有關建筑物增層改造技術研究現(xiàn)狀

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　　既有建筑增層改造的具體工藝即首先對既有建筑物的基礎進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)合形成擋土圍護結構，然后進行取士，在取土深度達到地下室底板標高時，澆筑地下室主體部分梁板等結構對圍護結構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手段

　　為了充分利用地下空間，國內外均出現(xiàn)了新地下增層的實例，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較遠的地方后建地下室。

　　將舊房地下室向四周擴建，一般只在舊房地下室的一邊或兩邊向外擴大。

　　后建防空洞式地下室。

　　在1日房地下室內增加夾層或設備層。

　　將原來基礎回填土部分改建為地下室。

　　增加比舊房基礎深和舊房一層平面相同的全地下室。

　　將舊房箱基向四周擴大。

　　在舊房大地下室中增設新地下室。

　　新房設計有意識的將基礎埋深加大，預備以后增建地下室。

　　二、基礎托換的發(fā)展

　　基礎托換是基礎處理工程中新興的一種技術方法，它的起源可以追溯到古代，但是，托換技術直到上世紀3O年代，興建美國紐約地鐵時才開始得到迅速發(fā)展。近年來．世界上大型深埋的結構和地鐵施工增多，尤其是古建筑的基礎加固數(shù)量增多，有時對建筑物的改造、增層和加大使用荷載時．都需要應用托換技術。因此，也推動了托換技術的發(fā)展。在戰(zhàn)后德國許多城市的擴建，特別是在地鐵建設中大量的用綜合托換技術，積累了豐富的經(jīng)驗，取得了顯著的成績，并將其編入了德國工業(yè)標準（DIN）中。國外最早的大型托換工程之一是英國的Winchester大教堂，在托換加固之前已連續(xù)下沉了9OO年。在二十世紀由一位潛水工在水下挖坑穿過粉士和泥炭達到礫石層，并用混凝土包填實進行托換。

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

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

　　三、基礎托換類型

　　基礎托換是補救性托換、維持性托換和預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行的地基加固或地基處理稱為補救性托換。凡是解決因新建筑物影響而對既有建筑物預先加固的托換稱為預防性托換。凡是在新建建筑物基礎上預先設計好可頂升裝置，以適應不允許出現(xiàn)的地基沉降差異采取的托換稱為維持性托換。

　　基礎托換的分類：

　　按照托換原理分類：補救性托換、預防性托換、維持性托換。

　　按照托換性質分：地基補強加固、基礎控沉、糾偏、建筑物增層，建筑物整體遷移、臨近深基坑開挖或地鐵線穿越加固。

　　按照時間分：臨時性托換和永久性托換。

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

　　主動托換和被動托換。

　　四、結構與基礎相互作用研究概況

　　上部建筑與地基基礎共同作用是一門新興的學科，它是隨著高層建筑的大量興起及計算機技術的迅速發(fā)展而產生的新科學。早在20世紀50年代工程界就開始注意到這個問題：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）相繼研究單獨基礎上多層框架結構的共同作用問題。進入60年代薩馬（H．Sommer）提出一個考慮上部結構剛度計算基礎沉降、接觸應力和彎矩的方法，隨著有限元和計算機的發(fā)展，申凱維茨（0．C．Zeinkeiweiez）和張佑啟（Y．K．Cheung）應用有限元研究地基基礎的共同作用，普奇米尼斯基（J．S．Przemieniecki）提出了子結構分析方法，為哈達?。∕．J．Haddadin）首次利用子結構分析的方法研究地基基礎與上部結構的共同作用打下基礎。克里斯琴（J．T．Chrlstian）在高層建筑的規(guī)劃與設計會議上闡述了高層建筑與地基基礎共同作用問題。此外，李和哈里申（I_K．and 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。

　　在印度召開了第一次“土與結構共同作用”的國際會議，其成果集中在該會議論文集里面。此后共同作用的課題越來越引起科研者的重視和關注：

　　第十、十一屆國際士力學及基礎工程會議（1981、和第三、四、五屆國際土質力學的數(shù)值方法會議、1982、1985）均有一個“土與結構共同作用”的討論組進行專門討論交流。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，極大的推動了士與上部結構共同工作的深入研究。普萊斯（Priee）1986年利用共同作用原理對一座1 l層建筑樁筏基礎做了嘗試設計，從使用情況來看達到了很好的效果。

　　在國內，二十世紀60年代初期對共同作用問題也做了一些研究．70年代我國高層建筑逐漸興起，促使了上部結構與地基基礎共同作用問題的理論研究。

　　在上海同濟大學召開的“高層建筑與地基基礎共同作用學術交流會”集中體現(xiàn)了我國在當時在共同作用問題上的成果。其中較為重要的有：同濟大學張問清等提出了擴大子結構法計算高層結構剮度，北京張國霞等、中國建筑科學研究院何頤華等、京工業(yè)大學葉于政等人相繼就共同作用作了理論和實踐的研究。

　　1986年、1990年我國第一、二、三屆巖土力學解析與數(shù)值方法會議和1983年、1987年、年我國第四、五、六屆土力學及基礎工程學術會議上均設有共同作用專題組進行討論。1993年召開的第一屆結構與介質相互作用學術會議使共同作用有巖土工程推廣到了其他的學科。1985年董建國等對共同作用原理在高層建筑地基基礎中的應用作了首次嘗試。趙錫宏等編著的<上海高層建筑樁筏與樁箱基礎設計理論）集中反映了二十世紀8O年代后期我國在共同作用理論方面的研究成果。此外，楊敏對上部結構與樁筏基礎的共同作用作了更深入的理論和試驗研究。1991年編寫的<建筑樁基技術規(guī)范》以及后來編寫的《地基基礎設計規(guī)范》都強調了考慮承臺、群樁、土之間的共同作用，規(guī)范了共同作用理論在設計中的應用。

　　雖然在上部結構與地基基礎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構、基礎和地基三者的因素太多，互相組合起來研究非常復雜，尤其是在既有建筑進行地下增層的施工和使用期間，地基變形的變化規(guī)律，荷載和結構體系以及結構剛度轉變，以及它們之間的相互影響，施工過程中地基附加沉降引起的上部結構內部荷載和應力重分布等問題的研究都還不完善，因此還有必要針對具體施工過程對上部結構和地基基礎的共同作用問題展開細致的研究。

　　五、結語

　　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、日本等國家相比，我國的既有建筑增層改造技術的總體水平還不高，缺少配套的設計施工規(guī)范、規(guī)程和質量驗收標準。并且從以往實現(xiàn)地下增層的方法來看，通過對原建筑基礎實施整體樁基托換后向下增設地下室的方法還處于空白階段。通過對原有建筑進行整體托換而實現(xiàn)地下增層的工程應用正處于起步階段，應用研究很少，因此新的技術手段的研究意義更加重大，將給地下空間的開發(fā)和既有建筑擴建改造提供一種新的途徑，應用前景非常廣闊。