既有建筑物糾偏加固技術研究

吳正清

（甘肅銅城工程建設有限公司，甘肅 白銀 730900）

0 引言

近年來，雖然我國建筑業蓬勃發展，但建筑工程安全事故層出不窮，既有建筑多出現建筑基礎沉降、上部結構開裂、建筑傾斜等問題，給國家和企業帶來巨大的損失[1]。目前，在建筑物糾偏加固技術中，坑式靜壓樁、錨桿靜壓樁等方法運用十分廣泛[2]。然而，建筑物的糾偏加固技術是一種難度大、成本高的施工技術[3]。同時，許多糾偏加固工程項目嚴重依賴經驗，并沒有完善的理論支撐，因此有必要對既有建筑糾偏加固技術進行研究。

1 既有建筑物傾斜的原因

1.1 工程勘察方面

如果工程勘察不全面，就無法準確了解地形、地貌、地層巖性、地下水變化規律等，建筑傾斜工程勘察方面的原因主要包括：

（1）勘察點不按規范布置，無法準確反映地質構造、地層巖性、地下水等情況，不能及時發現不利地質情況，如滑坡、崩塌、地裂縫、溶洞等；

（2）勘察數據不正確，勘察報告不能正確反映場地的實際情況。

1.2 設計方面

由于設計所造成的建筑傾斜原因主要包括：

（1）選擇樁基時，樁身的負摩擦力忽略不計，樁數不足，樁基沉降大，導致建筑傾斜；

（2）建筑長細比大，重心高；

（3）地基應力大，地基承載力選擇不當，沒有進行地基不均勻沉降驗算，建筑物發生不均勻沉降的概率就比較大，進而導致建筑物發生傾斜。

1.3 施工方面

（1）由于樁身的施工質量太差，樁身可能會發生頸縮、夾漿等不良現象；

（2）由于施工管理混亂，樁身整體質量較低，沒有進行規范化施工，造成地基應力變發生化，導致建筑物發生傾斜。

2 糾偏控制標準

建筑糾偏必須符合相應的標準，糾偏控制值如表1所示。

表1 建筑物糾偏控制標準

3 既有建筑糾偏技術

3.1 框架頂升法

框架頂升法首先切割框架，并支撐建筑物的主要結構，然后調整框架結構的平衡。

3.2 砌體頂升法

砌體頂升法對建筑物的整體剛度有很高的要求，可以通過千斤頂的裝置產生向上的推力，使基礎向上移動以達到糾偏的目的。

3.3 預壓托換樁法

預壓托換樁法通過在基礎上使用樁加固，通過樁與基礎連接，由樁體主要承受上部結構荷載，防止建筑傾斜。

3.4 應力解除法

對建筑基礎沉降較大的一側進行灌漿處理，在沉降小的一側進行掏土，釋放應力，讓其沉降，使建筑物的傾斜度減小。

4 既有建筑加固技術

4.1 加大基礎底面積法

加大基礎底面積法使用混凝土或鋼筋混凝土來增加現有的基礎底部面積，其基礎底面尺寸的按以下公式來確定：

確定偏心載荷的基礎底部的尺寸不能直接用公式表述，具體確定方法如下：

（1）通過公式（1）估計所需的基本底部面積A；

（2）根據偏心率，基部的基部面積可以增加10%至30%，并且基部長度和寬度根據特定的比例確定；

（3）如果是條形基礎，可以兩側加寬；如果是柱基礎，可以沿著基礎的四個側面延伸加寬。

4.2 加深基礎法

加深基礎法加固施工步驟如下：

（1）在現有建筑物的側面附近鉆一個約1.2m長、0.9m寬的豎向坑，并挖掘至原始基礎底部下方1.5m處；

（2）將豎向坑延伸到基礎的下側，并繼續下鉆孔至持力層；

（3）在基礎下方的深孔中澆筑混凝土，澆筑到原基礎底部80mm處；

（4）進行上述步驟后，施工墩式基礎，直到基礎工作完成。

4.3 加樁托換原基礎法

樁基礎是既有建筑常見基礎加固方法，通常用于處理軟土地基[4]。

（1）靜壓樁。在托換坑中，建筑物的上部結構的自重用作支撐反作用力，用千斤頂頂住鋼筋混凝土樁的一部分，將鋼筋混凝土樁推入土層中。

（2）錨桿靜壓樁。錨桿靜壓樁的加固機理類似于靜壓樁，適用于淤泥、黏土等基礎的中小型建筑加固，以及處理由于基礎不均勻沉降引起的建筑物傾斜。

5 既有建筑糾偏加固的案例分析

5.1 工程概況

建筑面積3485m2，地上結構5層（局部6層），首層高4.2m，2～5層高3.35m，半地下室，主要功能為辦公樓。柱的橫截面為400×400mm，框架梁的橫截面尺寸一般為250×570mm，連梁的橫截面尺寸一般為250×250mm；西走廊的懸臂是可變截面梁，根部為250×650mm，端部是250×550mm，10軸南側的懸臂截面為250×650mm。建筑基礎為鋼筋混凝土條形基礎，條帶底寬為3500mm，4000mm，5500mm 等。基礎梁截面為500×800mm、500×1000mm、500×1100mm等，基礎深度為-2.5m。為確保建筑安全，對建筑進行現場監測，監測發現，房屋最大傾斜率為12‰，遠遠超出規范允許范圍，亟須進行建筑糾偏加固。

