偏心堆載和高壓注漿在既有建筑糾偏中的聯(lián)合應(yīng)用

王天晴 陳 浩 陳映棠 董華陽

(1.山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.山西中實建筑加固改造有限責(zé)任公司，山西 太原 030001)

偏心堆載和高壓注漿在既有建筑糾偏中的聯(lián)合應(yīng)用

王天晴1陳 浩2陳映棠1董華陽1

(1.山西省建筑科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.山西中實建筑加固改造有限責(zé)任公司，山西 太原 030001)

結(jié)合工程實例，分析了建筑物發(fā)生不均勻沉降的原因，根據(jù)工程實際情況，制定了偏心堆載和高壓注漿聯(lián)合使用的糾偏方案，并探討了施工中的操作要點，通過對糾偏結(jié)果的觀測分析，表明該方案能有效穩(wěn)定既有建筑的沉降和傾斜變形。

建筑物，糾偏處理，高壓注漿，堆載施工

0 引言

建筑物由于種種原因所發(fā)生的不均勻沉降在大多數(shù)情況下都是以主體傾斜表現(xiàn)出來的，當(dāng)傾斜量超過規(guī)范的容許限值時，將對其正常使用帶來較大的影響，甚至影響到建筑物的安全。在現(xiàn)實生活中，由于建筑物的傾斜過大導(dǎo)致無法正常使用或倒塌的事例屢見不鮮。對這類建筑拆除重建顯然最為簡單直接，但出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，若對其進(jìn)行糾偏處理，則既能保證安全又能滿足正常使用的需要，更能獲得良好的效益。尤其對于那些需要保留保護(hù)的歷史建筑來說，加固糾偏處理則是其唯一選擇。

針對建筑物類型的不同而糾偏方法各有差異。近年來，常常見到的糾偏方法主要分為兩類，即迫降糾偏和抬升糾偏。迫降糾偏方法較多，例如掏土、注水、堆載等；抬升糾偏主要包括斷柱頂升、壓樁頂升或擴(kuò)大基礎(chǔ)并抬升等。建筑物糾偏時應(yīng)在綜合考慮其結(jié)構(gòu)形式、荷載大小、地基基礎(chǔ)條件、操作可行性和方便性、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等諸多因素后制定合理的實施方案。此外，糾偏完成以后保證建筑物的穩(wěn)定性，使其不再發(fā)生二次傾斜也是必須考慮的因素。通過某工程實踐，將堆載糾偏和高壓注漿有機(jī)結(jié)合，既使建筑物傾斜度滿足了要求，又保證了今后地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，取得了一定的經(jīng)驗，可作為同類工程的借鑒。

1 工程概述

某工程采用了框架—短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，平面尺寸長33.2 m，寬12.3 m，建筑物總高為20.20 m，為局部7層的新建住宅，設(shè)1層地下室，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土梁板式筏板基礎(chǔ)，平面如圖1所示。該工程在主體完工之前已發(fā)生了向南側(cè)的輕微傾斜，隨著主體的完成及墻體、裝修荷載的增加，這種現(xiàn)象愈演愈烈，房屋交工后向南側(cè)傾斜達(dá)6.9‰，最大傾斜絕對值為140 mm，室內(nèi)地面南北端高差達(dá)到了85 mm，人在室內(nèi)走動有明顯的上、下坡之感，嚴(yán)重影響了業(yè)主的入住和今后的使用，必須對其進(jìn)行糾偏處理。

2 原因分析

1)地基承載力不足?？辈靾蟾姹砻鞯鼗至映休d力特征值只有90 kPa，根據(jù)現(xiàn)場地形高差和基坑開挖情況分析，即使考慮埋深修正也達(dá)不到上部荷載對地基承載力的要求，所以地基先天不足是本次建筑物嚴(yán)重傾斜的原因之一。

