建筑物糾偏技術(shù)探索

□劉小波

建筑物糾偏是指已有建筑物由于某種原因造成偏離垂直位置，而發(fā)生傾斜，嚴重影響正常使用，所采取的糾傾加固的措施，以期恢復其正常使用功能。

在世界建筑史上，由于勘察、設(shè)計、施工、使用、維護管理以及自然災害等諸多方面的原因，使既有建筑物或在建工程的地基不均勻下沉，導致上部建筑產(chǎn)生傾斜災害的事故層出不窮。這種建筑物往往都是建筑在軟土、砂土、膨脹土或濕陷性黃土等特殊性土地基上的，對建筑在該地基上的建筑物糾偏的最好方法就是對其地基進行有效的處理，使已經(jīng)傾斜的建筑物恢復到原來的正常狀態(tài)。國外著名的意大利比薩斜塔、加拿大特郎斯康谷倉等就是建筑物傾斜的例證。在我國，自改革開放以來，隨著城市建設(shè)的加快，工業(yè)與民用建筑的數(shù)量與日俱增，工程建設(shè)難度也日益加大，地基失穩(wěn)而導致的建筑物傾斜的事故也數(shù)見不鮮。由于當代建筑物越建越多，體量越來越大，基礎(chǔ)越來越深，使得上部建筑對地基的要求越來越高，而相應的場地條件如果得不到加強和改善，建筑物傾斜事故的發(fā)生也就在所難免，且一旦發(fā)生，輕者影響建筑物的正常使用，嚴重時使其喪失使用功能，甚至倒塌破壞，造成重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。我國《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007—2002)中對建筑物的地基變形允許值規(guī)定如表1。對超出規(guī)范規(guī)定變形值的建筑物必須進行處理，并滿足規(guī)范要求后才能投入使用。對于那些已經(jīng)發(fā)生傾斜的建筑物，其結(jié)構(gòu)有些并未被破壞，如果廢棄不用或拆除，將會給國家和人民帶來極大的損失，但若能使用安全可靠、經(jīng)濟合理、技術(shù)上可行的糾偏方法，對其地基進行加固處理，將已經(jīng)傾斜的建筑物扶正過來，使其恢復正常的使用功能將是一件很有益的事情。

表1 建筑物變形允許值一覽表

一、建筑物糾偏的原因

導致建筑物發(fā)生偏斜的原因有很多，主要有工程勘察、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝、臨近建筑施工或堆載影響、自然災害等。工程勘察是由于勘察不準，設(shè)計有誤，導致地基承載力不足，主要表現(xiàn)為勘察點布置過少、勘察數(shù)據(jù)失真、過高估計土的承載力或設(shè)計時漏算荷載、勘察時未發(fā)現(xiàn)地基下存在未發(fā)現(xiàn)的地下洞穴等。結(jié)構(gòu)設(shè)計失誤是設(shè)計人員對地基或基礎(chǔ)問題的重要性認識不足，常把復雜的地基或基礎(chǔ)問題簡單化處理，導致建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生不均勻沉降，上部結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜。基礎(chǔ)設(shè)計和基礎(chǔ)布置造型不當，建筑物平面布置、體型、荷載重心位置及沉降縫設(shè)置欠合理，荷重不對稱等。建筑施工質(zhì)量:建筑施工質(zhì)量低劣，偷工減料，弄虛作假以及施工方法不當?shù)仁窃斐山ㄖ飪A斜的又一個重要原因。建筑物周邊由于施工或其他原因造成積水，使房屋地基部分浸水導致不均勻的偏斜;建筑物內(nèi)或周邊有大量的堆載造成局部承擔較大的附加壓力，引起局部沉降。由于山體滑坡、砂土地震液化等自然災害引起的建筑物偏斜?？傊?，造成建筑物傾斜的因素是多方面的。為了取得比較理想的糾偏加固效果，針對不同的工程實際，我們應該在查明建筑物傾斜原因的基礎(chǔ)上選擇相應的糾偏加固技術(shù)。

