張小兵，王 楨，程曉偉

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，蘭州 730000)

建筑物糾傾是一項(xiàng)技術(shù)難度大、影響因素多的技術(shù)密集型工作，有人稱之為“繡花工程”，建筑物的回傾實(shí)質(zhì)是基礎(chǔ)各個(gè)部分的沉降在不斷調(diào)整的一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。在我國(guó)，建筑物糾傾技術(shù)起步較晚，但二十多年來(lái)，經(jīng)過(guò)科研人員和工程技術(shù)人員的努力，成功完成了大量的工程實(shí)踐，積累了豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。然而由于建筑物的多樣性及場(chǎng)地條件的復(fù)雜性，采用的糾傾方法也各有不同，至今此類技術(shù)仍然主要是以土力學(xué)與彈塑性力學(xué)理論為基礎(chǔ)，以經(jīng)驗(yàn)為依托，以某些成功的相似案例為借鑒，來(lái)指導(dǎo)工程實(shí)踐，但至今尚未形成系統(tǒng)的理論和科學(xué)的工藝。在目前這種技術(shù)水平下進(jìn)行精確的科學(xué)計(jì)算還存在一定的難度，這就使信息化施工顯得尤為重要。

對(duì)于建筑物糾傾工程，目前采用的監(jiān)測(cè)手段多是從其它領(lǐng)域借鑒過(guò)來(lái)的方法，如傾斜觀測(cè)、沉降觀測(cè)等，但是建筑物糾傾有它自己的特點(diǎn)——風(fēng)險(xiǎn)高、難度大、對(duì)信息的依賴程度強(qiáng)等，這就對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精度和監(jiān)測(cè)周期提出了更高的要求。雖然現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到糾傾監(jiān)測(cè)的重要性，也有不少文獻(xiàn)對(duì)糾傾工程的監(jiān)測(cè)方法以及精度等問題進(jìn)行了探討，但是大多仍然停留在個(gè)別工程實(shí)踐基礎(chǔ)上，極少針對(duì)糾傾工程的特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和研究。監(jiān)測(cè)周期不當(dāng)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度不高、分析處理不到位等問題仍然普遍存在，致使建筑物糾傾過(guò)程難度增加、糾傾精度低、糾傾效果不理想。

1 工程實(shí)例

青海師范大學(xué)3#住宅樓為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上 30層，地下 1層，高97.0 m，總重量約300 000 kN，建筑面積15 896 m2;采用梁板式筏形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深－8.2 m，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖層0.3 m;抗震設(shè)防烈度為七度。

2007年7月，青海師大3#樓主體結(jié)構(gòu)封頂后不久，地基便發(fā)生不均勻沉降，大樓整體朝北東方向傾斜，此后，差異沉降和傾斜變形與日俱增，截止2008年7月25日，大樓朝北方向的傾斜率達(dá)2.66‰，朝東方向的傾斜率達(dá)1.82‰，大樓頂端的最大偏移量達(dá)到254.0 mm，并仍在持續(xù)發(fā)展惡化，大樓危如壘卵，糾傾加固工程勢(shì)在必行。青海師范大學(xué)3#樓糾傾加固工程于2008年8月24日正式開工，于2009月1月6日達(dá)到糾傾目標(biāo)，并于同年8月份入住，至止目前大樓處于良好的使用狀態(tài)。

2 糾傾加固措施

由于3#樓主體高度97.0 m，設(shè)計(jì)荷載約300 000 kN，基礎(chǔ)為梁板式筏形基礎(chǔ)，埋深 －8.2 m，如果采用抬升法糾傾，考慮到筏板的剛度，至少需要250臺(tái)千斤頂，而且需要相當(dāng)大的施工空間，顯然不可行，因而只能采用迫降法糾傾。

經(jīng)過(guò)中鐵西北科學(xué)研究院有關(guān)技術(shù)人員的研究和專家認(rèn)證，最終確定了“豎井內(nèi)放射狀水平掏土為主，錨索調(diào)壓為輔”的綜合糾傾方案。具體糾傾措施為:

