孫劍平范士元江宗寶高翔郭道通

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

0 引言

近年來，建筑物糾傾和加固技術(shù)不斷發(fā)展，在一些工程中得到了成功應(yīng)用。張衛(wèi)喜等[2]采用鉆孔取土的方法成功糾傾了一座傾斜度達(dá)到113%的古塔。周健男等[3]采用樁基托換頂升糾傾了某住宅樓，其效果顯著。曹明星等[4]提出樹根樁地基加固法加固糾傾了某項目。吳江斌等[5]、牛文慶等[6]和朱彥鵬等[7]用錨桿靜壓樁進(jìn)行地基加固，加固后建筑的最大沉降約控制在10 mm，表明地基加固是有效的。崔少華等[8]、成勃等[9]在基礎(chǔ)不再沉降的前提下，制定了在地下一層切斷剪力墻、繞旋轉(zhuǎn)軸頂升和連接的糾傾方案，并且提出了在頂升期間監(jiān)測要點(diǎn)。劉選朋等[10]采用迫降糾傾進(jìn)行注漿加固技術(shù)處理，通過變形監(jiān)測，最后達(dá)到了正常使用的要求。GROMYSZ[11]糾傾了某11層的傾斜住宅樓采用頂升的方法，并結(jié)合數(shù)值模擬分析了荷載的傳遞路徑。微型樁在建筑物基礎(chǔ)托換中應(yīng)用廣泛，20世紀(jì)50年代，芳特臺爾Fondedile公司研制出了一種直徑較小的灌注樁，取名樹根樁，也稱微型樁[12]。江宗寶等[13]、孫川等[14]、孫訓(xùn)海等[15]采用微型樁托換技術(shù)加固處理建筑物，加固后進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，均達(dá)到了預(yù)期的效果。付艷青[16]針對某建筑物獨(dú)立基礎(chǔ)沉降較大的現(xiàn)象，提出利用微型樁將上部荷載傳至下部巖層以控制沉降的加固措施。

采用微型樁托換加固與樁孔取土糾傾相結(jié)合的方法對住宅樓加固糾傾:(1)對于沉降大的一側(cè)，采用微型樁進(jìn)行托換加固，阻止其繼續(xù)下沉(止沉)；(2)將沉降較小一側(cè)的托換微型樁先成孔至需要取土的土層，孔內(nèi)合理取土使該側(cè)地基產(chǎn)生沉降，最終達(dá)到糾傾扶正的效果。糾傾完成后繼續(xù)成孔至微型樁設(shè)計樁端深度，完成微型樁托換，阻止沉降繼續(xù)發(fā)展，加固與糾傾相結(jié)合，既可以保證糾傾的安全，又可以加快施工的速度。

1 工程概況

1.1 建筑物概況

某小區(qū)共6棟住宅樓，樓間為地下車庫，住宅樓及車庫平面位置如圖1所示。住宅樓地上6層、地下1層，建筑高度為18 m、長為51.2 m、寬為13.7 m。住宅樓主體為框架結(jié)構(gòu)，采用筏板基礎(chǔ)，其厚度為550 mm；車庫地下1層，采用獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板，防水底板厚度為300 mm，車庫與住宅樓的基礎(chǔ)底面標(biāo)高均為-5.5 m(相對于主樓±0.0 m)，持力層均為粉質(zhì)黏土層。6棟住宅樓及車庫主體結(jié)構(gòu)完成后均發(fā)生了不同程度的沉降或不均勻沉降，其中位于小區(qū)北側(cè)的1＃和2＃樓因不均勻沉降向北傾斜，位于小區(qū)南側(cè)的5＃和6＃樓因不均勻沉降向南傾斜，4棟樓的整體傾斜均已達(dá)到或超過GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的允許值4‰[17]；中部3＃和4＃樓未發(fā)生明顯的不均勻沉降。由于地下車庫與住宅樓的沉降差異，造成地下車庫的結(jié)構(gòu)局部發(fā)生破壞。

圖1 住宅樓及車庫平面布置圖

1.2 工程地質(zhì)條件

場地地層自上而下分別為粉質(zhì)黏土、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、礫砂混角礫層及全風(fēng)化云母片巖，各土層性質(zhì)見表1。

場地地下水包括潛水和承壓水兩種，潛水主要含水層為粉質(zhì)黏土和粉土層，穩(wěn)定水位埋深為1.0～1.3 m。承壓水的主要含水層為礫砂層，承壓水水頭高度為1.0～1.5 m。