二、建筑物糾偏的方法

建筑物糾偏的方法可分為迫降法、抬升法以及綜合法。迫降法是指將沉降量較小的部分采取強制措施在短時間內(nèi)增加其沉降，使建筑物的沉降量達到平衡。具體有陶土法、水處理法、加壓法、砂基振搗局部液化法、淤泥觸變法、樁體卸載法燈。抬升法是指將沉降量較大的部分采用抬升的方法，調(diào)整建筑物各部分的沉降，達到糾偏的目的。具體有頂升法、地基注漿膨脹抬升法、雙灰樁法燈。綜合法就是將兩種或多種方法聯(lián)合起來采用綜合的手段進行糾偏。具體有浸水陶土法、浸水加壓法、浸水雙灰樁法、壓入樁陶土法、基礎(chǔ)減壓加強剛度法等。

選擇方案時，要針對建筑物偏斜原因，結(jié)合工程、地質(zhì)情況，合理選擇糾偏方案。在方案實施的過程中，要進行效果的監(jiān)控，對沉降量、偏移量等進行監(jiān)測，保證方案的安全進行，如果出現(xiàn)問題要及時進行分析，并快速調(diào)整方案。

三、陶土法介紹

陶土糾偏法是指對發(fā)生不均勻沉降的建筑物，沉降量較小一側(cè)的基礎(chǔ)下掏出部分土，使該部分基礎(chǔ)部分臨空，產(chǎn)生沉降，以調(diào)整與另一側(cè)的沉降差異，達到糾偏的目的。建筑物地基掏土糾偏法適用于粘土、粉土、砂土、黃土、淤泥、淤泥質(zhì)土、填土等地基上的淺基礎(chǔ)，而且要求建筑物上部結(jié)構(gòu)的剛度和整體性較好，處于安全的正常使用狀態(tài)。這種方法在實際的工程中應用較多，最早由意大利人在對比薩斜塔的治理中提出，經(jīng)過多年的發(fā)展，以及結(jié)合我國的實際情況，我國學者在陶土法的基礎(chǔ)上提出了很多的新方法與新技術(shù)。陶土法在實際的工程當中，沉降量較大的一側(cè)一般需要進行加固。

(一)陶土法與靜壓樁結(jié)合。秦尚林等、王愛平等、楊中貴通過具體的工程實踐對這些方法進行了介紹與討論。秦尚林等的論文中，該工程主體結(jié)構(gòu)為6 層框架結(jié)構(gòu)，但整體剛度較差，采用天然地基，基礎(chǔ)型式為400mm 厚整板基礎(chǔ);產(chǎn)生偏斜的原因是地基以下有軟弱土(淤泥質(zhì)粉土)層，且分布不均，沉降較少一側(cè)持力層為雜填土，造成地基的不均勻;在上部還存在有偏心受壓的情況。分析原因后，在沉降較大一側(cè)采用花管注漿的方法進行地基加固;在沉降較少的一側(cè)采用淺層水平陶土的方法來增加其沉降。陶土遵循“少量”、“多次”的原則，并在糾偏過程中進行監(jiān)測。在這個工程中，對淤泥質(zhì)粉土采用了注漿的方式處理而非靜壓樁，是為了保證基礎(chǔ)在糾偏的過程中不會因為上部結(jié)構(gòu)承力不均而產(chǎn)生破壞。王愛平等的論文中，工程的主體結(jié)構(gòu)為6 層磚混結(jié)構(gòu)，樓高20.6m，天然地基，基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)(630.32m2)。樓房位于原長湖邊緣，天然地基軟硬不均(西側(cè)較硬、東側(cè)較軟);上部結(jié)構(gòu)分布不合理，重心在東側(cè)(地基土為強度低、壓縮性高土的一側(cè));在樓房的一側(cè)有錘擊灌注樁施工，施工中對土有震沖擾動;這些是造成該樓產(chǎn)生偏斜的原因。此工程中，東側(cè)土體采用錨桿靜壓樁進行加固;在西側(cè)進行水平陶土迫降;并在中段垂直陶土，解除中部地基應力使基礎(chǔ)進行轉(zhuǎn)動;在達到糾傾要求后，采用注漿對陶土孔進行回填。本工程中，東側(cè)未采用前一論文中的注漿，而是采用的錨桿靜壓樁;究其原因是上部結(jié)構(gòu)存在差異，前一論文中構(gòu)造柱少需要多排靜壓樁，會造成建筑物底板的損傷，而本工程中上部整體剛度好，可以采用靜壓樁，這亦是采用較多的方法;而中部的垂直陶土也是比較實用的一種處理。楊中貴的論文中，建筑物為6 ～7 層框架結(jié)構(gòu)，底面面積為213.6m2;采用天然基礎(chǔ)，墻下鋼筋混凝土基礎(chǔ)，寬2m，埋深2.6m。該工程位于湖南省懷化市，土層(粘土)土體疏散，雨季過后地下水位上升，持力層軟化土體強度降低，而持力層的土層的成因與埋深差異較大，上部結(jié)構(gòu)也存在偏心壓力。此論文主要是強調(diào)靜壓樁在糾傾工程中的作用，大致的方法與前一工程相差不大。以上三種方法都是陶土法中比較常見的，三個工程中的基礎(chǔ)都是淺基礎(chǔ)，軟弱土層有淤泥質(zhì)粉土、粘土等;造成傾斜的原因也不盡相同，但共同點為有一側(cè)的地基情況較好，另一側(cè)則沉降較大;基礎(chǔ)的型式一般為筏型或其他整體剛度較好的基礎(chǔ);這說明陶土法配合靜壓樁或注漿等其他加固方法對淺基礎(chǔ)的糾傾很適用，但在具體的工程中對沉降較大側(cè)的加固要采用適宜的方法。