1)在大樓迫降區(qū)的筏板外緣設(shè)置5個(gè)豎井，作為通道和作業(yè)面，在基礎(chǔ)下強(qiáng)風(fēng)化泥巖層進(jìn)行放射狀水平掏土，以削減基底受力面積，增大基底應(yīng)力，促進(jìn)該側(cè)地基下沉(見圖1)。

2)在豎井里暴露出的(0.7 m×1.5 m)筏板上，每井設(shè)置2根錨索，錨索深入中風(fēng)化泥巖11 m，錨索由5根φs15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線組成，錨索與千斤頂組成反力系統(tǒng)，在掏土量達(dá)到一定程度以后，以錨索的抗拔力作為反力，利用千斤頂對(duì)筏板加壓，從而增加大樓西南側(cè)的地基沉降量，最終實(shí)現(xiàn)糾傾目標(biāo)。

圖1 師大3#樓糾傾加固工程平面布置(單位:kPa)

3 沉降觀測(cè)方案

3.1 糾傾工程對(duì)沉降觀測(cè)的要求

1)沉降觀測(cè)點(diǎn)布置原則及方法。在糾傾工程中，沉降觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置一般要求呈縱橫向?qū)ΨQ分布，為能準(zhǔn)確反映出傾斜建筑物的回傾情況以及便于數(shù)據(jù)的整理分析，沉降觀測(cè)點(diǎn)要埋設(shè)在最能反映建筑物變形特征之處。而且觀測(cè)點(diǎn)之間的距離不能過(guò)大，特別是建筑物在平面投影上的凹凸部分以及受力較為集中的部位都要設(shè)置沉降點(diǎn)，以便更好地掌握建筑物的變形特征、分析建筑物的變形發(fā)展趨勢(shì)，為糾傾措施的調(diào)整提供依據(jù)。特別要注意沉降觀測(cè)點(diǎn)在工后觀測(cè)階段不被破壞或掩蓋。

3．1 不同地區(qū)鼓室異常圖形檢出率不同 本次聲導(dǎo)抗篩查異常圖型率達(dá)19．57%，而昆明地區(qū)2005年調(diào)查聲阻抗鼓室異常圖為14．64%［8］。沈陽(yáng)地區(qū)與昆明相比，鼓室異常圖型發(fā)生率稍高，可能與沈陽(yáng)地處北方地區(qū)，氣候偏于寒冷、干燥，室內(nèi)外溫差較大，春季兒童易患上呼吸道感染而影響中耳功能有關(guān)。

2)觀測(cè)時(shí)間、周期及人員要求。傾斜建筑物的沉降觀測(cè)受時(shí)間和觀測(cè)人員的嚴(yán)格限制，要專人定時(shí)定點(diǎn)進(jìn)行，不得漏測(cè)或補(bǔ)測(cè)，否則就得不到真實(shí)連續(xù)的數(shù)據(jù)，也就無(wú)法指導(dǎo)下一步糾傾工作的開展。從事觀測(cè)的工作人員應(yīng)受過(guò)專業(yè)培訓(xùn)和熟練掌握設(shè)備儀器，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)整理分析能力和高度責(zé)任感。只有這樣，才能及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握建筑物的沉降變形情況及發(fā)展規(guī)律。

3)數(shù)據(jù)的整理分析。沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)要及時(shí)整理和計(jì)算，原始數(shù)據(jù)要真實(shí)可靠，記錄計(jì)算要符合施工測(cè)量規(guī)范的要求，按照依據(jù)正確、嚴(yán)謹(jǐn)有序、有效的原則進(jìn)行整理計(jì)算。特別是要及時(shí)繪制出“點(diǎn)位—沉降量曲線”“時(shí)間—沉降量曲線”“時(shí)間—傾斜率曲線”，為信息化施工提供保障。

3.2 師大3#樓的沉降觀測(cè)方案

師大3#樓糾傾工程中，在充分利用大樓原設(shè)置的8個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，又在緊臨掏土豎井位置的基礎(chǔ)迫降區(qū)短邊增加了1個(gè)觀測(cè)點(diǎn)(E4')、長(zhǎng)邊增加了2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)(E5'、E7')，以便根據(jù)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制各邊沉降曲線圖，分析掏土引起的筏板變位是否線性，水準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)平面布置見圖2。

