郭道通，孫劍平，高 翔，岳慶霞，王朦倩，王清朋

(1.山東建固特種專業(yè)工程有限公司，山東 濟南 250013； 2.山東建筑大學土木工程學院，山東 濟南 250101；3.山東建大工程鑒定加固研究院有限公司，山東 濟南 250013)

0 引言

高層建筑物糾傾加固是一項難度大、風險高、綜合性強的專業(yè)技術，當建筑物的層數(shù)超過一定值時，由于荷載值大所以頂升糾傾有很大風險，一般采用迫降糾傾法[1-5]。對采用樁基的高層建筑物糾傾，比較常用的是截樁方式，當?shù)叵滤惠^高時，施工無法實現(xiàn)。當采用樁端擾動糾傾時，樁端的位置往往不能精準定位，且擾動力度如果把握不當易發(fā)生突沉，安全性不可控。

相比其他糾傾方法，樁側擾動迫降糾傾法只需在原建筑物基樁兩側鉆取豎向孔，通過在直徑100～150mm左右的擾動孔內射水擾動操作來實現(xiàn)建筑物的回傾。不必像基礎下取土迫降糾傾那樣，需在建筑物沉降較小的一側開挖一定寬度的工作溝；也不像頂升糾傾那樣，需要把建筑物的大部分或整層結構切斷，并且需要大量千斤頂和液壓控制站等許多頂升設備。該方法施工擾動參數(shù)人為可控且可根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)調整，糾傾全過程變化平穩(wěn)、安全可控。

本文通過樁側擾動迫降糾傾法在某32層住宅樓糾傾工程的成功應用，從檢測鑒定、傾斜原因分析、糾傾加固方案設計以及糾傾施工的全過程控制，分析研究了樁側擾動糾傾施工關鍵控制技術，總結了樁基礎高層建筑糾傾施工的關鍵影響因素。為今后類似高層建筑的糾傾加固施工提供參考。

1 工程概況

某高層建筑結構形式為剪力墻，地下2層、地上32層，東西長34.2m，南北寬17.6m，建筑總高度為94.8m，總建筑面積為14 701.22m2?；A為樁筏基礎，埋深為7m，基樁為預應力高強混凝土管樁PHC-600 AB130，樁身混凝土強度等級為C80，樁位布置如圖1所示。原設計樁長為27m，即進入第⑩層粉土(單樁豎向承載力特征值為2 200kN)，樁基施工靜壓至第⑧層粉細砂層時，壓樁力達到設計值后隨即終止壓樁，造成實際樁長為12m左右。建筑物南側、西側、北側連接地下車庫，電梯安裝人員在測量電梯井道垂直度時，發(fā)現(xiàn)建筑物存在傾斜情況，發(fā)現(xiàn)傾斜時樓主體結構及與其連接的西側和北側車庫結構已施工完畢，南側車庫結構尚未施工。

圖1 建筑物樁基平面布置

2 工程地質條件

基礎范圍及基礎下土層參數(shù)如表1所示。受傾斜建筑物周邊場地降水施工影響，本次糾傾加固施工期間水位埋深較深，穩(wěn)定地下水位埋深基本在建筑物基礎筏板上表面下200mm左右。

表1 基礎范圍及基礎下土層參數(shù)

3 建筑物傾斜數(shù)據(jù)

建筑物實測外墻傾斜數(shù)據(jù)如表2所示，測點布置如圖2所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出整個建筑物向東傾斜，最大傾斜率為3.04‰，平均值為2.88‰。南北方向傾斜率平均為0.08‰，基本不傾斜。

表2 建筑物整體傾斜測量數(shù)據(jù)

圖2 測點布置

各沉降監(jiān)測點的沉降速率全部大于0.04mm/d，建筑物沉降還未穩(wěn)定，且東側沉降速率大于西側，說明在糾傾加固處理之前，建筑物的東西方向傾斜率還在加大，正持續(xù)向東傾斜。

