既有高層建筑物糾偏加固探討

張金虎 中國鐵路上海局集團有限公司辦公室

1 工程概況

1.1 機關(guān)3號樓及服務(wù)樓基礎(chǔ)概況

集團公司機關(guān)3號樓建成于1983年，為框架結(jié)構(gòu)建筑，現(xiàn)為地下一層，地上八層的辦公樓。3號樓的地基基礎(chǔ)為箱型基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底標高-3.6 m，天然地基，柱距6 m。

機關(guān)服務(wù)樓是將原3號樓北側(cè)地上二層的附樓拆除后，在原址新建地上3層樓，于2003年5月竣工。機關(guān)服務(wù)樓采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底標高-2.1 m。

3號樓和機關(guān)服務(wù)樓采用沉降縫分割，在施工過程中，對3號樓采用水泥土圍護樁進行隔離保護。

1.2 沉降偏斜概況

3號樓及機關(guān)服務(wù)樓竣工后均發(fā)生不均勻沉降和偏斜，根據(jù)房屋質(zhì)量檢測報告（2014年3月）的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，雖然各監(jiān)測點沉降速率小于0.04 mm/d規(guī)范值，但較為接近0.04 mm/d的規(guī)范值，并且由于建筑物的南北方向測點中最大偏斜率向北傾斜11.8‰；東西方向測點中最大偏斜率向東4.1‰。根據(jù)危險房屋鑒定標準中建筑物偏斜直≤10‰的限值，需要對3號樓在后續(xù)使用過程中繼續(xù)加強監(jiān)測發(fā)現(xiàn)問題，及時采取相應(yīng)措施，防止繼續(xù)沉降、傾斜。具體偏斜情況見表1。

表1 建筑偏斜情況匯總表

2 不均勻沉降、偏斜原因初步分析及穩(wěn)定性預(yù)判

2.1 不均勻沉降、偏斜原因初步分析

根據(jù)上鐵院出具的巖土工程勘察報告，作為地基持力層的②31層，該層地基承載力一般可滿足本工程荷載要求，說明出現(xiàn)不均勻沉降的原因并不是因地基承載力不滿足要求，或地基土存在明顯不均勻造成的，初步分析引發(fā)不均勻沉降、偏斜原因如下：

（1）建設(shè)原因。本工程3號樓為8層框架結(jié)構(gòu)箱型基礎(chǔ)，機關(guān)服務(wù)樓為3層磚混結(jié)構(gòu)條形基礎(chǔ)，兩工程相接建造，基底荷載相互影響，導致地基土受力不均勻后出現(xiàn)變形差異?；蛘呖赡艽嬖诮ㄖ跗?，施工精度未滿足設(shè)計要求或者存在設(shè)計缺陷等原因，導致偏心受壓的情況出現(xiàn)，并逐步加劇。

（2）后期擾動。根據(jù)巖土工程勘察報告，位于機關(guān)服務(wù)樓邊的勘探孔其淺部土層固結(jié)程度明顯高于3號樓周邊勘探孔，不符合荷載疊加地段地基土固結(jié)程度更高的一般規(guī)律，造成此現(xiàn)象的原因一方面可能是機關(guān)服務(wù)樓受3號樓壓迫影響，導致北側(cè)地基土承擔了較大的偏心荷載，另一方面可能為后期新建樓房施工導致3號樓基礎(chǔ)受到擾動影響，3號樓北側(cè)地基土在擾動與荷載共同作用下出現(xiàn)較大程度的固結(jié)。新建的客專調(diào)度樓主體與機關(guān)服務(wù)樓東北角的距離約18 m左右，其地下室邊線距離僅4 m左右，施工期擾動可能會對相鄰的地基土產(chǎn)生較大影響，影響形式主要為震動引發(fā)的地基土次固結(jié)或地下水位降低引發(fā)的地基土次固結(jié)。

（3）綜合原因。根據(jù)本工程偏斜監(jiān)測資料，3號樓在機關(guān)服務(wù)樓建設(shè)以前已經(jīng)發(fā)生偏斜，在機關(guān)服務(wù)樓建設(shè)期間、客專樓建設(shè)期間，均發(fā)生了不同程度的偏斜，偏斜原因簡單歸為前期建設(shè)原因或后期施工擾動原因都欠妥，因此本工程極可能為在多重因素綜合作用下導致的偏斜。