圖2 水準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)平面布置

本工程采用了高精度Ni004水準(zhǔn)儀，由專人負(fù)責(zé)定時(shí)定期監(jiān)測(cè)大樓各個(gè)部位的沉降變形。水準(zhǔn)觀測(cè)主要分為三個(gè)階段，①掏土糾傾準(zhǔn)備階段，3 d觀測(cè)1次;②掏土糾傾階段，1 d至少1次(若出現(xiàn)變位異常，應(yīng)縮短觀測(cè)周期);③糾傾完成后三個(gè)月內(nèi)，一周1次，之后一個(gè)月1次;其間根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化以及施工的需要，觀測(cè)周期應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。觀測(cè)時(shí)間定為上午九點(diǎn)鐘，并應(yīng)根據(jù)溫度變化適當(dāng)延遲，以增加觀測(cè)數(shù)據(jù)的可比性，觀測(cè)結(jié)果應(yīng)及時(shí)反饋，便于指導(dǎo)下一步的工作順利開展。

4 沉降觀測(cè)結(jié)果分析及應(yīng)用

在建筑物糾傾工程中，沉降觀測(cè)的方法主要是水準(zhǔn)觀測(cè)，有時(shí)也采取其它的一些輔助觀測(cè)手段，如液體水準(zhǔn)觀測(cè)、百分表觀測(cè)、位移計(jì)觀測(cè)等。由于水準(zhǔn)觀測(cè)操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)直觀、而且精度較高，因此在糾傾工程中最為常用。通過(guò)沉降觀測(cè)(以下只介紹水準(zhǔn)觀測(cè))主要可以得到三個(gè)方面的信息:①沉降量及沉降差，即目前各觀測(cè)點(diǎn)的沉降值及沉降差;②沉降速率，即觀測(cè)點(diǎn)在某一時(shí)段的平均下沉量;③基礎(chǔ)的變位，即建筑物是否呈線性回傾。

圖3是根據(jù)師大3#樓2008年8月24日的沉降觀測(cè)結(jié)果所繪制的“點(diǎn)位—沉降量”曲線圖，從圖中可以反映出，E1點(diǎn)的沉降量大，E5點(diǎn)的沉降量最小，最大沉降差達(dá)到91.1 mm，基礎(chǔ)向東北方向傾斜;根據(jù)8個(gè)角點(diǎn)的沉降量，可以得到基礎(chǔ)各邊的沉降差，與對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的距離之比即得到基礎(chǔ)各邊的傾斜率，從而可以對(duì)基礎(chǔ)的不均勻沉降程度做出評(píng)價(jià)，圖3中數(shù)據(jù)顯示，東邊傾斜率為2.55‰，西邊傾斜率為2.53‰，北邊傾斜率為1.72‰，南邊傾斜率為1.71‰，東西兩邊的傾斜率均已超出《建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定值2.5‰，東西方向的傾斜仍在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。同時(shí)可以從圖3中看出，東西兩邊的傾斜率大小基本相同，南北兩邊的傾斜率也基本相同，而且各邊觀測(cè)點(diǎn)的變位基本構(gòu)成線性，說(shuō)明建筑物基礎(chǔ)的沉降基本呈線性狀態(tài)，沒有發(fā)生扭曲變形。

圖3 各測(cè)點(diǎn)—沉降量曲線(單位:mm)

因此，通過(guò)“點(diǎn)位—沉降量”曲線圖，既可以對(duì)建筑物基礎(chǔ)的傾斜程度做出評(píng)價(jià)，又可以對(duì)建筑物基礎(chǔ)的變位是否線性做出判斷，從而為糾傾過(guò)程中干擾作用的施加提供依據(jù)。

如圖4是根據(jù)師大3#樓的沉降觀測(cè)結(jié)果繪制的“時(shí)間—沉降量”曲線，它是沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果中最為重要的一種分析方法。對(duì)于“時(shí)間—沉降量”曲線，應(yīng)注意分析以下8個(gè)方面的內(nèi)容:

1)對(duì)于單點(diǎn)沉降曲線，理論上應(yīng)該是由陡逐漸變緩，沉降變形隨著時(shí)間的發(fā)展趨于穩(wěn)定，中間過(guò)程中出現(xiàn)小的波動(dòng)是可能的，波動(dòng)范圍應(yīng)在測(cè)量誤差范圍之內(nèi)，如果超出了測(cè)量誤差，則說(shuō)明測(cè)量有誤。

