某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑頂升糾傾技術(shù)方案的研究與實(shí)踐

宋育鋒 謝昌順 李 想

(福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350108)

一般來說，傾斜率超過一定限值的建筑不應(yīng)繼續(xù)使用，但考慮到建筑價值、重建成本等因素，業(yè)主更愿意采用糾傾加固的方法將其保留。因此，建筑糾傾技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，隨著行業(yè)競爭日趨激烈，大量工程著眼于降低施工成本，較少關(guān)注提高糾傾精度和安全性。本文結(jié)合泉州某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑頂升糾傾工程實(shí)例，將PLC 同步液壓系統(tǒng)（下稱“PLC系統(tǒng)”）應(yīng)用于建筑糾傾，在降低成本的基礎(chǔ)上，大大提高精度和安全性，實(shí)現(xiàn)信息化施工。

1 工程概況

福建省泉州市某舊廠房為地上四層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，無地下室，東西長23.6m，南北寬15.6m，一層層高約4.00m，二～四層高均約3.70m，屋面樓梯間層高約2.90m。建筑基礎(chǔ)形式為柱下條形基礎(chǔ)?；A(chǔ)平面布置如圖1所示。巖土工程勘察報(bào)告揭示該場地內(nèi)淺層土體為回填土和淤泥質(zhì)土。

圖1 基礎(chǔ)平面布置示意圖

該廠房建于20世紀(jì)90年代，現(xiàn)擬辟為展覽館，遂對其進(jìn)行檢測鑒定。檢測發(fā)現(xiàn)，建筑整體向西南方向傾斜，傾斜率最大達(dá)7.4‰，已超過該類型建筑傾斜率不超過4‰的要求[1]，需進(jìn)行糾傾。

2 糾傾方案比較和制定

2.1 方案比較

建筑常用糾傾方法有迫降法和頂升法。迫降法通過將建筑沉降較小一側(cè)的地基土部分掏除，使建筑回傾，但會降低建筑標(biāo)高。本工程周邊路面多次改造，室內(nèi)地面已低于路面標(biāo)高，不利后續(xù)使用，故采用頂升法較為適宜。頂升法是將建筑整體頂升，通過調(diào)整建筑各部位的頂升量，使建筑沿某一點(diǎn)或某一直線做整體平面轉(zhuǎn)動使其恢復(fù)原位[2]。

頂升糾傾主要分為整體法和斷截面法。整體法是將建筑從基礎(chǔ)到上部結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行頂升，可以保證建筑整體不受到破壞。斷截面法是在柱子某一標(biāo)高處設(shè)置托換梁系，將柱所受荷載轉(zhuǎn)換至頂升裝置，切斷柱截面后進(jìn)行頂升。斷截面法需斷開基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的連接，施工難度較小，成本較低。

2.2 方案制定

考慮到該建筑原基礎(chǔ)持力層為回填土，易受擾動影響，故采用錨桿靜壓樁基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)加固，將上部荷載直接傳入深層土體，利于建筑的長期使用安全，并為頂升施工提供作業(yè)面。

為了提高頂升糾傾施工的精確性和安全性，實(shí)現(xiàn)信息化施工，頂升設(shè)備采用PLC系統(tǒng)。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際條件和施工成本、難易程度等方面的綜合考量，確定該建筑采用錨桿靜壓樁基礎(chǔ)預(yù)加固后，斷截面頂升糾傾的方案進(jìn)行處理。

3 糾傾設(shè)計(jì)與施工

頂升糾傾主要步驟為：土方開挖→錨桿靜壓樁基礎(chǔ)→托換梁系→PLC系統(tǒng)布置→柱截?cái)唷斏m傾→建筑恢復(fù)。

3.1 頂升量確定

根據(jù)傾斜觀測的結(jié)果，結(jié)合糾傾后各角點(diǎn)的傾斜率均不大于4‰為控制指標(biāo)，綜合考慮后糾傾率設(shè)計(jì)值為最大3.7‰。將該建筑每根框架柱作為一個頂升點(diǎn)，根據(jù)糾傾率設(shè)計(jì)值，頂升轉(zhuǎn)動點(diǎn)頂升量為800mm，最大頂升點(diǎn)為959mm，按線性確定其他頂升點(diǎn)的頂升量。

3.2 錨桿靜壓樁基礎(chǔ)

錨桿靜壓樁截面尺寸300x300mm，樁長約24m，單節(jié)樁長2m，共12節(jié)，焊接接樁。采取壓樁力控制為主，樁長為輔保證成樁。單樁承載力特征值為500kN，終壓力為1000kN。