2)基坑受水浸泡?；娱_挖時正值雨季，開挖后未及時回填，造成基坑灌水而無法排出，基坑嚴(yán)重受水浸泡，基本處于飽和狀態(tài)，未曾充分干燥即行回墊砂卵層，這是房屋傾斜的原因之二。

3)地基處理不當(dāng)和施工要求不嚴(yán)?？辈靾蟾嬷赋觯瑪M建場地為中等液化場地，建議采取碎石樁或其他抗液化措施，但設(shè)計方一味迎合降低造價的無理要求，僅作了700 mm厚砂卵石墊層。又由于基槽內(nèi)翻漿嚴(yán)重，大型施工機(jī)具進(jìn)入困難，所以僅作了簡單的干插片石和鋪墊處理，未進(jìn)行充分的碾壓，壓實系數(shù)達(dá)不到控制要求，這是房屋傾斜的原因之三。

4)房屋南北側(cè)地基存在較大差異。調(diào)查表明，該場地早前有一灌溉水渠自房屋南側(cè)通過，渠內(nèi)地勢較低，并有較厚淤泥，而北側(cè)系水渠渠埂，埂高約有2 m，房屋基礎(chǔ)南側(cè)位于渠底而北側(cè)坐落在渠埂上。由此來看，房屋北側(cè)地基由于渠埂作用長期處于壓實狀態(tài)，場地整平后房屋北側(cè)又為挖方地基而南側(cè)恰為填方地基，再加上渠內(nèi)淤泥未曾清理而直接鋪墊，這是房屋向南傾斜的原因之四。

5)上部荷載的偏心影響。本工程上部共有7層，但7層部分僅南側(cè)兩跨，即北側(cè)局部僅有6層(如圖2所示)；房屋南側(cè)每層為通陽臺，而北側(cè)僅廚房處設(shè)有陽臺；從基礎(chǔ)平面圖1來看，房屋兩端北跨各縮回半間，而基礎(chǔ)筏板卻為矩形并未回縮。通過計算得知，相對于基礎(chǔ)筏板形心來說，整個建筑物荷載重心向南偏移約0.3 m，這所形成的偏心力矩將使基礎(chǔ)南側(cè)反力比北側(cè)約大20%。這是房屋向南傾斜的原因之五。

綜上所述，多種因素的疊加效應(yīng)使房屋向南傾斜，其中原場地房屋南側(cè)水渠和主體荷載偏心是造成傾斜的主要原因。

3 糾偏方案設(shè)計

因建筑場地的地下水位較高，大約在基礎(chǔ)筏板以下1 m，又基于經(jīng)濟(jì)、工期和現(xiàn)場條件的考慮決定采用房屋北側(cè)偏心堆載、南側(cè)地基高壓注漿聯(lián)合使用的方案進(jìn)行糾偏處理，注漿孔位布置以及堆載區(qū)域如圖1所示。因為場地南側(cè)先天軟弱，高壓注漿后將使其承載力大幅提高，可有效地阻止南側(cè)的進(jìn)一步下沉，從而穩(wěn)定建筑物的整體變形。北側(cè)一跨陰影部分的堆載是人為增加建筑物偏心荷載，短期內(nèi)調(diào)整建筑物荷載重心和基礎(chǔ)形心的位置關(guān)系，盡力使荷載重心北移直至重心與形心重合甚至超過形心位置，形成向北側(cè)的反向力矩，以減小基礎(chǔ)南端反力，同時增大北端反力，最終使原有傾斜變小，垂直度得以恢復(fù)。

正是因為本工程為新建房屋，周圍和地下室空曠，具備高壓注漿施工的條件，同時，又由于施工現(xiàn)場有大量的實心磚和施工砂石，可以方便進(jìn)行堆載，能夠就地取材，可降低施工費用，所以選擇這種糾偏方案較為合理。