(二)陶土灌水法。徐向東、孫劍平等提出了陶土灌水法，并在濟南某建筑的糾偏工程中，對陶土灌水法進行了實踐?！疤屯凉嗨m傾法”(簡稱“掏灌法”)是采用在房屋沉降小的一側(cè)掏土灌水，在成孔的某一半徑范圍內(nèi)因掏孔和灌水而加大地基應力，地基應力重分布并形成塑性區(qū)，使基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降。設(shè)計時根據(jù)房屋的上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)及地基共同工作原理，假定上部及基礎(chǔ)是屬于剛性的，當一側(cè)發(fā)生較大偏移是基礎(chǔ)底面還是一個平面，整體向同一側(cè)偏移。這種方法要對陶土孔位置、高度及深度等進行計算，還要對灌水量進行設(shè)計;基礎(chǔ)的沉降一般發(fā)生在孔內(nèi)灌滿水后，孔壁被水浸泡后發(fā)生塌落，開始時注水量大于掏孔體積，在發(fā)生塌落后，注水量慢慢減少。在這個過程中，基底土體在浸水后發(fā)生向外塌落，可能會造成不可控制的沉降，在設(shè)計與施工的過程中要考慮周全，嚴密監(jiān)控。具體實踐工程中，該建筑物為磚混結(jié)構(gòu)住宅樓，樓高24.2m，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，地基土層條件好，發(fā)生偏斜的原因是北側(cè)及東側(cè)有廢棄的防空洞。首先對防空洞采取壓力注漿的方法封堵，防止其進一步塌落，在較大的部分用微型管樁托換，沉降小的一側(cè)采用陶土灌水法，在達到糾傾效果后及時對陶土孔用水泥漿或水泥砂漿填充。這種方法用于砂土、粉土、粉質(zhì)粘土及粘土等地基土中的糾偏，但要求地基的承載力高，并且結(jié)構(gòu)的整體作用效果好的工程。在施工的過程中，由于灌水量的難以控制，灌水后陶土孔內(nèi)土體的塌落情況亦難以控制，這種方法在土質(zhì)條件差的工程中難以采用。