2.3 機關(guān)3號樓及服務(wù)樓現(xiàn)狀穩(wěn)定性預(yù)判

根據(jù)近幾年沉降監(jiān)測資料，3號樓不具備收斂性，南北兩側(cè)地基土固結(jié)程度大致相當，因此判斷，偏斜趨勢尚未穩(wěn)定，存在繼續(xù)偏斜的可能，甚至存在加速偏斜的可能，而機關(guān)服務(wù)樓一直受到3號樓壓迫影響，同樣存在偏斜的可能，因此對機關(guān)3號樓糾偏加固迫在眉睫。

3 制約糾偏加固措施的幾條因素

（1）作為地基持力層的②31層為中等液化土層，依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，該層不能直接作為天然地基持力層使用，需采用有效措施消除液化影響。為了保證本工程抗震安全性，需要將本次糾偏加固工程將此問題考慮在內(nèi)，一并處理。

（2）本工程周邊建筑林立，既有建筑物與3號樓最近距離為4 m，最遠為22 m，且地下管線繁多，同時地基加固時，要確保3號樓正常辦公，確保機關(guān)大院秩序正常，地下室凈高為2.4 m，空間非常狹小，因此本工程場地環(huán)境也是制約糾偏加固方案的因素之一。

（3）場地地下水位較淺，既有3號樓及機關(guān)服務(wù)樓基礎(chǔ)均位于地下水位之下，且基底以下為砂質(zhì)粉土層，該層為潛水含水層，透水性較好，施工時要注意降水對周邊地坪、地下管線和建筑物的影響，因此場地地下水也是制約本工程糾偏加固方案的重要因素之一。

4 糾偏加固對應(yīng)的措施

通過對3號樓及服務(wù)樓的分析，結(jié)合3號樓施工現(xiàn)場環(huán)境，本工程主要是對集團公司機關(guān)3號樓進行地基加固，采用錨桿靜壓樁進行作業(yè)。地基加固過程中需要加強對既有3號樓、機關(guān)服務(wù)樓以及周圍建筑物、管線、地面進行全面監(jiān)測，監(jiān)測其水平、垂直變形量以及變形速率。施工完成后，要持續(xù)對其進行監(jiān)測，直到3號樓整體穩(wěn)定后方可結(jié)束監(jiān)測。

5 錨桿靜壓樁施工

5.1 錨桿靜壓樁

錨桿靜壓樁是錨桿技術(shù)和靜壓樁技術(shù)相結(jié)合形成的一種樁基礎(chǔ)施工工藝，通過在基礎(chǔ)上埋設(shè)錨桿固定壓樁反力架，利用建筑物的自重作為壓樁反力，用壓樁機將樁段從基礎(chǔ)中預(yù)留或開鑿出的壓樁孔內(nèi)逐段壓入土體中，然后將樁與基礎(chǔ)連在一起，從而達到提高地基承載力和控制不均勻沉降的目的。錨桿靜壓樁施工機具輕便靈活，施工方便，可在狹小的空間內(nèi)進行加固作業(yè)，具有能耗低、無振動、無噪音、無污染等特點，施工影響小等優(yōu)點。如圖1所示。

5.2 施工方法

5.2.1 確定壓樁順序

錨桿靜壓樁在建筑地基糾偏加固時，一般會在沉降較大的部位開始壓樁，采取分片、間隔跳打。布孔由疏到密對稱均勻，逐步向沉降較小的部位進行推進；多臺樁基施工時，需要對稱作業(yè)。施工時根據(jù)壓樁順序要求，需要對每根樁進行逐根編號，按照既定順序進行施工，同時做好相應(yīng)的壓樁記錄、監(jiān)測等配套工作。本工程壓樁總體順序如圖2所示。

圖1 錨桿靜壓法沉樁結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 壓樁總體順序圖

5.2.2 施工方法

（1）施工準備。施工前將所需要的材料和施工機具準備齊全。根據(jù)本工程項目特點結(jié)合工程進度，配備壓樁設(shè)備4套以及相關(guān)配套設(shè)施設(shè)備；相關(guān)材料包括預(yù)制鋼管樁段、錨筋、環(huán)氧樹脂、鋼筋等。同時施工現(xiàn)場做好各項防護措施，確保施工現(xiàn)場安全，保證施工能夠按計劃實施。

