1、1住宅楼纠偏加固工程方案研究摘要：本文以工程实例为背景，通过对建筑物现状的调查分析了建筑物发生不均匀沉降、倾斜的原因。针对新建砖混结构房屋在结构封顶后发生严重倾斜，天然地基土层南北厚薄不均匀以及南端地基土承载力严重不足的特点，提出了运用坑式静压桩托换法对南端进行托换加固。对于倾斜建筑物纠偏，本文根据新建建筑物实际情况，采用在条形基础底浅层掏土的方法对北端地基进行削弱，促使北端地基发生下沉，这种掏土方法可以室内外同时进行掏土施工，大大减少了掏土施工的难度和工程量。 关键词：砖混结构，纠偏加固，坑式静压桩，浅层掏土法 中图分类号： U457+.3 文献标识码： A 文章编号： 引言 由于建筑物荷载
2、大，倾斜后荷载偏心对地基产生过大的压缩变形，可能导致上部结构的变形和开裂。因此纠偏技术是一项高难度、高风险的工作。这就要求我们对建筑物纠偏加固技术进行深入研究。但现阶段的纠偏加固方法所依据的理论大多数是土力学、工程地质及地基处理方面，纠偏加固理论还不完善，还需要第一手资料的积累。因此，加强建筑物纠偏技术研究对我国建筑业及经济建设发展具有重要作用，具有重大意义。 1.工程概况 2溧阳市某住宅楼呈南北走向，平面形式为不规则的长条形，两长边呈阶梯状收缩，六层砖混结构，钢筋混凝土条形基础，建筑面积为 2974.31m2。2004 年进行地质勘察，2005 年设计，2009 年开工建设。目前工程土建己经
3、基本完成，尚余部分安装项目。 住宅楼设计基本参数如下：砖混结构，工程等级为三级；建筑分类为丙类，建筑用途为住宅楼；地上六层，层高 3.0m，女儿墙高 1.0m，总高度 18.90m，室内外地坪高差为 900mm；住宅楼长 42.7，宽 11.7m，建筑面积 2974.31m2。主要结构材料砌体：0.000 以下采用 MU10 粘土实心砖，M10 水泥砂浆砌筑；0.000 以上采用 MU10 粘土空心砖，M10 混合砂浆。混凝土强度等级：现浇为 C25，预制构件按相应图集制作。该楼主体完工后在装修阶段，建筑物产生不均匀沉降，导致部分墙体出现裂缝。2.沉降、倾斜原因分析 2.1 地基基础检测分析
4、勘察结果表明，0.00 以下 5m 左右见地下水。由于建筑物南端高压缩性地基土的厚度远大于北端，可知南端地基的变形远大于北端，南端过大的压缩变形引起基础过大的沉降或沉降差，使上部结构倾斜。倾斜使建筑物对地基产生向南的偏心荷载，使得南端地基土中的附加应力增大，又加剧了南端地基土的压缩变形。由此循环将使建筑物发生严重倾斜或损坏。 2.2 上部结构检测分析 该楼平面布置不是规则的矩形，楼内纵墙设置太少，且无贯通全长3的内纵墙，这大大削弱了房屋纵向的整体刚度。部分墙段的抗压验算不满足要求，这将降低楼房的整体性，减弱楼房抵抗变形的能力，使发生不均匀沉降时楼房易于开裂。现场测试表明，施工中砂浆强度等级未达
5、到设计值 M10，测试推定值为为 M6.92，由此导致楼房的砌体强度降低，砌体易于开裂。施工过程中，未对建筑物的沉降变形进行观测，使得不均匀沉降、倾斜问题没用得到及时的控制，造成最后建筑物的严重倾斜。2.3 其它因素分析 从该楼施工平面布置图及现场情况来看，由于该场地在建筑物南端有块空地，施工时将建筑材料及一些重型设备长时间堆放在南端，并在南端进行混凝土的搅拌及砖的浇水，部分施工废水渗入地基土中，使地基浸水湿陷导致承载力降低。在堆载物的预压下引起建筑物不均匀沉降及倾斜。 3.纠偏加固方案设计 由于该楼大部分地基的承载力无法满足上部结构的要求，要解决沉降与倾斜问题，首先必须对承载力不足的地基进行