2 住宅樓傾斜原因分析

2.1 地質(zhì)條件

工程場區(qū)地層表層和中部分布有壓縮性較高的粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，在荷載作用下整體沉降大。對原設(shè)計的地基承載力進(jìn)行計算復(fù)核，此時主樓僅考慮其自身荷載。修正后持力層(粉質(zhì)黏土層)承載力特征值為128 kPa、基底平均壓力為101.9 kPa，持力層承載力滿足GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[17]要求；住宅樓北側(cè)基底壓力為104.5 kPa、南側(cè)基底壓力為97.3 kPa，北側(cè)基底壓力稍大于南側(cè)基底壓力，但荷載偏心滿足規(guī)范[17]要求。修正后的軟弱下臥層(淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層)承載力特征值為157.6 kPa，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層頂面附加應(yīng)力與土自重壓力之和為136.4 kPa，軟弱下臥層地基承載力滿足規(guī)范[17]要求。住宅樓與南側(cè)地下車庫最終沉降量相差較大，是住宅樓傾斜的主要原因。

2.2 回填土的影響

只考慮主樓建筑物自身荷載作用時，計算得出主樓建筑物基礎(chǔ)筏板中心沉降量為197.7 mm，沉降量偏大；計算筏板南側(cè)沉降量為121.2 mm、北側(cè)沉降量為129.9 mm，偏心荷載下住宅樓傾斜值僅為0.67‰。此時，住宅樓的傾斜率很小。北側(cè)回填土厚度約4.8 m，在該側(cè)回填土荷載作用下主樓北側(cè)沉降量增加61.4 mm，主樓南側(cè)沉降量增加7.2 mm，建筑物傾斜值增加4.17‰。

2.3 地下車庫結(jié)構(gòu)的影響

MIDAS/GEN是一款有限元結(jié)構(gòu)分析軟件，分析功能全面、建模方便、快速，使用范圍廣。可以準(zhǔn)確分析混凝土框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形的變化，采用MIDAS/GEN軟件建立有限元模型，分析地下車庫結(jié)構(gòu)對主樓基底壓力及變形的影響。梁、柱均采用梁單元，樓板采用板單元，筏板基礎(chǔ)及車庫獨(dú)立基礎(chǔ)采用實(shí)體單元，有限元模型如圖2所示；自北向南定義為1～8軸線，其示意圖如圖3所示；主樓及車庫基底反力圖如圖4所示；沉降圖如圖5所示。

依據(jù)輔導(dǎo)員的職業(yè)定位和工作職責(zé)，結(jié)合話語權(quán)的獲取途徑、傳播方式、發(fā)展方式，遵循思想政治教育規(guī)律、教書育人規(guī)律、學(xué)生成長成才規(guī)律，我們不難發(fā)現(xiàn)輔導(dǎo)員在開展思想政治教育工作中的話語權(quán)具有以下特征:強(qiáng)制性與非強(qiáng)制性、滲透性與非滲透性、歷史性與動態(tài)性。

圖2 1＃樓有限元模型圖(含地下車庫)

圖3 建筑物軸線示意圖

圖4 1＃樓及車庫基底反力圖

圖5 1＃樓及車庫沉降圖

由圖4可知，主體結(jié)構(gòu)一側(cè)不設(shè)置地下結(jié)構(gòu)時，結(jié)構(gòu)的基底反力呈“碟”形對稱分布，設(shè)置地下車庫后，住宅樓北側(cè)基底壓力增加了1.4 kPa，南側(cè)基底壓力減小了13.1 kPa，與地下車庫相連的一側(cè)基底壓力減小明顯。同時與主樓相連的地下車庫一側(cè)基底壓力增加了42.5 kPa。由圖5可知，主體結(jié)構(gòu)不設(shè)置單側(cè)地下結(jié)構(gòu)時，沉降對稱分布。設(shè)置單側(cè)地下結(jié)構(gòu)后，住宅樓北側(cè)沉降增大了1.2 mm，住宅樓南側(cè)沉降減小了9.0 mm，導(dǎo)致主樓進(jìn)一步向北傾斜。受主樓的影響，地下車庫靠近主體結(jié)構(gòu)一側(cè)沉降增加的幅度更大，這是導(dǎo)致主樓與地下車庫連接處結(jié)構(gòu)破壞的主要原因。住宅樓與地下車庫結(jié)構(gòu)上連為一體，部分荷載通過結(jié)構(gòu)傳遞給地下車庫，致使鄰近車庫位置的主樓基底附加壓力減小，進(jìn)而導(dǎo)致沉降減小，加劇了主樓的傾斜。

