某高層建筑物室內(nèi)聯(lián)合迫降糾偏加固方法的應(yīng)用

郭俊杰

(上海長(zhǎng)凱巖土工程有限公司 上海 200093）

0 引言

地質(zhì)條件較好地區(qū)，建筑物通常采用天然地基，不僅可以節(jié)省工期，還可以節(jié)省造價(jià)，是一種優(yōu)勢(shì)比較明顯的地基選型方案。由于設(shè)計(jì)缺陷、地基處理施工質(zhì)量、局部軟弱土體、深層軟弱層、室外堆土、基坑開挖、降水、土體濕陷等原因，天然地基的建筑物極易發(fā)生不均勻沉降，引起建筑物傾斜、結(jié)構(gòu)開裂等問題，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全和正常使用。

建筑物出現(xiàn)不均勻沉降且沉降速率無(wú)收斂趨勢(shì)時(shí)，需要先進(jìn)行基礎(chǔ)加固，使建筑物處于穩(wěn)定狀態(tài)。錨桿靜壓樁是一種常用的基礎(chǔ)加固方法，且有豐富的成功案例，對(duì)于沉降較大側(cè)，可以采用預(yù)應(yīng)力封樁的方法快速止沉，對(duì)于沉降較小側(cè)可采用注漿和預(yù)留沉降的方法進(jìn)行被動(dòng)糾偏［1］?；A(chǔ)加固完成后，可對(duì)建筑物進(jìn)行糾偏，主要有頂升糾偏和迫降糾偏。對(duì)于糾偏量不大的建筑物，迫降糾偏方法具有成本低、施工風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)勢(shì)。付斌［2］在建筑物沉降較小一側(cè)的室外開挖輻射井，輻射井內(nèi)設(shè)置若干射水孔，通過(guò)高壓水沖走土體，降低地基土強(qiáng)度，完成了上海一幢5層砌體結(jié)構(gòu)房屋的迫降糾偏。在輻射井迫降糾偏方法的基礎(chǔ)上，配合室外斜孔掏土的方法，可以提高迫降糾偏的效率［3］。袁開軍等人［4］采用注漿的方法對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行加固，并采用分批掏土糾偏的方案解決了北京某11層高層建筑的嚴(yán)重傾斜與地基沉降不穩(wěn)定的問題。張勤羽［5］提出了一種在軟土地區(qū)建筑物沉降較小一側(cè)的基底取土的糾偏方法，通過(guò)減少地基土支撐面積，在上部荷載的作用下，增加地基土有效應(yīng)力，加速沉降。在濕陷性黃土地區(qū)，孫琪等人［6］提出了多豎井開挖分批水平掏土迫降+錨索加壓調(diào)控+鋼管樁與灰土樁加固的綜合糾偏加固措施。對(duì)于有樁基的建筑物，可采用截樁的方法降低地基承載力，加速沉降較小一側(cè)的沉降，陳立榮［7］提出的截樁可控糾偏技術(shù)較早在國(guó)內(nèi)實(shí)施應(yīng)用，近幾年新型截樁迫降技術(shù)也有較多成功案例［8-9］。

目前常用的迫降糾偏方法大多在室外施工［10-11］，很難兼顧項(xiàng)目的保密性；單一的掏土糾偏或者輻射井沖水糾偏的效率較低；而截樁迫降糾偏不僅成本較高，而且具有一定的“突沉”風(fēng)險(xiǎn)。以往案例大多為多層建筑，具有地下室的高層建筑迫降糾偏鮮有報(bào)道。

本文結(jié)合安陽(yáng)某11層高層住宅項(xiàng)目，避開常規(guī)迫降糾偏方法的短處，提出在室內(nèi)施工，采用錨桿靜壓樁預(yù)應(yīng)力封孔技術(shù)快速控制沉降，并采用掏土聯(lián)合沖水振搗進(jìn)行迫降糾偏，高效解決建筑物傾斜問題，為迫降糾偏提供了一種新的綜合處理方案。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