6、加固，使其满足承载力的要求，然后才能进行纠偏，解决建筑物的倾斜问题。基于上述情况，以及对建筑物检测分析结果，经综合比较，反复论证，决定采用坑式托换加固法与浅层掏土纠偏法相结合的纠偏加固方法。为此，首先在承载力严重不足的一侧压桩，并对静压桩实施预压力托换，在桩的顶升力作用下起到迅速制止建筑基础沉降的作用，使其处于沉降稳定状态。然后在沉降小的一侧进行掏土，减少基础底面下的地基土的承压面积，增大4对基底压力，使地基土产生塑性变形，造成建筑物缓慢而又均匀的回倾。并在掏土一侧压入保护桩，以提高回倾后建筑物地基的永久稳定性。掏土过程应循序渐进，控制基础下沉速度及各部位下沉量，使楼房整体平稳转动。在该工程的
7、施工过程中，将原沉降较大一侧的压桩和原沉降较小一侧的掏土纠偏同时进行，并推迟原沉降较小一侧桩的托换，既缩短了工期，又减小了桩顶的附加应力，同时房屋的附加沉降也控制在允许范围内，取得了较好的纠偏效果。 4.纠偏加固施工 4.1 施工顺序 纠偏加固施工按下列顺序进行： （1）首先施工南端的阻沉桩。为避免桩体周围土体的塑性区重合，产生过大的附加沉降，压桩从承重墙的两端开始向中间，操作坑开挖应尽量减小对基底下土层的削弱并间隔开挖，做到操作坑完成后应尽快完成压桩施工并进行托换处理，压完第一轮后，再进行第二轮，直至全部压完。 （2）开挖北端托换保护桩的操作坑，并做好坑壁支护。操作坑的开挖大小既能满足托换桩
8、施工的要求，也要能满足掏土工作坑的施工要求。同时在操作坑中进行托换桩施工，施工完成后托换桩并不托换，操作坑也不回填而是当做掏土工作坑继续使用。 （3）按信息法施工原则，以沉降观测为依据，指导掏土纠偏作业全过程，掏土施工从北向南进行，掏土量也从北向南减小，掏土量的大小以沉降观测为指导。 5（4）掏土纠偏达到目标值后，对保护桩进行托换处理，并回填工作坑，避免发生新的沉降。 4.2 施工工艺 1、坑式静压桩施工工艺 确定桩位操作坑开挖第一节桩就位、校正压桩深度及压力值记录下节桩就位、校正焊接接桩压桩?压桩力达到设计要求最终深度及压桩力验收托换处理承台制作操作坑回填地面回复。 坑式静压桩是利用建筑物上
9、部结构自重作支承反力，用千斤顶将预制好的钢筋混凝土桩接长后逐段压入土中的施工方法。坑式静压桩是在既有建筑物基础底下进行施工作业，因而难度大且有一定的风险性，所以施工时必须严格的施工程序和具体的施工操作方法。 （1） 、开挖竖向导坑 l）施工时先在桩位贴近基础的一侧开挖一个 1.2l.0m 的操作坑，挖到基础底面下 1.5m 处，挖土方量为 1.8m3。 2）将操作坑往条基下扩展，在条基下开挖长 0.5m、宽 0.5m、深约为 2.l m 的托换坑，并适当支护坑壁，挖土方量为 0.84m3。 3）为减小托换坑开挖过程中建筑物的附加沉降，应间隔式的开挖。 （2） 、压桩、预压托换 坑式托换桩施工时
10、，先放正第一节尖桩，尖桩应垂直放在条基低中心位置，并在桩顶上加钢垫板，放上液压千斤顶，校正好桩的垂直度后启动千斤顶以上部结构荷载为反力，将桩一节一节地压入地基土中，桩6段长 0.51.5m，桩段之间采用焊接连接，压桩力可通过油泵上的压力表测读，直至压桩力满足设计要求，按照托换要求适当调整桩的托换高度，即可终止压入。 停止压桩后，应使液压千斤顶保压一段时间，方可进行预压托换。预压托换时，先安装托换架及托换千斤顶，将托换千斤顶同步加压至设计托换压力，使得液压千斤顶压力减小，然后用切割好的一定长度的托换钢管置换液压千斤顶，在钢管上垫好钢垫板并用钢楔打紧。然后将两侧托换千斤顶同步卸荷，取下托换千斤顶及