4 注漿和堆載施工

4.1 南側(cè)高壓注漿

本次糾偏采用了先南側(cè)注漿后北側(cè)堆載的方案。注漿鉆孔共分四排，其中室外一排，室內(nèi)三排，孔距大約1.5 m，孔深自筏板向下約9.0 m。漿液采用425號硅酸鹽水泥，注漿壓力0.3 MPa～0.4 MPa，平均每米水泥用量不少于55 kg。為使注漿對地基形成圍箍作用，首先進(jìn)行最外排的注漿施工。為防止相鄰鉆孔發(fā)生冒漿現(xiàn)象，采用跳打鉆孔的次序，即大約相鄰6 m再打第二個鉆孔，待這一次序鉆孔完成并注漿之后，再打第二次序鉆孔，直至外排所有孔位全部注漿完成，再進(jìn)行室內(nèi)的第二排鉆孔施工。室內(nèi)鉆孔和注漿次序與室外相同，最后完成了所有的高壓注漿施工工作。

注漿實施過程中所出現(xiàn)的問題主要包括:

1)相鄰孔位冒漿問題。盡管同批次鉆孔間距已達(dá)6 m，但由于筏板下設(shè)有約700 mm厚砂石墊層，其孔隙比較大，所以注漿壓力增高時還會出現(xiàn)相鄰孔位冒漿現(xiàn)象，為了克服這一問題，采用了加大同批次鉆孔間距的方法。

2)建筑物外側(cè)跑漿問題。南側(cè)外排孔位注漿時，離建筑較遠(yuǎn)一側(cè)地勢較低的田埂外局部也出現(xiàn)了冒漿現(xiàn)象，這說明建筑物南側(cè)地基非常軟弱，周邊地基土孔隙比較大。停止一段時間再行注漿，冒漿停止，說明初期注漿已經(jīng)硬化。為保證注漿效果，加大了注漿壓力和水泥用量。

3)注漿引起的建筑物附加沉降問題。一般來講，高壓注漿必然引起建筑物的附加沉降，這一點必須引起有關(guān)技術(shù)人員的足夠重視。在本次注漿中，隨著注漿面的擴(kuò)大，發(fā)生了明顯的室外地面下沉現(xiàn)象，甚至馬路基面混凝土產(chǎn)生了開裂。這說明注漿時由于有大量的水注入地基，使地基軟化，至少在水泥未固化的注漿初期，這種現(xiàn)象不可避免。只有在注漿凝固完成后，地基才能趨于穩(wěn)定狀態(tài)。尤其對沉降變形較為敏感的結(jié)構(gòu)體系(如砌體結(jié)構(gòu))，這種現(xiàn)象的副作用將更加突出，它除了使建筑物產(chǎn)生較大的附加沉降外，還可能使墻體開裂或使原有裂縫寬度加大。好在本工程下部為整體筏板基礎(chǔ)，上部為現(xiàn)澆框架—短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，有一定的適應(yīng)地基不均勻變形的能力，所以并未發(fā)生上部結(jié)構(gòu)的開裂。

需要說明的是，盡管高壓注漿會帶來附加沉降，但在注漿完成且水泥固化之后，地基承載力將有大幅度提高，這對阻止未來可能的建筑物繼續(xù)沉降有明顯的作用?？紤]本工程的特點，初步判斷注漿產(chǎn)生的附加沉降不會影響到結(jié)構(gòu)安全，且其造價較低，所以穩(wěn)定地基采用了此種方案。實踐證明，此方案設(shè)計是正確的。

4.2 北側(cè)堆載施工

北側(cè)堆載施工采用了在北側(cè)一跨地下室滿擺機(jī)制實心磚，在1層同樣部位滿堆砂子的方法?？紤]1層堆滿砂子后，其自重遠(yuǎn)大于原設(shè)計考慮的使用荷載，超過了1層地面梁板的設(shè)計承載力，所以地下室所擺實心磚采用了有規(guī)律的堆砌擺放，以對1層梁板形成支承。在磚擺放至1層板底時，打入木楔以頂緊1層梁板。