安陽(yáng)某一高層住宅地上11 層+1 層閣樓，地下1層。地下1層層高為2.75 m，上部各層層高均為2.9 m，房屋高度32.50 m，室內(nèi)外高差為0.6 m，東西長(zhǎng)約42.8 m，南北寬約14 m，為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)采用天然地基，持力層為第①層粉土，承載力特征值為120 kPa；修正后的地基承載力為203 kPa，基礎(chǔ)形式為筏板基礎(chǔ)，板厚600 mm，埋深3.45 m。

主體結(jié)構(gòu)完成后，進(jìn)行安裝工程施工時(shí)發(fā)現(xiàn)，電梯安裝困難，建筑物出現(xiàn)較嚴(yán)重不均勻沉降，且無(wú)收斂趨勢(shì)，亟需進(jìn)行基礎(chǔ)加固和糾偏處理。

1.2 地質(zhì)條件

原勘察報(bào)告根據(jù)鉆探和標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果，揭露出場(chǎng)地土層主要有粉土和粉質(zhì)粘土組成。自上而下各土層分布情況及主要物理力學(xué)指標(biāo)如表1 所示，典型地質(zhì)剖面如圖1所示。

表1 場(chǎng)地土體主要物理力學(xué)指標(biāo)Tab.1 Main Physical and Mechanical Indexes of Site Soil Mass

圖1 典型地質(zhì)剖面Fig.1 Typical Geological Section （mm）

1.3 沉降及傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，建筑物沉降狀況可分為如下3個(gè)階段（沉降觀測(cè)點(diǎn)平面布置如圖2所示）：

圖2 沉降觀測(cè)點(diǎn)平面布置Fig.2 Plane Layout of Settlement Observation Points （mm）

⑴第一階段：主體結(jié)構(gòu)施工，2017年8月～2017年11 月。從處理前監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線（見圖3）中可知，主體結(jié)構(gòu)在從一層施工至閣樓的過(guò)程中，沉降量不斷增加，沉降速率逐漸變大。東南角沉降最大，累計(jì)沉降量達(dá)到65.93 mm；西北角沉降最小，累計(jì)沉降量為31.71 mm；南北最大傾斜已達(dá)到0.113%，最大沉降速率4.89 mm/d。2017年12月～2018年1月為停工狀態(tài)，東南角最大沉降量為7.06 mm，沉降速率有所趨緩。

圖3 處理前監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線Fig.3 Settlement Curve of Monitoring Points before Treatment

⑵第二階段：填充墻、抹灰、安裝等施工，2018年2月～2018年8月。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，第二階段沉降速率隨著荷載的增加迅速加快，東南角第二階段沉降量達(dá)到103.79 mm。

⑶第三階段：觀測(cè)階段，2018年9月～2018年10月。第三階段基本無(wú)荷載增加，但是建筑物的沉降未趨于穩(wěn)定，南側(cè)平均沉降速率仍大于0.04 mm/d。

通過(guò)各階段的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以表明，地基承載力無(wú)法滿足上部荷載要求，最大傾斜已達(dá)到0.284%（處理前）。如果再不采取加固措施，建筑物差異沉降不斷增大，將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全和后期使用。

1.4 不均勻沉降原因分析

對(duì)比分析原勘察報(bào)告中該區(qū)域各層土標(biāo)貫擊數(shù)（見表2）可以看出，建筑物基底下土層的平均標(biāo)貫擊數(shù)呈現(xiàn)西大東小的趨勢(shì)，與西側(cè)沉降小，東側(cè)沉降大的特征相吻合。

表2 標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistical of Standard Penetration Blows

從補(bǔ)充勘察的雙橋靜力觸探結(jié)果（見圖4）同樣可以看出，在基底以下約7 m范圍內(nèi)，建筑物東南角以下的土體qc值和fs值明顯低于建筑物西南角以下的土體。東、西側(cè)地基承載力特征值差異明顯，后期沉降量也會(huì)有較大差異。

圖4 雙橋靜力觸探對(duì)比曲線Fig.4 Comparison Curve of Double Bridge Static Penetration Test