5.2 場地工程條件

地下水深度在1.9m左右，土壤質量較差，每層土層的壓縮系數相對較大。

5.3 建筑傾斜現狀與原因分析

5.3.1 建筑傾斜現狀

（1）垂直度

測量點偏移如圖1所示，測量結果表明，建筑整體向西南方向傾斜，南側平均傾斜量為44mm，西側最大傾斜量為178mm，最大傾角為0.33%，傾斜率遠超規范的允許范圍。

圖1 建筑傾斜測量結果示意圖（單位：mm）

（2）相對沉降值

通過用水平儀測量相同設計高度的相對沉降值，如圖2所示。房屋東部高，西部低，東西向的最大相對高度差是3軸233mm，7軸211mm，9軸233mm，平均相對高差為222.3mm，平均傾斜率為1.21%，相對水平傾斜率遠遠超出規范允許范圍，南北最大相對高差為150mm，相對傾斜率0.39%，接近規范限界0.4%。

圖2 建筑相對沉降值測量結果示意圖（單位：mm）

5.3.2 建筑傾斜原因分析

建筑不均勻沉降的主要原因是土壤強度低，壓縮性高，導致建筑重心偏移。

5.4 建筑加固糾偏設計方案

根據建筑的傾斜和沉降情況，本工程采取糾偏加固的處理方案。由于建筑向西側傾斜，因此在東側掏土以糾正偏差。建筑在西南側的沉降量比較大，在建筑西側的掏土前布置9根錨桿靜壓樁，在一定程度上得到糾偏加固后，在西、南兩側也布置6跟錨桿靜壓樁，使建筑沉降穩定。錨桿靜壓樁的設計如下：

（1）靜壓樁設計

根據建筑傾斜情況，靜壓樁為方樁，截面尺寸為250×250mm，樁長18m，樁端進入⑤1b層，單樁承載力設計值350kN，群樁承載力為15050kN，靜壓樁總共53根。

（2）壓樁力確定

公式（2）中：

Rd——單樁承載力；

Kp——本文取1.2。

于是：P=350×1.2=420kN。

（3）掏土量計算

掏土量Q的計算如下：公式（3）中：

K——經驗系數，取0.22；

L——基礎底面長度；

B——基礎底面寬度；

ΔS——差異沉降。

于是：Q=0.22×19.5×42.5×0.354=65.54m3

根據建筑物傾斜情況，總共施工21個掏土孔，每個孔的掏土量為：65.54÷21=3.073m3。

5.5 糾偏加固施工

5.5.1 錨桿靜壓樁施工

靜壓樁施工流程如下：

（1）樁孔位置確定；

（2）開鑿樁孔，尺寸為350×350mm；

（3）施工M27×4錨桿，螺栓長度為450mm；

（4）安裝樁架，并進行靜壓樁推進；

（5）靜壓樁施工完成后，施工樁帽，樁帽尺寸為700×500×200mm，并用Φ16鋼筋焊接。

5.5.2 掏土施工

（1）鉆機就位，采用120土工用麻花鉆，多向鉆孔取土，每個掏土點設置三個孔，呈三叉形分布，中心孔8m，30°，分叉孔10m，40°；

（2）控制每孔掏土量小于0.2m2，逐漸進行掏土，保證每天的掏土糾偏量不大于3mm；

（3）鉆孔方向與基礎的角度通常為30～45°；

（4）在沉降滿足設計要求后，采用中粗砂回填掏土孔。

5.6 糾偏效果評估

采用全站儀進行建筑傾斜率測量，保證掏土一側的沉降速度在5mm∕d之內，如果接近5mm∕d，則應減慢掏土速度，直到沉降速度穩定在2mm∕d之內。施工期每日監測建筑的沉降情況。建筑豎向糾偏量按下式計算：

公式（4）中：

H——建（構）筑物高度（mm）；

L——糾偏方向建（構）筑物寬度（mm）；

ΔS——設計糾偏量（mm）。

糾偏后，建筑傾斜率為：

滿足規范要求。

6 結束語

綜上所述，本文分析了既有建筑物傾斜的原因，介紹了糾偏控制的標準，并總結了糾偏和加固的技術。糾偏技術包括框架頂升法、砌體頂升法、預壓托換樁法、應力解除法等；而加固技術包括加大基礎底面積法、加深基礎法、加樁托換基礎法和灌漿加固法等。并結合工程實例，分析了建筑糾偏加固技術的實際應用，采用錨桿靜壓樁和掏土法對建筑進行糾偏加固，糾偏后的建筑傾斜量為0.2424%，滿足規范規定的0.4%的要求。