3 加固與糾傾方案設(shè)計

3.1 方案選擇

根據(jù)鑒定時建筑物沉降觀測速率，最大沉降速率為0.095 mm/d，距離JGJ 8—2016《建筑變形測量規(guī)范》[18]要求的0.01～0.04 mm/d還有較大的差距；考慮到住宅樓活荷載尚未施加，且淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土相對較厚，該工程沉降穩(wěn)定所需的時間較長；建筑物沉降和傾斜的發(fā)展會導(dǎo)致主樓與地下車庫連接部位的結(jié)構(gòu)破壞加劇，因此加固處理6棟住宅樓地基。鑒于1＃、2＃、5＃、6＃樓傾斜已超出4‰，超過GB 50007—2011[17]要求，還應(yīng)對其進(jìn)行糾傾處理。綜上分析，對該工程的1＃、2＃、5＃、6＃樓進(jìn)行托換加固及糾傾，對3＃、4＃樓進(jìn)行托換加固。對地基進(jìn)行微型鋼管樁托換加固，由于該場地地下水位較高，上部土質(zhì)較軟，采用掏土或輻射井等方法糾傾對原有結(jié)構(gòu)破壞較大，降水帶來的不均勻沉降也會增加糾傾時的風(fēng)險，因此優(yōu)先選用地基應(yīng)力解除法進(jìn)行糾傾迫降，極大地提高了施工的安全性。

3.2 方案設(shè)計

微型鋼管樁布置綜合考慮建筑物結(jié)構(gòu)類型、傳力途徑等諸多因素，優(yōu)先將微型鋼管樁布置在荷載大的墻柱附近，如圖6所示；南側(cè)筏板范圍的微型樁同時作為應(yīng)力解除孔進(jìn)行糾傾迫降。

圖6 1＃樓微型樁平面圖/mm

(1)加固方案確定

1＃樓共布置106棵微型樁，北側(cè)1/3范圍內(nèi)加密布置。微型樁單樁豎向承載力特征值為430 kN，可分擔(dān)建筑物總荷載的65%。按照減沉復(fù)合疏樁計算[19]，補(bǔ)樁后基礎(chǔ)最終沉降量為77.1 mm，相比原筏板基礎(chǔ)，可減小120.6 mm的沉降量，考慮該工程沉降已部分完成，托換加固后建筑物沉降滿足規(guī)范要求。

(2)糾傾方案確定

糾傾采用地基應(yīng)力解除法進(jìn)行，糾傾孔在筏板上成孔，利用微型樁孔進(jìn)行掏土和沖水。當(dāng)微型樁孔間距較大時，在樁位之間增設(shè)直徑為108 mm的糾傾孔，孔深為9.0 m。掏土或沖水次數(shù)根據(jù)現(xiàn)場沉降觀測情況動態(tài)調(diào)整，施工期間最大糾傾沉降速率控制在＜2 mm/d。考慮到應(yīng)力擴(kuò)散需要一定時間，土體變形沉降是一個緩慢的過程。糾傾完成后還需進(jìn)行微型樁的施工，施工擾動還會導(dǎo)致該側(cè)建筑物繼續(xù)下沉，因此糾傾階段預(yù)留一定糾傾量，以免矯枉過正。工程要求建筑物最終平均傾斜率＜1.5‰，因此在建筑物傾斜達(dá)到2.0‰時停止糾傾，進(jìn)行后期微型樁的托換施工。

(3)技術(shù)要求

微型樁主體采用外徑為133 mm、壁厚為5 mm的鋼管，施工時首先在筏板基礎(chǔ)上開孔，采用鉆機(jī)泥漿護(hù)壁成孔，成孔直徑為220 mm、微型樁樁長為15 m，要求樁端進(jìn)入第④層礫砂混角礫層≥2 m。成孔清孔后放入鋼管，用壓力注M40水泥砂漿，并采用樁端二次壓漿工藝。樁頂新增承臺，新承臺采用植筋與原筏板相連，微型樁及承臺如圖7所示。