2)沉降變形是負(fù)值，是累積變形量，一般情況下，沉降量應(yīng)該逐漸增大，如出現(xiàn)沉降值減小，應(yīng)屬異常，可能是水準(zhǔn)點(diǎn)變化或測(cè)量錯(cuò)誤所致，應(yīng)進(jìn)行分析檢查或重測(cè)。

3)曲線歸一化后任意一點(diǎn)的斜率即是該點(diǎn)在對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)上的沉降速率，任意兩點(diǎn)間的斜率即是該兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)的平均沉降速率，曲線越陡，說(shuō)明沉降速率越大;曲線越緩，說(shuō)明沉降速率越小。

4)對(duì)于多點(diǎn)觀測(cè)曲線，如果認(rèn)為基礎(chǔ)剛度足夠大，不會(huì)發(fā)生變形，則變形曲線之間應(yīng)符合一定的規(guī)律，即對(duì)邊的沉降差應(yīng)相等(允許有測(cè)量誤差存在)，如圖4中1號(hào)觀測(cè)點(diǎn)與4號(hào)觀測(cè)點(diǎn)的沉降差等于5號(hào)觀測(cè)點(diǎn)與8號(hào)觀測(cè)點(diǎn)的沉降差;同理，1、8觀測(cè)點(diǎn)的沉降差應(yīng)等于4、5觀測(cè)點(diǎn)的沉降差;如果沉降差不相等，則應(yīng)仔細(xì)檢查，確定是基礎(chǔ)產(chǎn)生了變形還是測(cè)量錯(cuò)誤。

5)多點(diǎn)觀測(cè)曲線間的距離大小代表地基的不均勻沉降程度，距離越小，說(shuō)明地基的不均勻沉降越小;距離越大，說(shuō)明地基的不均勻沉降越大，由曲線間距的變化趨勢(shì)可以判斷建筑物的地基變形發(fā)展方向。

6)如果測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)某些觀測(cè)點(diǎn)的沉降值減小，但對(duì)邊沉降差仍然相等，則屬于合理的抬升，在建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載較小時(shí)容易出現(xiàn)，荷載較大時(shí)則不易出現(xiàn)。如果對(duì)邊沉降差不相等，則應(yīng)是異常情況，需要進(jìn)行認(rèn)真的檢查復(fù)核。

7)所有沉降曲線在100 d內(nèi)的沉降量小于1～4 mm(不同的地區(qū)采用不同的數(shù)值)時(shí)，則可判定建筑物地基的沉降已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

8)兩點(diǎn)的沉降差除以兩點(diǎn)的間距即為傾斜率，兩平行邊的平均傾斜率可認(rèn)為即是建筑物在該方向上的傾斜率。

圖4 時(shí)間—沉降量曲線

圖4中不同的“時(shí)間—沉降量”曲線代表不同的觀測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置大樓地基的變形特征，根據(jù)該曲線的整體變化趨勢(shì)，可以把師大3#樓的基礎(chǔ)沉降分為4個(gè)階段進(jìn)行分析，第一階段從2007年4月10日到2007年12月14日，該階段的曲線較陡，為差異沉降的快速發(fā)展時(shí)期，這個(gè)階段，1號(hào)觀測(cè)點(diǎn)的沉降發(fā)展最快，已接近120 mm，而5號(hào)觀測(cè)點(diǎn)的沉降發(fā)展最慢，還不到40 mm，兩曲線之間的距離在逐漸增大;第二階段從2007年12月15日到2008年10月15日，該階段的曲線走勢(shì)較為平緩，沉降速率較小，為基礎(chǔ)不均勻沉降緩慢發(fā)展階段，8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降量最大不超過(guò)30 mm，與前一時(shí)期相比可以認(rèn)為基本上保持不變，但是各個(gè)點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)與前一時(shí)期完全相同，1號(hào)觀測(cè)點(diǎn)與5觀測(cè)點(diǎn)之間的曲線間距仍在增大，兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降差已接近100 mm，說(shuō)明基礎(chǔ)的傾斜還在緩慢加劇;第三階段從2008年10月16日到2009年1月15日，該階段的曲線斜率再次變陡，沉降速率再次增大，建筑物的基礎(chǔ)沉降加劇，與前兩個(gè)階段不同的是，1號(hào)觀測(cè)點(diǎn)位置的地基變形相對(duì)較小，還不到30 mm，而其它各觀測(cè)點(diǎn)的沉降都大于1號(hào)點(diǎn)的沉降量，而且5號(hào)點(diǎn)的沉降量最大，超過(guò)60 mm，從而使建筑物基礎(chǔ)的不均勻沉降得到一定量的調(diào)整。從圖4上可以看出1號(hào)點(diǎn)與5號(hào)點(diǎn)曲線的間距明顯縮小，大約在60 mm左右，因而可以稱為不均勻沉降調(diào)整階段;第四階段從2009年1月16日到2009年6月2日，為工后沉降階段，該階段最大沉降差雖然有減小的趨勢(shì)，但基本上保持不變，而且各觀測(cè)點(diǎn)的沉降變形趨于穩(wěn)定，平均沉降速率為0.018 mm/d，可認(rèn)為地基變形已經(jīng)穩(wěn)定。