4 建筑物傾斜原因分析

根據(jù)結構偏心的復核計算，本高層建筑物荷載合力的作用點位置與群樁形心基本重合；根據(jù)建筑物沉降變形觀測記錄，本樓主體結構施工階段沉降變形相對比較均勻；又根據(jù)樓層樓板底相對標高的測量結果，顯示樓層樓板傾斜基本相同。結果表明，在主體結構施工結束時建筑物并未發(fā)生明顯的傾斜，傾斜是發(fā)生在相鄰地下車庫施工完成之后。其主要原因如下。

1)該建筑物所處原場地東側大部分位于水坑內，西側位于水坑的邊坡上。建筑物東側筏板以下表層土體的工程力學性質相比水坑西側略差，筏板下的地基土體存在一定的不均勻性。由于該樓基樁屬于摩擦樁，筏板和基樁形成復合樁基，筏板和基樁共同承擔上部荷載，樓體東西側筏板以下表層土工程力學性質上的差異，會影響樁基的變形，引起樓東西兩側變形不均勻，進而導致住宅樓向東傾斜。

2)預應力管樁實際樁長未達到設計長度，建筑物的基礎沉降變形量成倍增加，相鄰地下車庫施工結束時，樓主體結構的沉降變形遠未結束，沉降變形速率還相對較大。由于樁長減小，剩余沉降量也相對增加。由于地下車庫與主樓之間未設置后澆帶，地下車庫與主樓之間存在的不均勻沉降變形會引起主樓傾斜。

5 建筑物糾傾加固設計方案

5.1 止傾加固

根據(jù)糾傾加固施工前一段時間的測量鑒定結果顯示，本樓沉降還未穩(wěn)定，東西存在沉降差，樓的傾斜還在不斷加劇，所以要先對建筑物沉降較大的東側止傾。止傾采用微型鋼管樁，直徑為220mm，進入第10層粉土不小于0.5m，并通過承臺與基礎筏板連接。因建筑物東側基礎下土體力學性質較西側差，沉降速率又大于西側，根據(jù)原樁位布置圖，微型樁布置原則為“東密西疏”。樁位布置平面如圖3所示。

圖3 建筑物止傾及加固微型樁平面布置

5.2 建筑物糾傾設計

根據(jù)原巖土勘察報告可知，建筑物下地基土主要由粉土、黏性土及粉細砂等構成的，按JGJ/T 406—2017《預應力混凝土管樁技術標準》第5.2.5條，管樁單樁豎向極限承載力標準值計算公式為：

(1)

根據(jù)計算可知，預應力管樁在本地質條件下單樁豎向極限承載力標準值Quk中總極限側阻力標準值Qsk占大部分(55%～60%)，該管樁為端承摩擦樁。設法降低管樁的側摩阻力可有效增大樁基沉降變形的效果，使建筑物在自重的作用下而產(chǎn)生迫降，從而達到建筑物糾傾的目的。所以決定采用在預應力管樁樁側設置擾動孔，擾動孔深度同管樁深度。通過在擾動孔內射流取土來降低管樁的側摩阻力，使樁端產(chǎn)生刺入變形，達到建筑物回傾目的[6-7]。但是，樁側具體的射流擾動施工參數(shù)、擾動深度范圍、擾動角度范圍等的確定，目前還沒有一種理論計算公式能夠分析。故采用擾動建模進行分析[8]，在樁側擾動施工前，采用MIDAS/GTS軟件模擬分析樁側擾動對樁基變形的影響，基本計算過程如下。

1)設置基本假設條件 ①采用梁單元模擬基樁；②樁土界面采用接觸面單元，接觸面處于接觸且滑動狀態(tài)。

2)設定荷載 模擬在樁頂施加大小為2 200kN的集中荷載。

3)在保證樁側擾動后基樁承載力不失穩(wěn)的前提下，通過多個擾動角度和擾動范圍的模擬擾動比選，選定擾動糾傾方案：基樁雙側射水取土擾動，擾動孔距樁側300mm，擾動角度范圍為60°，上下擾動基樁樁長范圍，如圖4所示。按照設計擾動方案下基樁的沉降約為45mm，如圖5所示，按本建筑物東西測點間距34m計算，回傾值約為1.3‰，所以本高層建筑物的糾傾目標值設置為1.5‰。