圖7 微型樁及大樣圖

由于住宅樓與地下車庫相連，為了減小車庫對糾傾影響，將住宅樓與地下車庫在結(jié)構(gòu)上斷開，即切開地下車庫底板(厚度為300 mm)和側(cè)墻(厚度為250 mm)，切縫寬度≥150 mm。為防止結(jié)構(gòu)斷開后建筑物的傾斜瞬時增加，切開底板和側(cè)墻之前施工筏板北側(cè)位置的微型樁，阻止住宅樓沉降繼續(xù)發(fā)展，北側(cè)托換樁及承臺施工完成后，在建筑物南側(cè)利用微型樁鉆孔不斷取土、沖水，隨著糾傾進(jìn)行，住宅樓南側(cè)沉降量加大，建筑物逐漸回傾。糾傾達(dá)到要求后南側(cè)樁孔進(jìn)行微型樁及承臺施工，同時用水泥砂漿封堵新增糾傾孔。

4 加固及糾傾安全控制

糾傾的關(guān)鍵是做到可控性和有效性，動態(tài)設(shè)計、信息化施工在糾傾工程中尤其重要。在施工中及時跟蹤糾傾過程建筑物沉降、傾斜的變化以及結(jié)構(gòu)裂縫的開展情況，通過監(jiān)測及時調(diào)整施工，確保建筑物糾傾過程的安全。工程北側(cè)托換樁施工時相鄰樁進(jìn)行跳打，以避免樁周土體的擾動加劇、基礎(chǔ)產(chǎn)生附加沉降。需要迫降的一側(cè)，設(shè)置好足夠數(shù)量的地基應(yīng)力解除孔，即可按計劃從孔內(nèi)分別沖水掏土。根據(jù)施工期間位移監(jiān)測情況，調(diào)整掏土量及掏土孔設(shè)置。

施工期間1＃樓沉降監(jiān)測點(diǎn)如圖8所示，其南側(cè)、北側(cè)沉降平均值變化曲線如圖9所示，糾傾結(jié)束時監(jiān)測點(diǎn)累計沉降值見表2。

圖8 1＃樓沉降監(jiān)測點(diǎn)布置圖

由圖9和表2監(jiān)測點(diǎn)沉降變化可知，1＃樓北側(cè)微型樁施工期間由于微型樁施工過程對樁周土體產(chǎn)生擾動，住宅樓發(fā)生輕微下沉，其沉降量約為5.96 mm。北側(cè)微型樁鎖定后，糾傾施工期間北側(cè)沉降增加量僅為2.59 mm，沉降平穩(wěn)。糾傾期間，建筑物兩側(cè)平均沉降差減小28.85 mm，平均傾斜率已降至1.8‰，達(dá)到了糾傾目標(biāo)。微型樁及承臺施工完成后建筑物沉降趨于穩(wěn)定。加固及糾傾施工完成后兩個月監(jiān)測時，建筑物兩側(cè)沉降差減小了34.4 mm，平均傾斜率降至1.35‰，達(dá)到了糾傾的目標(biāo)；且建筑物沉降速率最大為0.008 mm/d，沉降已穩(wěn)定。通過對比建筑物內(nèi)部沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，整個施工過程建筑物南北向沉降基本為線性，結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)新裂縫。

表2 1＃建筑物沉降監(jiān)測值表

圖9 1＃樓糾傾期間南、北側(cè)平均沉降變化曲線圖

5 結(jié)論

經(jīng)上述研究可以得到以下結(jié)論:

(1)建筑物發(fā)生傾斜的原因主要在于工程場區(qū)內(nèi)存在壓縮性較高的土層，導(dǎo)致住宅樓和相鄰地下車庫的沉降量相差較大。住宅樓一側(cè)有回填土?xí)M(jìn)一步加大建筑物的傾斜。

(2)微型樁發(fā)揮了減小建筑物沉降的作用，能夠有效控制新的不均勻沉降產(chǎn)生。住宅樓兩側(cè)沉降差減小，傾斜率降低，最終達(dá)到了加固糾傾的目的。

(3)微型樁結(jié)合樁孔取土糾傾，加固與糾傾相結(jié)合，既減小糾傾施工對基礎(chǔ)的破壞，又避免托換與糾傾的相互干擾。工程實(shí)踐中，可以通過隔樁施工減小附加應(yīng)力，通過增加豎向孔、調(diào)整成孔進(jìn)度加快糾傾的速度。