天然地基持力層為第①層粉土，施工過(guò)程中易受擾動(dòng)?？辈靻挝惶峁┑尿?yàn)槽報(bào)告顯示，基槽內(nèi)頂部地基土受擾動(dòng)。而施工時(shí)，基底土體很難做到差異化處理。

現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，建筑物西側(cè)部分地基土由于受林木影響，地基土含水量較低，承載力較大。

綜合考慮原勘察報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果、補(bǔ)充勘察的雙橋靜力觸探結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)施工情況、周圍環(huán)境等因素，建筑物發(fā)生不均勻沉降的主要原因是東側(cè)地基承載力相對(duì)于西側(cè)低，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)未對(duì)東、西側(cè)天然地基進(jìn)行區(qū)別處理。隨著上部荷載的增加，東南區(qū)域（沉降觀測(cè)點(diǎn)M5、M6、M7）沉降速率遠(yuǎn)大于西北區(qū)域，從而東、西側(cè)差異沉降不斷加大。

2 基礎(chǔ)加固糾偏設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)方案分兩個(gè)部分，第一部分為沉降較大區(qū)域的基礎(chǔ)加固，第二部分為沉降較小區(qū)域的迫降糾偏。

2.1 基礎(chǔ)加固方案

加固處理時(shí)建筑物已完成填充墻施工，地下室空間狹小，最大凈高不足2.9 m，業(yè)主要求全部處理工作均在室內(nèi)完成。因此，選擇錨桿靜壓鋼管樁進(jìn)行基礎(chǔ)加固。

針對(duì)基底土體分布的特點(diǎn)，在地下室東南區(qū)域，先施工第一批鋼管樁，樁型為?273×8，材質(zhì)Q235，樁長(zhǎng)約16 m，樁端持力層位于第⑥層粉質(zhì)粘土中，?273×8 樁頂錨入底板底面以上約10 cm，?273×8 鋼管頂插入H200×200×8×12傳力型鋼（頂面高出底板頂面約10～20 cm，后期放置千斤頂進(jìn)行預(yù)應(yīng)力封樁），單樁承載力特征值為550 kN，以壓樁動(dòng)阻力控制為主，樁長(zhǎng)控制為輔，終樁動(dòng)阻力不小于1 100 kN。壓樁完成后，采用預(yù)應(yīng)力封樁技術(shù)使鋼管樁快速承受上部荷載。預(yù)應(yīng)力封樁如圖5所示。

圖5 預(yù)應(yīng)力封樁Fig.5 Prestressed Pile Sealing

迫降糾偏完成后，為防止建筑物后期有過(guò)大的沉降，需施工第二批鋼管樁，樁型為?219×8，材質(zhì)Q235，樁長(zhǎng)約16 m，樁端持力層位于第⑥層粉質(zhì)粘土中，?219×8 樁頂錨入底板底面以上約10 cm（無(wú)傳力型鋼，后期不進(jìn)行預(yù)應(yīng)力封樁），單樁承載力特征值為425 kN，終樁動(dòng)阻力≥850 kN。封樁前，在第二批鋼管樁頂部設(shè)置不同厚度的泡沫板（厚度2～7 cm，詳見圖6），根據(jù)建筑物傾斜情況，預(yù)留后期沉降量。

圖6 基礎(chǔ)加固平面布置Fig.6 Foundation Reinforcement Layout Plan

2.2 迫降糾偏方案

迫降糾偏采用的是多種糾偏方法聯(lián)合使用的綜合方案。

首先在沉降較小區(qū)域，利用第二批錨桿靜壓鋼管樁的壓樁孔（孔徑約300 mm，深度打穿底板），在底板下掏土，掏土直徑≥1.5倍壓樁孔，深度≥2 m。通過(guò)在基底掏土，可減少底板與地基土的接觸面積，增大土體應(yīng)力，加速沉降。