圖4 模型示意

圖5 雙側擾動下樁基沉降曲線

6 建筑物糾傾加固施工過程控制

6.1 建筑物東側微型鋼管樁止傾加固施工控制

糾傾前的止傾加固是在建筑物沉降較大的一側施工微型樁。微型樁施工穿透筏板基礎，然后在基礎下土層中泥漿循環(huán)成孔，難免對地基有輕微擾動，止傾施工過程中采用以下兩項措施來減小施工擾動產(chǎn)生的沉降和東西傾斜率的增加。

6.1.1止傾樁施工質量控制

建筑物下地基土大多是流動性較強的粉土、黏性土及粉細砂構成，止傾樁成孔施工過程中最重要的是避免塌孔和縮徑現(xiàn)象。塌孔容易造成地基土的流失，從而造成止傾施工的沉降過大傾斜率增加，縮徑會降低止傾樁的承載力，而使微型樁達不到止傾效果，增加糾傾施工難度。

所以止傾樁成孔施工時及時采用黏土護壁，成孔、注漿、下鋼管等各工種及時銜接，縮短施工擾動時間。保證樁的注漿量及樁端二次壓漿，提高樁的承載力。待微型樁樁身達到一定強度后及時施工與樓筏板基礎連接的最東側一排樁承臺，盡快讓微型樁發(fā)揮止傾作用。

6.1.2根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)調整施工順序

止傾樁施工采用間隔施工，避免區(qū)域內集中施工擾動導致局部沉降過大。如東側止傾施工產(chǎn)生沉降較大時，建筑物東側施工止傾樁的同時在西側施工擾動孔，西側擾動孔施工也是穿透原基礎筏板，并取出基礎下土體，同樣使西側沉降減小或抵消東側止傾樁施工擾動沉降而產(chǎn)生的東西沉降差，避免或減小建筑物傾斜率的增加。

通過以上措施，建筑物東側止傾樁施工完成時，東側3個觀測點沉降平均為1.57mm，西側3個觀測點的平均沉降為0.9mm，東西沉降差為0.67mm，按東西測點間距34m可知，止傾樁施工使建筑物傾斜率只增加了0.02‰，且東側各測點沉降速率明顯減小，表明微型樁止傾達到了預期效果，為接下來的糾傾施工提供了條件。

6.2 建筑物樁側擾動糾傾施工控制

6.2.1樁側擾動糾傾施工控制原則

1)擾動順序自建筑物沉降小的區(qū)域向沉降大的區(qū)域擾動。

2)先擾動樁側微型樁孔，后擾動樁側孔。

3)擾動的區(qū)域分布密度先由疏到密，再由密到疏。

4)在監(jiān)測數(shù)據(jù)的指導下，樁側擾動孔內的擾動角度范圍以60°不變，樁長范圍內由上到下，先擾動至1/3樁長范圍，再擾動至2/3樁長范圍，最后擾動全部樁長范圍。

5)樁側擾動按照由上到下、循序漸進的原則施工，控制建筑物最西側監(jiān)測點日沉降量不大于1mm/d。

6)當建筑物的傾斜率回傾至1.6‰左右時，根據(jù)東側止傾樁施工產(chǎn)生的沉降數(shù)值及糾傾回傾速率，確定是否減緩或停止糾傾擾動施工。擾動孔平面布置如圖6所示。

圖6 擾動孔布置平面

6.2.2樁側微型樁孔擾動糾傾施工

任何一個迫降糾傾工程基本都沒有成熟完整的掏土、擾動等參數(shù)的計算公式，都是根據(jù)傾斜建筑物的結構基礎形式、地質條件等實際情況入手，逐步通過試探性的取土、擾動等迫降手段，獲得在傾斜建筑物特定環(huán)境下沉降變形數(shù)據(jù)，然后根據(jù)一系列的實際參數(shù)加強擾動范圍和力度使建筑物沉降回傾。