11、托换钢架，将托换钢管与桩顶及钢垫板焊接牢固，如图 1 所示。在压桩过程中，应随时记录压入深度及相应的压桩力，并须随时校正桩的垂直度。必须注意的是当日开挖的托换坑应该当日托换完毕，如当日施工不完，切不可撤出千斤顶，决不可使基础和承台梁处于悬空状态。 图 1 预压托换施工过程 （3） 、封顶和回填 先用灰土从坑底每层回填夯实至桩顶附近，在条基下、桩顶处制作混凝土承台包住托换钢管。通常在封顶混凝土里掺加膨胀剂或用预留空隙后填实的方法来增加浇灌混凝土的密实度。 2、掏土纠偏施工 掏土纠偏是本次纠偏工程的重点，也是整个工程的难点，由于掏土纠偏沉降速率不易控制，回倾具有突变性，稍有不慎，将会造成墙体拉裂，
12、结构损坏。故在纠偏施过程中，必须做到适量掏土，均匀沉降。针7对该建筑物基础埋深不大和刚度较好的特点，采用浅层掏土纠偏技术。通过在室内外同时对条形基础底部土层采取水平向掏土，达到掏土区沉降的目的。 掏土工作坑沿条形基础方向布置，由于坑式静压桩施工中的操作坑没有回填，将操作坑进行改造，深度一般在基础底面下 2m 左右，不宜超过 2.5m，工作坑断面呈上大下小形状，上宽 2.02.5m，底宽1.01.5m。一般间隔两米左右就有一个掏土坑，且条基和垫层在垂直方向外露，因此在掏土坑内可以进行水平向掏土。这样绝大部分掏土范围用人工均可达到，操作简单易行，少数人工难以触及的区域，可选用直径 110mm 便携
13、式螺旋钻钻进。 掏土应先由地基应力最集中的位置开始向两边掏，一般情况下根据墙体开裂的形态判断应力集中的位置，只是由于掏土部位的土体取出后在其周围发生应力集中造成掏土周围土体的变形，其变形的大小决定基础下沉量，承重墙下间隔开挖掏土，循环往复，直到满足设计纠偏量要求。施工中往往均匀地掏土不一定产生均匀的沉降，还必须根据监测资料，指导掏土作业时掏土位置和掏土量。 图 2 掏土区及掏土方向 5.结构的安全稳定性 该建筑物在纠偏回倾过程中，楼房各部位沉降均衡，从观测统计各点累计沉降图可以看出，整个建筑物是在均衡平稳地转动，纠偏施工过程中应力集中点和敏感部位也未发生严重的变形，墙体的裂缝也没有再8发展，个
14、别裂缝还出现了不同程度地弥合。 该住宅楼南端加固区条形基础下共压入预压托换桩 33 根，其设计承载力为 300kN，最大入土深度为-13m。托换完成后日沉降量减至0.200.33mm/d，20 天后南端各测点的日沉降量仅有 0.000.15 mm/d。该楼北端掏土区域内共压入 63 根保护桩，其设计承载力为200kN，最小入土深度为-6m。停止掏土后该 63 根保护桩跟地基土一起作用阻止北端继续沉降，北侧各点的日沉降量仅有 0.100.25mm/d，南北各点的沉降表明该楼的向南倾斜率在减小，保证了纠偏结束后倾斜率不再增大。 从 2009 年 7 月 3 日到 2009 年 9 月 15 日，经过 2 个多月的努力，该建筑物的加固纠偏取得了圆满的成功。该住宅楼向南倾斜率由纠偏前的平均值 5.85减小到 3.55，说明该建筑已达到验收标准。建筑物各点的平均沉降速率也减小到 0.026mm/d，说明地基变形己趋于稳定，基础的托换加固达到了目的。 参考文献 1张鑫，姜千君，魏焕卫.建(构)筑物纠倾技术进展J.山东建筑大学学报，2008 2杨敏.利用人工水平钻土法对建筑物纠偏的工程实践J.建筑技术，2006 3温晓贵，魏纲.某软土地基上倾斜建筑物的纠倾与加固实例J.土木工程学报，2004