（2）施工工藝流程。錨桿靜壓樁施工流程：開壓孔樁和錨桿孔→植入錨筋→安裝反力架→進行壓樁施工→接樁→拆除設(shè)備、填充素砼→封樁、樁與基礎(chǔ)連接。

（3）鑿壓樁孔和錨桿孔，植入錨筋。本工程在既有基礎(chǔ)地板上開孔，開孔難度較大，施工時采用水鉆鉆孔的方式進行。

成型后的壓樁孔還應(yīng)按照設(shè)計要求形成坡度，即上小下大截頭錐形體，截面需鑿毛處理，同時及時排除地下水。成型后錨桿孔確保成孔內(nèi)沒有任何垃圾和水分，本工程錨筋與基礎(chǔ)底板相連，采用8.8級錨桿，直徑為φ25 mm，用環(huán)氧樹脂膠植入錨筋。

（4）安裝反力架。反力架安裝按規(guī)定要求必須牢固，不能松動，且要保持整體垂直。

（5）壓樁施工。壓樁時，要使千斤頂與樁段軸線保持垂直，且在一條直線上，嚴禁偏壓。本工程4臺樁機同時作業(yè)時，按確定的壓樁順序?qū)ΨQ進行，防止基礎(chǔ)受力不均而導致傾斜，總壓樁力不得大于該節(jié)點基礎(chǔ)上的建筑物自重。同時記錄樁入土深度和壓力表的讀數(shù)，檢查該節(jié)樁是否壓完。壓樁過程中應(yīng)連續(xù)進行，不得中途暫停，以防因暫停時間過長造成壓樁力驟增，樁壓不下去等質(zhì)量事故。如確實需要停頓，也應(yīng)停留在軟土層中，且停頓時間不宜超過24 h。

（6）接樁。本工程由于層高和管道的限制，鋼管樁單節(jié)長度為1 m，每根樁需要20節(jié)樁段，因此對樁身垂直度控制非常關(guān)鍵。接樁時，采用型鋼夾具對上下兩節(jié)樁進行固定、調(diào)整垂直度后再進行點焊固定，確保垂直度在偏差允許的范圍內(nèi)再滿焊，再進行壓樁，直到壓到設(shè)計要求為止。

（7）拆除設(shè)備、填充素砼。拆除壓樁支架，將鋼管樁內(nèi)填充C25素砼混凝土，同時在樁頭按設(shè)計要求預(yù)埋部分錨筋。

（8）封樁、樁與基礎(chǔ)連接。封樁時，將壓樁孔內(nèi)雜物清理干凈，按照施工圖將樁頭預(yù)埋錨筋與原有基礎(chǔ)鋼筋焊接在一體，澆筑C35快硬微膨脹抗?jié)B混凝土（抗?jié)B等級為P8），澆筑好的的混凝土要搗實，使樁與既有基礎(chǔ)結(jié)合成為一個整體，并按規(guī)定養(yǎng)護好混凝土。

6 變形監(jiān)測情況

6.1 沉降分析

本工程2015年3月3日進行首期監(jiān)測，施工壓樁于2015年7月13日結(jié)束，2015年9月22日完成施工期的最后一次監(jiān)測，2018年12月21日完成第135期監(jiān)測，通過與對比發(fā)現(xiàn)，最大沉降量（106天）為2.3 mm，最大沉降速率為0.02 mm/d，最大累計沉降量（1384天）為54.7 mm。根據(jù)規(guī)定：當沉降速率小于0.01 mm/d～0.04 mm/d時，認為已經(jīng)進入穩(wěn)定階段，故認為3號樓及服務(wù)樓進入穩(wěn)定階段。

6.2 偏斜分析

2015年2月28日進行首期監(jiān)測，

2015年9月22日完成施工期的最后一期監(jiān)測，2018年12月21日完成第117期監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，各監(jiān)測點偏斜無明顯變化。

綜上所述，后期繼續(xù)保持監(jiān)測即可。附沉降監(jiān)測圖3。

圖3 沉降監(jiān)測圖

7 結(jié)束語

本工程施工完成后，通過持續(xù)對3號樓和機關(guān)服務(wù)樓以及周邊建筑物進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果已經(jīng)進入穩(wěn)定階段，后期持續(xù)保持監(jiān)測，目前機關(guān)3號樓正常使用，且使用良好。