建筑物西側布置的加固微型樁先成孔至管樁深度，也作為樁側擾動孔。從開始在西側樁側微型樁孔內射水取土施工至西側沉降速率大于東側，即已成功啟動回傾，然后逐步增加擾動設備和擴大擾動區(qū)域，即擾動建筑物西側所有樁側微型樁孔，擾動施工方向由西向東反復施工。在西側樁側微型樁孔反復射水擾動期間，當回傾速率逐漸減小且保持一段時間不變時，即加大每一個擾動孔內的射水壓力和擾動時間。增加了擾動時間使擾動孔內的地基土比原來上返的多，基礎下地基土得到進一步削弱。大流量水泵向孔內射水，從孔底開始，上返泥漿帶出地基土，削弱地基承載力，為樁側擾動提供空間。

6.2.3樁側擾動糾傾施工

當在微型樁孔射水擾動數(shù)遍后，建筑物的回傾還遠未達到目標值，此時開始在樁側擾動孔內射水擾動。按照擾動糾傾施工控制原則，樁側擾動孔內擾動施工控制如下。

1)前期樁側微型樁擾動孔內射水取土擾動，已使預應力管樁周圍土體松動，樁側擾動孔距離管樁更近，射水取土擾動后使樁側土體排出也卸去部分樁側阻力，降低樁基的承載力效果更明顯。按照由西往東、先由疏到密再由密到疏的順序施工，防止擾動過度使建筑物樁基承載力迅速下降而產(chǎn)生局部沉降過大過快的情況發(fā)生。

2)為保證樁側擾動降阻施工過程中建筑物不會出現(xiàn)突沉的現(xiàn)象，樁側擾動施工按照循序漸進的原則，在監(jiān)測數(shù)據(jù)的指導下，樁側擾動孔內的擾動角度范圍以60°不變，樁長范圍內由上到下，先擾動至1/3樁長范圍，再擾動至2/3樁長范圍，最后擾動全部樁長范圍。擾動糾傾過程中沉降速率控制不能超過1mm/d。

3)糾傾過程中建筑物的沉降一般為：沉降→穩(wěn)定→再沉降→再穩(wěn)定的反復過程，當樁側擾動糾傾從逐步開始到緩慢進行的過程中，建筑物各監(jiān)測點的沉降速率也由小變大，但必須在規(guī)定值之內。但隨著各個階段的擾動次數(shù)達到一定值，射水擾動對此樁側范圍內的側阻降低效果已逐漸減小，建筑物沉降回傾速率也逐漸變小，此時即開始下一階段的擾動，使建筑物的沉降回傾速率再平穩(wěn)增大。

當樁側擾動糾傾從1/3樁長范圍到全部樁長范圍的過程中，擾動深度是逐漸增加的，受土壓力及水壓的影響，為了保持建筑物的回傾速率，樁側擾動孔內的射水壓力由12MPa逐漸增加至18MPa，每個孔射水擾動時間也由原來的10min增加至15min，射流擾動施工如圖7,8所示。

圖7 樁側擾動剖面

圖8 樁側擾動示意

6.2.4樁側擾動施工的動態(tài)調整

本建筑物的糾傾施工回傾基本是在樁側擾動階段，但沒有前期微型樁擾動孔射水取土使基礎下土體松動，也不會使樁側擾動有這么明顯的回傾效果，也避免了直接進入樁側擾動階段需要大力度、大幅降低樁基承載力而產(chǎn)生沉降突變等不可控因素的風險。

根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，在建筑物的回傾過程中東西方向同一軸線上的監(jiān)測點沉降值要呈線性，南北方向上同一軸線上的監(jiān)測點沉降值要同步。當沉降不呈線性或不同步時，需要及時調整糾傾擾動的區(qū)域和方式。如某個點或區(qū)域沉降較小時，需要在此區(qū)域同時進行微型樁孔和樁側孔的擾動施工，擾動施工根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)循序漸進，做到安全可控。