1層堆砂時在砂堆邊緣采用了裝袋堆放的形式，以防砂子自然形成坡度。其中地下室堆磚荷載達(dá)到了約20 kN/m2，1層堆砂達(dá)到了25 kN/m2。在北側(cè)散水部位也采用了堆砂的方法以增加北側(cè)地面壓力。考慮到樓梯間等部位無法堆載的實際情況，合計總堆載量達(dá)到約360 t。將此堆載與結(jié)構(gòu)實際荷載疊加計算后得到荷載重心向北移動大約0.5 m，即由原來的荷載重心向南偏心0.3 m變?yōu)橄虮逼?.2 m，短時間內(nèi)使北側(cè)地基反力比南側(cè)約大15%。

5 糾偏結(jié)果

在注漿和堆載施工過程中，技術(shù)人員密切跟蹤監(jiān)測。在注漿初期，由于附加沉降的影響，建筑物有向南加大傾斜的趨勢，但當(dāng)水泥凝固之后，傾斜逐漸變緩。隨著北側(cè)堆載數(shù)量的加大，南側(cè)沉降趨于穩(wěn)定而北側(cè)沉降速率變大。當(dāng)堆載達(dá)到上述最大數(shù)值時，主體開始向北側(cè)偏轉(zhuǎn)。隨著時間的推移，主體原有的向南傾斜狀態(tài)得到了很大的改觀。表1是本次糾偏實施各個主要階段所設(shè)定觀測點的實測數(shù)據(jù)。

表1 各階段頂點最大水平位移、樓面兩端高差平均值和傾斜度

按規(guī)范要求，房屋傾斜度是指基礎(chǔ)兩端沉降差與其距離的比值，也即本例中樓面南北高差與房屋寬度(約12.3 m)的比值。

由表1明顯看出，在堆載完成初期，傾斜恢復(fù)量較大，后期趨于變緩。突然的卸載使房屋又向南傾斜。但由于南側(cè)注漿后地基已變硬，該傾斜量變化不大。由于急于投入使用的原因，糾偏施工工期不可能進(jìn)一步延長，所以允許住戶裝修和入住。一年后的最終觀測證明，房屋的傾斜變形已基本穩(wěn)定，最大傾斜度為3.9‰，符合規(guī)范的規(guī)定。

6 結(jié)語

1)高壓注漿能夠有效提高地基承載力，減少基礎(chǔ)沉降量，但在注漿初期會產(chǎn)生較大的附加沉降，選擇此種處理方法時應(yīng)慎重考慮上部結(jié)構(gòu)對地基變形的敏感性，防止出現(xiàn)意外的結(jié)構(gòu)變形和開裂等。

2)堆載糾偏在取材容易、加載方便時是一種經(jīng)濟(jì)合理、行之有效的糾偏方法，但應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格的分析計算。

3)聯(lián)合使用高壓注漿和偏心堆載可防止卸載后傾斜的二次發(fā)生，能夠有效穩(wěn)定既有建筑的沉降和傾斜變形。

[1] JGJ 123—2002，既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

Application of eccentric heap load and high pressure pour mortar to rectification a deviation of existing building

Wang Tianqing1Chen Hao2Chen Yingtang1Dong Huayang1

(1.ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China;2.ShanxiZhongshiBuildingRenovation&StrengtheningCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

Combining with the engineering example,this paper analyzed the building uneven settlement reasons,according to the engineering actual situation,formulated the correction scheme of eccentric pile-loading and high pressure grouting combined use,and discussed the operation key points in construction,through the observation and analysis on correction results,showed that the scheme could effectively stabilize the settlement and deformation of existing buildings.

building,correction treatment,high pressure grouting,pile-loading construction

2015-10-15

王天晴(1960- )，男，高級工程師；陳 浩(1983- )，男；陳映棠(1981- )，男，工程師；董華陽(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)36-0053-03

TU472.6 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A