì)大學(xué)張問(wèn)清等提出了擴(kuò)大子結(jié)構(gòu)法計(jì)算高層結(jié)構(gòu)剮度，北京張國(guó)霞等、中國(guó)建筑科學(xué)研究院何頤華等、京工業(yè)大學(xué)葉于政等人相繼就共同作用作了理論和實(shí)踐的研究。

　　1986年、1990年我國(guó)第一、二、三屆巖土力學(xué)解析與數(shù)值方法會(huì)議和1983年、1987年、年我國(guó)第四、五、六屆土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)會(huì)議上均設(shè)有共同作用專題組進(jìn)行討論。1993年召開(kāi)的第一屆結(jié)構(gòu)與介質(zhì)相互作用學(xué)術(shù)會(huì)議使共同作用有巖土工程推廣到了其他的學(xué)科。1985年董建國(guó)等對(duì)共同作用原理在高層建筑地基基礎(chǔ)中的應(yīng)用作了首次嘗試。趙錫宏等編著的<上海高層建筑樁筏與樁箱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論）集中反映了二十世紀(jì)8O年代后期我國(guó)在共同作用理論方面的研究成果。此外，楊敏對(duì)上部結(jié)構(gòu)與樁筏基礎(chǔ)的共同作用作了更深入的理論和試驗(yàn)研究。1991年編寫(xiě)的<建筑樁基技術(shù)規(guī)范》以及后來(lái)編寫(xiě)的《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》都強(qiáng)調(diào)了考慮承臺(tái)、群樁、土之間的共同作用，規(guī)范了共同作用理論在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

　　雖然在上部結(jié)構(gòu)與地基基礎(chǔ)共同作用的研究上取得了許多的成果．可由于涉及到上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基三者的因素太多，互相組合起來(lái)研究非常復(fù)雜，尤其是在既有建筑進(jìn)行地下增層的施工和使用期間，地基變形的變化規(guī)律，荷載和結(jié)構(gòu)體系以及結(jié)構(gòu)剛度轉(zhuǎn)變，以及它們之間的相互影響，施工過(guò)程中地基附加沉降引起的上部結(jié)構(gòu)內(nèi)部荷載和應(yīng)力重分布等問(wèn)題的研究都還不完善，因此還有必要針對(duì)具體施工過(guò)程對(duì)上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)的共同作用問(wèn)題展開(kāi)細(xì)致的研究。

　　五、結(jié)語(yǔ)

　　盡管在建筑增層改造的研究方面取得了一些成就，但與美國(guó)、日本等國(guó)家相比，我國(guó)的既有建筑增層改造技術(shù)的總體水平還不高，缺少配套的設(shè)計(jì)施工規(guī)范、規(guī)程和質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。并且從以往實(shí)現(xiàn)地下增層的方法來(lái)看，通過(guò)對(duì)原建筑基礎(chǔ)實(shí)施整體樁基托換后向下增設(shè)地下室的方法還處于空白階段。通過(guò)對(duì)原有建筑進(jìn)行整體托換而實(shí)現(xiàn)地下增層的工程應(yīng)用正處于起步階段，應(yīng)用研究很少，因此新的技術(shù)手段的研究意義更加重大，將給地下空間的開(kāi)發(fā)和既有建筑擴(kuò)建改造提供一種新的途徑，應(yīng)用前景非常廣闊。