6.3 建筑物西側擾動區(qū)域注漿加固及微型樁加固施工控制

6.3.1樁側擾動孔注漿

糾傾達到目標值后，樁側擾動孔轉為地基加固注漿孔，立即進行樁側注漿施工，通過注漿補強擾動的樁側土體，逐漸恢復樁周摩阻力，保證建筑物糾傾后的沉降穩(wěn)定和安全使用。

6.3.2西側微型樁加固施工

西側微型樁加固施工同東側止傾樁施工要求。擾動糾傾施工及樁側擾動孔注漿完成后，建筑物西側沉降速率會逐漸減小，因西側微型樁孔在糾傾施工時作為擾動孔進行過多遍射水擾動，部分微型樁孔在繼續(xù)鉆進成樁之前已塌孔，所以繼續(xù)成樁施工時也要采取護壁措施并保證樁的灌注質量。

西側微型樁加固施工過程中根據(jù)監(jiān)測結果顯示，建筑物的沉降速率逐漸減小且平穩(wěn)，待所有加固微型樁施工完成且建筑物西側擾動區(qū)域各觀測點的沉降速率全部小于0.1mm/d后，一同施工建筑物東西兩側剩余加固微型樁承臺[9]。

6.4 本高層建筑物糾傾加固施工全過程

1)根據(jù)設計方案先進行東側止傾施工，施工過程中采取相應措施控制建筑物的沉降，使建筑物傾斜率只微量增加。

2)根據(jù)既定擾動順序開始在微型樁孔內射水取土擾動，緩慢啟動建筑物的回傾。

3)樁側擾動孔內射水取土擾動，降低承擔建筑物大部分荷載的基樁側摩阻力，使建筑物的回傾速度平穩(wěn)加快。

4)當建筑物的傾斜率由3.04‰降至1.6‰時，停止擾動糾傾施工，隨即進行西側地基注漿及微型樁加固施工。

5)跟蹤監(jiān)測貫穿糾傾加固施工全過程，建筑物各沉降監(jiān)測點沉降速率符合規(guī)范要求且平穩(wěn)可控，經(jīng)觀測，建筑物在糾傾加固1個月后的100d內各沉降點側沉降速率已都在0.04mm/d之內，符合規(guī)范標準，建筑物的傾斜率也降至1.5‰，達到了糾傾加固的效果，沉降觀測點布置如圖9所示。

圖9 沉降觀測點布置示意

7 建筑物糾傾加固施工全過程跟蹤監(jiān)測、科學分析、動態(tài)調整

在糾傾加固施工階段要善于對各種檢測數(shù)據(jù)進行綜合分析，準確判斷傾斜建筑物的受力情況、回傾狀態(tài)，并正確決策下一步的糾傾加固措施。

動態(tài)調整與糾傾加固施工常說的信息化施工相似，但著重強調“調整”。本高層建筑物糾傾施工在監(jiān)測數(shù)據(jù)的指導下，從開始微型樁孔內擾動啟動回傾，逐步加大擾動區(qū)域、力度及時間，微型樁孔和樁側孔擾動交叉施工，使建筑物的回傾速度平穩(wěn)加快并可控，做到了在監(jiān)測數(shù)據(jù)指導下的糾傾施工動態(tài)調整，保證了糾傾施工安全、可靠、平穩(wěn)、可控。

8 結語

1)造成建筑物傾斜的因素多種多樣，充分掌握每一個傾斜建筑物的詳細情況，分析造成傾斜的最主要因素，進而有針對性地制定最合適的糾傾加固方案。

2)樁側擾動能有效降低PHC管樁的承載力，從而使建筑物在自重荷載的作用下沉降實現(xiàn)回傾，但要根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)控制擾動力度。

3)高層建筑物糾傾加固施工是一個精細化施工管理的過程，各施工階段的技術控制都要承上啟下，盡最大努力保證糾傾施工百分之百的成功率。

4)建筑物糾傾加固施工全過程跟蹤監(jiān)測、科學分析、動態(tài)調整控制技術在本高層建筑物糾傾加固施工中充分應用，并指導施工順利完成，為以后建筑物糾傾加固施工提供了借鑒。