既有木柱独立基础托换技术研究与应用

摘要：随着我国对古建筑保护和既有建筑改造的重视程度不断提高，相关研究不断深入，在既有建筑改造中，国内针对不同的工程需求，开发了多种实用的托换技术。本文以景德镇建国瓷厂文化旅游基础设施建设项目G38建筑为一个案例，提出一种型钢组合辅助完成木柱独立基础托换的方案，该方案有效解决了狭小空间中基础托换问题，避免了对周边环境的影响，缩短了1/3的工期，为在对既有木柱独立基础托换施工提供一个新的思路和参考借鉴。

关键词：基础托换；木柱基础；既有建筑；型钢托换

0前言 

基础托换技术是对既有建筑进行地基基础加固所采用的各种技术的总称，目前托换技术主要应用在既有建筑的增层改建、受地铁工程及深基坑影响的建筑古建筑基础加固等几大领域。近年来，国家在城市更新的政策上逐渐由“大拆大建”向城市有机更新过渡，更加注重历史文化遗产及工业遗产的保护更新，托换技术的应用也越来越广泛。例如肖曙光利用托换技术成功完成了对三坊七巷历史文化街区基础梁进行保护修复施工；郭郴利用小型钻孔桩辅助托换技术有效的完成了历史建筑二次托换承台施工；朱良辉利用既有建筑物的基础托换技术，改造了既有建筑也保护了周边的历史建筑。综上可以看出，托换技术在古建筑的保护修缮上具有较大的优势，施工占用空间小，可以尽可能的减小对建筑物的破坏，使建筑物保持原有肌理和风貌。

在目前的各种托换技术中，普遍存在针对工程情况复杂，在本项目多为木柱结构，地上建筑荷载不大，采用相似的托换设计会造成较大的成本浪费。本问详细介绍一种利用型钢与托换技术相结合的施工设计，既保证在施工过程中结构的安全可靠性，同时实现木柱独立基础托换，对类似工程的施工具有重要的借鉴意义。

1 工程概况

本工程为景德镇建国瓷厂文化旅游基础设施建设项目G38建筑。其结构形式为典型的江西传统民居风格，采用抬梁式木构架，木柱独立基础支撑着整个上部结构，主体结构为地上2层，建筑高度10米，1层共包含独立木柱35根，其中设计使用托换技术22根，该建筑的基础平面布置图如图1所示。

经过长期的自然侵蚀和人为因素影响，木柱基础出现了严重的问题。部分木柱出现柱脚腐朽、虫害等问题，严重影响结构承载力，威胁到结构安全。同时，本建筑需要重新进行混凝土地坪施工，工期紧张。

2 技术设计与施工

2.1托换加固方案设计

针对该建筑木柱基础的现状以及工期及成本的多重考虑，经过详细的勘察和分析，最终确定采用型钢组合辅助完成木柱独立基础托换的方案。

型钢组合托换技术施工便捷、对原结构影响小、能有效提高基础承载能力，在每根木柱底部设置竖向H型钢作为托座。托座采用 Q345 钢材制作，托座的尺寸根据木柱的直径和荷载大小进行设计，以保证其能够均匀地传递上部荷载。在钢托座下方，增设钢梁作为传力构件。钢梁采用热轧H型钢，通过焊接与钢托座连接，通过预埋在周边的锚固件将两端固定在混凝土基础上，形成稳定的传力体系。施工示意图见图2、图3所示。

2.2托换加固施工

2.2.1 施工准备

（1）在进行基础托换施工前，要对既有结构的传力路径及基础现状进行的分析与检测，确定每根木柱在托换前需要设置的临时支撑的位置与数量，以保证在施工过程中的安全性。一般木柱支撑采用4根钢管对木柱上的横梁进行替换受力，如图4所示。

（2）在托换柱施工之前，选择一个固定点作为基点，可以同时测量到多根木柱，并在每根木柱上设置沉降观测点，在施工过程中实时进行监测，随时注意木柱的沉降变化，如果出现较大的沉降差异或者倾斜，应当以及停止施工，并采取有效的措施保证施工安全。

2.2.2 托换柱施工工艺

根据现场的建筑特点以及施工情况，采用型钢组合辅助完成木柱独立基础托换。将除木柱基础下以外其余地基进行开挖，浇筑整板垫层及混凝土基础，待底板混凝土达到强度，安装钢管支撑及木柱下托换施工，托换完成后拆除临时钢管支撑，之后即可进行建筑内地面装饰装修工程施工。主要施工流程见图