與灌水法類似的有沖水陶土法，沖水掏土法糾偏是將水槍深入到基礎(chǔ)下臥土層中進行沖水，通過破壞地基土的結(jié)構(gòu)性，使得部分地基土與水混合變?yōu)槟酀{流出，從而迫使建筑物下沉。胡琦等利用有限元的方法對沖水陶土法進行分析，建立建筑物、基礎(chǔ)以及地基共同作用的有限元模型。采用弱化單元剛度法模擬沖水陶土過程，單元剛度取決于材料彈性模量;陶土量與彈性模量間的關(guān)系由孔隙率的改變來實現(xiàn)。在這個方法中，難以控制的是沖水量以及沖水區(qū)域，在沖水陶土的過程中，沖水速率、沖水土層埋深、沖水進深等影響下，陶土量與陶土速率控制是十分關(guān)鍵的，否則造成沉降無法控制，導致糾偏失敗。吳秀峰等通過有限元分析，驗證孔徑及其排列是沖孔掏土糾偏法的重要參數(shù);提供孔徑、孔深和孔距的修正設(shè)計公式;提高了沖孔掏土糾偏法的安全系數(shù)。對沖孔掏土糾偏法采用基于數(shù)值分析和有限元分析的復合模擬理論，突破了現(xiàn)有數(shù)值分析的非直觀性和有限元的離散性。提出預先設(shè)計過程和公式，改變了用掏土量和基地壓力來估計的現(xiàn)狀。

(三)陶土法在樁基礎(chǔ)建筑物糾偏中的應用。陶土法一般用于淺基礎(chǔ)型式，很少用于樁基礎(chǔ)。朱芳敏等通過對具體工程的分析，探究了深層陶土法在樁基礎(chǔ)住宅樓中的可行性。項目為5 ～6 層住宅樓，建筑群內(nèi)填土近3m，正是由于這個原因，樓宇內(nèi)外堆土高度存在差異，引起了住宅樓的整體傾斜。上部結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，三柱兩跨;基礎(chǔ)采用振動沉管灌注樁基礎(chǔ)，樁長約18 m，樁端位于力學性質(zhì)相對較好的黏土層中;整棟房屋共用了293 根振動沉管灌注樁。造成樓房傾斜的主要原因:一是場地所在地軟土埋藏極深(＞100 m)，樁基礎(chǔ)基本上屬于摩擦樁，幾乎全靠樁側(cè)摩阻力提供反力;二是在大面積堆土荷載作用下，樁端土的沉降及樁的變位必然對房屋傾斜趨勢有較大影響。采用有限元分析，建立共同作用的平面應變模型，土體采用修正劍橋模型，遠場區(qū)域采用無限元與有限元耦合分析。采用控制位移的方法來模擬，人為地控制掏土段孔壁土體向孔內(nèi)擠淤的位移，以觀察孔周圍土體的位移趨勢和樁側(cè)樁土相對位移的變化。通過分析得知:深層掏土糾偏法是可以應用于樁基礎(chǔ)的，掏土使得掏土孔周圍的土體向孔內(nèi)擠淤時，樁的摩阻力有部分轉(zhuǎn)變?yōu)樨撝?，樁的有效承載力減小，而作用在樁上的荷載增加，這樣就有可能迫使樁基沉降，從而達到糾偏的目的。但由于掏土使樁的摩阻力減小及單樁荷載增加的量受掏土段的深度約束，糾偏效果還受樁所承擔的荷載與其極限荷載的比值有關(guān)。所以必須和其它糾偏方法聯(lián)合使用，或者通過減小堆載等措施，綜合多方面因素，以到達糾偏的目的。

(四)小結(jié)。以上介紹了幾種陶土與其他方法結(jié)合的糾偏方案，在實際的工程當中，對不同的情況進行分析，采用不同的方法。陶土法應用較多的是在淺基礎(chǔ)的工程中，有很多的優(yōu)點，為此也可以探究其在其他的基礎(chǔ)條件下的適用性。

四、結(jié)語

建筑物的糾偏技術(shù)有很多，以上只對部分陶土法進行了介紹?，F(xiàn)在的工程條件日漸復雜，對建筑物的要求也越來越嚴格;只用一種糾偏的方法是不可能完成的，需要針對實際情況采用最適宜的方法;并借鑒以前的類似工程;在施工的過程中要嚴格監(jiān)測，保證糾偏的安全。

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