连载丨采用自动化加载系统进行地基基础加固技术（2）

3 自动化加载技术

原有砖砌外墙的基础为条形基础，新增钢框架柱采用锚杆桩基础。由于外围护墙为承重墙，其条形基础会产生一定的沉降。新增锚杆桩基础承受上部结构不断增加的竖向荷载，会产生较大的沉降。因此，新增锚杆桩基础与原条形基础产生较大的沉降差，致使上部结构可能出现裂缝、倾斜等不安全问题。项目采用新增锚杆桩基础与原有基础沉降保持一致的控制装置，可以有效解决新增基础与原有基础的沉降差问题。具体的工作过程如下。

（1）根据新增锚杆桩基础承台垫层底标高、新增承台的宽度和高度确定外围护墙切割区域即墙体托换区域，可以按照200 mm与300 mm的间距静力开孔。切割区域高度为新增杯口基础的上边缘至新增锚杆桩基础承台的垫层底边缘，切割区域的长度为新增锚杆桩基础承台沿原外围护墙体方向的宽度。墙体切割前，在切割区域上方布置监测系统，对切割施工过程中的垂直位移及应变进行实时监测。

（2）采用自锁式机械千斤顶托换切割后的墙体进行，墙体托换过程如图6所示，墙体托换平面布置如图7所示。

图6 墙体托换过程

图7 墙体托换平面布置示意

采用监测系统对托换墙体的应变及垂直位移进行实时监测，实时调整千斤顶力值，保证结构整体安全。重复此步骤，直至完成切割区域墙体的托换施工。

（3）对锚杆桩基础和新增杯口基础进行施工，新增锚杆桩的布置如图8所示。新增箱形钢柱与新增锚杆桩基础通过连接栓钉和承台内的预埋件进行可靠连接。

图8 新增锚杆桩布置示意

（4）在新增钢柱上布置新增钢柱垂直位移监测装置和新增钢柱应变监测装置，将墙体垂直位移监测装置、新增钢柱垂直位移监测装置和新增钢柱应变监泵连接，油泵与自动化加载系统连接。将墙体垂直位移监测装置、新增钢柱垂直位移监测装置和新增钢柱应变监测装置的实时监测数据输入自动化加载系统进行分析。确定油泵的加载力值，发送指令至油泵进行加载，自动化加载系统通过油泵进行新增锚杆桩加载力值实时自动调整，保持新增锚杆桩基础标高不变如图9所示。

图9 自动化加载系统

自动化加载系统工作过程如下：根据墙体垂直位移监测装置测得的墙体垂直位移∆1及新增钢柱垂直位移监测装置测得的钢柱垂直位移∆2、新增钢柱应变监测装置测得的新增钢柱应变ε的实时监测数据、新增钢柱的弹性模量E和新增钢柱截面面积A，计算出参数∆=∆1–∆2，其中∆1应为恒定值0，若不是，则自动化加载系统发出预警信号，需要排查原因并消除预警。当0≤∆≤1 mm时，自动化加载系统不启动；当∆>1 mm时，自动化加载系统自动启动，此时新增钢柱的荷载增量∆F=ε×E×A，每个自锁式千斤顶的加载力值为∆F/n（n为每个锚杆桩基础对应的锚杆桩的数量）。油泵根据加载力值实施加载，∆恢复为0值时自动化加载系统中的油泵自动关闭。

（5）自动化加载系统工作完成后对新增锚杆桩进行永久封桩，如图10所示。

    （a）                （b）

图10 封桩装置示意

（a）立面；（b）平面

4 监测系统

在墙体托换施工前，参考计算机应变控制梁柱托换方法进行监测系统布置。在托换区域上方布置垂直位移监测装置，实时监测托换施工过程中原墙体的垂直位移，测得的原墙体垂直位移应为恒定值0，否则需调节自锁式机械千斤顶的顶升力值，使原墙体垂直位移恢复至0。

在自动化加载系统工作过程中，墙体垂直位移监测装置测得的墙体垂直位移仍应为恒定值0，否则，自动化加载系统发出预警信号，需排查原因并消除预警。

在自动化加载系统工作前，在新增钢柱上布置垂直位移和应变监测装置。当新增钢柱垂直位移监测装置测得的垂直位移与原墙体垂直位移监测装置测得的垂直位移之间的差值超过1 mm，自动化加载系统自动启动。

根据新增钢柱应变监测装置测得的应变数据，可计算得到每个自锁式千斤顶的加载力值。实时垂直位移监测点和应变监测点的平面布置如图11~图13所示。

图11 新增钢柱实时垂直位移动态监测点平面布置示意

图12 原墙体实时应变监测点平面布置示意

图13 新增钢柱实时应变监测点平面布置示意

5 结束语

采用自动化加载系统可以保证在对既有建筑物的改造加固施工过程中，新增锚杆桩基础承台标高保持不变（即新增锚杆桩基础与既有建筑物原基础沉降保持一致），避免新旧基础发生不均匀沉降，解决了通常在既有建筑物改造加固过程中由于新旧基础沉降不一致产生的裂缝、倾斜和结构损坏等安全问题。该方法施工简单易操作，安全可靠，易于保证工程质量，具有较高的经济效益，可广泛应用于各类既有建筑物的地基基础加固工程。

（本文已完结）