（1）测量放线

依据结构施工图，准确无误的放出各个独立木柱基础的预留保护土层开挖边线，然后将地面表面混凝土进行破碎，破碎厚度以老结构实际为准。

（2）土方开挖

严格按照放线确定的轴线进行开挖，托换木柱四周各预留300mm保护地基，开挖至新基础底标高以下10公分后人工清槽，施工过程中严禁出现超挖现象。将土壤堆载到基坑边缘线外2米位置，并让出地梁线，开挖至新基础底标高以下10公分后人工清槽。开挖出来的土方堆载在基坑及地梁坑边1.2米外位置上。基坑边缘应做好防护，防止人员坠落及重物堆载造成失稳。

（3）第一次混凝土浇筑

本工程混凝土共分两次浇筑，分别为大面积浇筑和木柱下基础浇筑，浇筑混凝土强度C25。

（4）设置临时支撑

在大面积混凝土达到一定强度时，按照设计要求李勇4根钢管分别支撑与木柱相接的横梁上，从而直接将上部荷载通过钢管传递至基础，为下一步木柱下基础托换做准备。

（5）木柱托换施工

在临时支撑完成后，对木柱下基础进行开挖至设计标高，通过在两侧混凝土上钻孔、清孔、安装膨胀螺栓等方式，将钢横梁准确安装到混凝土侧面上。根据钢梁顶面与木柱石磉之间的距离完成托座下料，托座采用同规格型钢（H175*90*5*8）托座与刚横梁之间通过焊缝连接。托座焊接完成后进行安装石磉、第二次浇筑混凝土、拆除临时支撑等工序。

（6）灌浆料施工

在地面装饰层施工完成后，采用无收缩灌浆料进行托梁周边的二次浇灌，灌浆料周边采用木摸，浇筑尺寸400*400*300，完成托梁周边全覆盖，且上部与装饰层完成面等高。

2.2.3技术施工要点与注意事项

（1）需要对既有结构进行精准评估，采用组合式钢支撑架，搭设"井"字形承重框架，支撑点需避开原基础薄弱区，支撑架顶部设置20mm厚橡胶垫，防止应力集中损伤木柱；

（2）既有建筑木柱基础托换对施工精度要求极高，在基础施工过程中，要严格控制模板的安装质量，确保基础的尺寸精度符合设计标准。必须采用高精度的测量仪器和严格的测量控制方法，托换完成后的差异沉降≤L/1000。

（3）托座与刚横梁之间通过焊缝连接，角焊缝高度hf不得小于最薄焊件厚度,且焊缝高度>6mm，需要全部满焊，焊缝质量不低于二级。

2.2.4应用效果分析

（1）本工程采用既有建筑木柱基础托换技术，操作便捷，解决了施工场地狭窄，设备不便运输的问题，同时尽可能最小扰动周边环境，避免了常规工艺的施工设备在操作过程中对周边地基土产生了较大的挤压和扰动，导致建筑物出现不均匀沉降，继而使墙体出现裂缝，严重影响了建筑物的结构安全。

（2）本工程使用托换技术极大地节约了施工工期。在大面积混凝土养护完成，进行木柱下基础托换，将结构荷载通过钢梁与混凝土连接传递至基础，进而完成托换后拆除支撑，不影响后续装饰层施工，总体节约工期14d。

3 结语

本文通过景德镇G38历史文化建筑改造工程，简要阐述了采用型钢组合辅助完成木柱独立基础托换技术在实际工程中的灵活运用，为在对既有木柱独立基础托换施工提供一个新的思路和参考借鉴，文章主要结论如下：

（1）采用型钢组合辅助完成木柱独立基础托换技术可以实现在狭小空间内的施工要求，减少对周边的环境扰动，同时可缩短1/3的工期；

（2）既有建筑木柱基础托换需要保持较高的精度，竖向H型钢可根据实际高度进行微调节，从而保证施工精度；

（3）独立木柱基础通过竖向H型钢和钢横梁，将结构荷载传递至底板混凝土，该方法切实有效，工艺做法简单，适合推广应用。

参考文献：

[1] 肖曙光.基础托换技术在古迹建筑修复工程中应用分析[J].四川建材,2019,45(10):116-118.

[2] 郭郴,陈伟恩,陈垦等.小型钻孔桩辅助二次托换承台加固设计技术研究与应用[J].福建建设科技,2023(03):26-28.

[3] 朱良辉,张淳棣,罗鸣.浅谈城市更新既有建筑物基础托换技术[J].四川建筑,2022,42(01):39-40.

[4] 王晓东.历史文化建筑改造中的关键施工技术[J].建筑施工,2022,44(08):1882-1884.

[5] 岳沛.托换技术在建筑加固中的应用[J].中国建筑金属结构,2013,(22):84.

作者简介：陈介华，男，1984年出生，本科，高级工程师，主要研究方向为建筑施工技术。