然后在掏土孔內(nèi)采用高壓水沖刷地基土（高壓水不大于1 MPa）。高壓水由注漿泵泵送，端部連接鋼叉，高壓水從鋼叉端部沖出。沖刷地基土的同時(shí)，鋼叉不斷振搗掏土孔側(cè)壁和底部地基土（見圖7）。通過(guò)高壓水沖刷和振搗，可迅速破壞部分地基土結(jié)構(gòu)，降低地基土承載力，迫使基礎(chǔ)下沉。沖刷和振搗土體的頻率不小于2～3 次/h，每孔單次3～5 min，每天24 h 不間斷擾動(dòng)土體，直至基礎(chǔ)沉降達(dá)到預(yù)定沉降量，建筑物傾斜滿足設(shè)計(jì)要求。

圖7 沖水振搗示意圖Fig.7 Schematic Diagram of Flushing and Vibrating

最后，快速施工第二批錨桿靜壓鋼管樁，鋼管樁施工完成后，采用碎石填充掏土孔，并在樁頂預(yù)留泡沫板再封樁，完成糾偏全部工作。

3 方案計(jì)算分析

3.1 樁身強(qiáng)度驗(yàn)算

?219×8 鋼管樁計(jì)算參數(shù)：t/d=8/219=1/27.4，d＜600 mm，樁身局部壓屈驗(yàn)算：

式中：t為鋼管壁厚；d為樁徑；N為最大壓樁動(dòng)阻力；fy為鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；As為鋼管截面面積。

?273×8 鋼管樁計(jì)算參數(shù)：t/d=8/273=1/34.1，d＜600 mm，樁身局部壓屈驗(yàn)算：

N＜fyAs=215×3.14×（0.273×0.273-0.257×0.257）/4×1 000=1 431.21 kN。

樁身強(qiáng)度滿足《建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ 94—2008》要求。

3.2 單樁承載力驗(yàn)算

采用閉口鋼管樁，λp=1，按下列公式計(jì)算鋼管樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk：

式中：Qsk、Qpk分別為總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值和總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值；u為樁身周長(zhǎng)；li為樁周第i層土的厚度；Ap為樁端面積。

經(jīng)計(jì)算，?219×8 和?273×8 鋼管樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為851.34 kN和1 101.76 kN。

3.3 地基沉降驗(yàn)算

原基礎(chǔ)采用天然地基，第一批壓樁區(qū)域地基土承載力較低，第二批壓樁區(qū)域地基土受到掏土聯(lián)合沖水振搗的影響，底板下地基土全按軟土考慮。因補(bǔ)打的鋼管樁以控制沉降為主，間距較大（＞6倍樁徑），所以迫降糾偏后的最終沉降s按照減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算（計(jì)算結(jié)果如圖8所示）。

圖8 沉降等值線Fig.8 Settlement Contour

式中：ψ為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；ss為由承臺(tái)底地基土附加壓力作用下產(chǎn)生的中心點(diǎn)沉降；sp為由樁土相互作用產(chǎn)生的沉降。

通過(guò)計(jì)算可知，采用掏土聯(lián)合沖水振搗迫降的方法，可以使基礎(chǔ)最大迫降約12 cm。

4 施工過(guò)程

⑴在第一批施工鋼管樁區(qū)域（沉降較大區(qū)域）的底板上開孔，孔徑約300 mm，要求打穿底板和墊層；

⑵在壓樁孔附近種植錨桿；

⑶安裝壓樁反力架，分節(jié)施工第一批鋼管樁（?273×8 鋼管），單節(jié)鋼管長(zhǎng)度1～2 m，終樁時(shí)以壓樁動(dòng)阻力控制為主，樁長(zhǎng)控制為輔；

⑷在?273×8鋼管樁頂部施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力不小于1 000 kN，然后采用灌漿料快速封樁，并恢復(fù)頂層鋼筋；