如圖5所示，是同一棟高層建筑的“時(shí)間—傾斜率”曲線(傾斜率由基礎(chǔ)沉降差反算得到)，該曲線更為直接地反映出建筑物的傾斜程度以及建筑傾斜的發(fā)展趨勢(shì)。

圖5 時(shí)間—傾斜率曲線

圖5中明確顯示，從2007年4月10日到2008年10月15日之間，大樓一直處于傾斜惡化狀態(tài)，盡管在2007年12月14日之后大樓的傾斜變化率有所減小，即傾斜的發(fā)展速率有所減緩，但大樓的傾斜仍然在不斷加劇，而且已經(jīng)超過(guò)了相關(guān)規(guī)范的限值;自2008年10月15日至2009年1月15日，由于人為的干預(yù)，大樓的傾斜率急劇下降，大樓傾斜程度急劇減小，大樓東西方向的傾斜率已經(jīng)降低到1.3‰以下，南北方向的傾斜率已降低到1.0‰以下，都已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)范的限值2.5‰，至此即可認(rèn)為大樓已經(jīng)處于“豎直”狀態(tài);2009年1月15日之后，大樓基本上趨于穩(wěn)定狀態(tài)，至此可宣布該大樓的糾傾取得了圓滿成功。

5 糾傾成果

通過(guò)2次掏土和4次錨索循環(huán)加壓，青海師大3#樓于2009年1月5日順利達(dá)到了預(yù)期糾傾目標(biāo)，大樓的最大偏移量由糾傾前的245 mm回傾到了125 mm，南北向的傾斜率由2.66‰降低到0.88‰，東西向的傾斜率由1.82‰降低到1.28‰(見圖5)，并且整個(gè)糾傾過(guò)程中大樓基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有產(chǎn)生任何裂縫、損傷現(xiàn)象，糾傾成果十分理想。

6 結(jié)論

1)建筑物糾傾是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)大、難度高、技術(shù)要求全面的系統(tǒng)工程，而監(jiān)測(cè)又是指導(dǎo)建筑物糾傾措施調(diào)整的依據(jù)，也是決定糾傾工程成敗的一個(gè)重要因素，因而在建筑物糾傾工程中，必須做好監(jiān)測(cè)工作。

2)對(duì)于建筑物糾傾工程，沒有及時(shí)、可靠、全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作指導(dǎo)，任何糾傾措施的采取都是盲目的、危險(xiǎn)的，而沉降觀測(cè)的精度為毫米級(jí)，能夠提供指導(dǎo)建筑物糾傾工程順利開展的信息要求。

3)在糾傾工程中，沉降觀測(cè)是一種主要的監(jiān)測(cè)手段，它能夠全面反映建筑物各個(gè)部位的變形特征以及傾斜建筑物的回傾方向、回傾速率、剩余回傾量等信息。通過(guò)沉降觀測(cè)結(jié)果來(lái)指導(dǎo)建筑物糾傾，可有效保證傾斜建筑物“平穩(wěn)、安全、線性”回傾。

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