安裝反力架時需檢查架體垂直度，與錨桿可靠錨固，避免晃動。單根樁壓樁應(yīng)一次到位，做好壓樁記錄。接樁時應(yīng)檢查兩節(jié)樁偏位情況和垂直度。封樁前應(yīng)將壓樁孔中的雜物清理干凈，澆筑時應(yīng)振搗密實(shí)，保證施工質(zhì)量。

圖2 托換梁系

3.3 托換梁系

托換梁系由托換梁和聯(lián)系梁兩部分組成，如圖2 所示。托換梁位于柱斷面上方，用于轉(zhuǎn)換豎向荷載至頂升設(shè)備。聯(lián)系梁將托換梁相互連接，提高托換梁系整體性和剛度。

托換梁梁寬需考慮千斤頂及鋼墊塊的寬度，梁高及配筋按照懸挑梁進(jìn)行設(shè)計(jì)。

托換梁縱筋應(yīng)穿柱植筋，可采用高壓灌注的方法[3]，保證托換梁縱筋與原框架柱的可靠連接。

托換梁系宜少留施工縫，不可避免時宜留置在聯(lián)系梁處?；炷翉?qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，在靜壓錨桿樁承臺和托換梁間布置千斤頂。

3.4 頂升糾傾

3.4.1 PLC系統(tǒng)概況

PLC系統(tǒng)較傳統(tǒng)人工頂升具有高精度、高可控性的優(yōu)勢，主要應(yīng)用于施工精度要求較高的橋梁支座更換、舊橋改造等工程。隨著近年來對建筑位移精確性、安全性等要求的提高，PLC系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于建筑位移。PLC系統(tǒng)分為實(shí)時監(jiān)控和液壓動力兩部分，可以對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行集中操作、分散監(jiān)控。PLC系統(tǒng)能夠通過傳感器實(shí)時采集建筑頂升時各部位的位移、壓力數(shù)據(jù)信息，并將這些信息和已設(shè)定好的安全閾值做比對，通過改變電機(jī)的工作電源頻率控制給油速率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對不同荷載下千斤頂同步頂升的精確控制，頂升誤差在0.5mm以內(nèi)。

3.4.2 PLC系統(tǒng)布置與調(diào)試

本次頂升共用56 個雙作用千斤頂，額定工作荷載為1000KN，行程200mm，帶自鎖裝置和球頭偏載鞍座。

連接油管時應(yīng)仔細(xì)檢查，錯接或漏接可能導(dǎo)致頂升時千斤頂與托換梁脫空等嚴(yán)重后果。

頂升糾傾施工前應(yīng)根據(jù)各框架柱擬頂升的高度計(jì)算臨時支撐所需墊塊的規(guī)格及數(shù)量，并將其分類放置便于取用。臨時支撐如圖3所示。

圖3 PLC系統(tǒng)與臨時支撐

3.4.3 正式頂升糾傾

正式頂升前應(yīng)進(jìn)行試頂升，需檢查PLC系統(tǒng)工作情況、建筑上下部斷開情況；對建筑進(jìn)行稱重，若與計(jì)算荷載出入過大，則應(yīng)進(jìn)行檢查及復(fù)核。

正式頂升時，根據(jù)各柱頂升量折算成比例系數(shù)輸入控制器中，PLC 系統(tǒng)即按比例系數(shù)進(jìn)行頂升糾傾，實(shí)現(xiàn)高精度、自動化頂升作業(yè)?？刂迫藛T需對比例系數(shù)進(jìn)行微調(diào)，控制各千斤頂?shù)膲毫痉显摽蚣苤芰η闆r，并判斷PLC系統(tǒng)的工作情況。

頂升過程應(yīng)定時對受力構(gòu)件、PLC系統(tǒng)進(jìn)行檢查，及時消除隱患；并對建筑四角傾斜率進(jìn)行觀測，結(jié)合實(shí)際頂升量綜合分析，驗(yàn)證作業(yè)是否符合預(yù)期要求。

頂升結(jié)束前應(yīng)對建筑傾斜率進(jìn)行最終觀測和確認(rèn)。

3.4.4 建筑恢復(fù)

建筑恢復(fù)的主要工作是重新連接柱和基礎(chǔ)，拆除托換梁系，加固界面薄弱處。

界面薄弱處可用外包鋼等方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

4 結(jié)語

本文以某鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)頂升糾傾工程為實(shí)例，系統(tǒng)介紹了錨桿靜壓樁基礎(chǔ)加固后采用斷截面法頂升糾傾的技術(shù)，徹底解決了淺基礎(chǔ)建筑糾傾后出現(xiàn)復(fù)傾的問題。

糾傾裝置采用PLC 系統(tǒng)提高了精度和安全性，成本上較傳統(tǒng)人工頂升減少約70%。

本工程施工時間約150d，將傾斜率降至4‰以下，效果良好，可為同類工程提供參考。