⑸在第二批施工鋼管樁區(qū)域（沉降較小區(qū)域）的底板上開孔，孔徑約300 mm，要求打穿底板和墊層；

⑹利用第二批底板開孔，在底板下進(jìn)行掏土；

⑺在掏土孔內(nèi)對(duì)地基土進(jìn)行沖水和振搗擾動(dòng)，開始對(duì)建筑物進(jìn)行迫降糾偏；

⑻采用與第一批施工鋼管樁同樣的方法，分節(jié)施工第二批鋼管樁（?219×8鋼管）；

⑼在?219×8鋼管樁頂部設(shè)置泡沫板，用碎石填充掏土孔，最后再封樁。

糾偏過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)建筑物的沉降觀測(cè)，人工監(jiān)測(cè)不小于2次/d，根據(jù)沉降速率，動(dòng)態(tài)調(diào)整地基土的擾動(dòng)強(qiáng)度和頻率。

5 基礎(chǔ)加固糾偏效果分析

5.1 單樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求

?273×8 鋼管樁施工過(guò)程中間隔0.6 m 記錄一次壓樁動(dòng)阻力，將壓樁動(dòng)阻力曲線與補(bǔ)勘雙橋靜力觸探曲線對(duì)比（見圖9）可以發(fā)現(xiàn)，壓樁動(dòng)阻力隨著靜探曲線的波動(dòng)而起伏變化，兩者變化趨勢(shì)保持一致，樁端入土深度達(dá)到16 m 時(shí)，樁端位于較硬持力層，單樁承載力較高。

圖9 壓樁動(dòng)阻力與靜力觸探對(duì)比曲線Fig.9 Comparison Curve between Dynamic Resistance of Pile Pressing and Static Penetration Test

壓樁完成后，對(duì)?273×8鋼管樁進(jìn)行靜荷載試驗(yàn)。從Q-s曲線（見圖10）可以看出，最大加載值達(dá)到1 400 kN時(shí)，樁頂累計(jì)沉降約12 mm，滿足設(shè)計(jì)和《建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ 94—2008》要求。

圖10 靜載荷試驗(yàn)Q-s曲線Fig.10 Q-s Curve of Static Load Test

5.2 糾偏加固效果明顯

迫降糾偏工作從2019年2月底開始至2019年4月底結(jié)束，從開始處理后監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線（見圖11）可以得出，建筑物西側(cè)的沉降隨著沖水振搗工作的持續(xù)而穩(wěn)定增加，其中西北角觀測(cè)點(diǎn)M2 最大迫降高度達(dá)到89 mm，而建筑物東側(cè)觀測(cè)點(diǎn)M5 和M6 從基礎(chǔ)加固完成后基本無(wú)變化。

圖11 開始處理后監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線Fig.11 Settlement Curve of Monitoring Points after Starting Processing

2019 年5 月初全部糾偏加固工作完成后，建筑物的沉降一直保持穩(wěn)定狀態(tài)。截止2019 年9 月底，大于100 d 的沉降數(shù)據(jù)顯示，建筑物的變形速率為0.01～0.02 mm/d，滿足《建筑變形測(cè)量規(guī)范：JGJ 8—2016》界定的趨于穩(wěn)定狀態(tài)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)在室內(nèi)進(jìn)行迫降糾偏的綜合方法作了詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，可以得出如下主要結(jié)論：

⑴ 迫降糾偏前應(yīng)對(duì)沉降較大區(qū)域進(jìn)行基礎(chǔ)加固，并采用預(yù)應(yīng)力封樁的方法，快速控制該區(qū)域的沉降，從而可以減少后期糾偏工作量；

⑵在室內(nèi)進(jìn)行掏土聯(lián)合沖水振搗的綜合糾偏方法，不僅對(duì)周邊環(huán)境影響極小，而且可以持續(xù)穩(wěn)定的迫使基礎(chǔ)發(fā)生沉降，迫降速率可控，效果顯著；

⑶迫降糾偏完成后，對(duì)迫降區(qū)域進(jìn)行基礎(chǔ)加固，并用泡沫板預(yù)留一定沉降量，可控制后期總沉降量，避免出現(xiàn)“超糾”問題。

綜合迫降糾偏加固技術(shù)的成功應(yīng)用，可以有效解決具有地下室高層既有建筑不均勻沉降的問題，為處理類似問題提供了一種新的設(shè)計(jì)和施工思路，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。