既有建筑物掏土+堆载加压组合纠倾法的分析研究

苟卫强，滕文川，高玉广，李慧琴，缑怡卓

（1.兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730010；2.甘肃土木工程科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730060）

0 引 言

随着社会经济的发展，建筑行业也得以快速发展，与此同时建筑工程事故也频繁发生，尤其是地基基础不均匀沉降造成建筑物倾斜甚至坍塌。对于湿陷性黄土地区的地基问题更是突出，若是地基处理不合理或者设计、施工等环节出现问题，势必造成既有建筑地基产生不均匀沉降，建筑物在使用过程中出现倾斜等现象，因此对偏移建筑物进行纠偏加固处理决定建筑物后期能否安全使用。建筑物纠偏是一个极其复杂的过程，因此对建筑物进行纠偏加固处理前要进行原因分析，确保后期纠偏方案的实行，单一的纠偏方案不能满足纠偏技术的要求，因此多种纠偏方法相组合的综合纠偏方法发展越来越成熟，综合纠偏方法纠偏效果比较好，因此在将来纠偏工程中会发展越来越好。

1 工程概况

某建筑物长 49.0 0 m，宽 13.0 0 m，建筑总高35.50 m。钢筋混凝土现浇框架-剪力墙结构，桩基采用机械成孔混凝土灌注桩，桩径分别为 800 mm、1 000 mm，桩端扩大头直径为 1 400 mm、1 600 mm。

根据勘察资料显示，具体场地地质构造如下。

1）素填土，厚度 35.50～4 0.20 m，层面标高1 654.86～1 658.70 m。

2）砂岩，分布于全场地，砂岩厚度1.60～8.40 m，埋深 40.50～46.40 m。地基土承载力特征值大小具体如表1所示。

表1 各层地基土承载力特征值

2 建筑物倾斜原因

根据现场变形观测，结果如图1所示。

图1 整体倾斜变形观测

从图1可以看出该建筑物主倾方向为南北方向，向南最大偏移 247 mm，最大倾斜率已经达到 8.8 ，副倾方向为东西方向，该建筑物整体倾斜方向为西南方向，具体如表2所示。

表2 整体倾斜变形观测汇总表

根据检测鉴定结果分析可得［1］，造成该建筑物倾斜的原因主要有以下两点。

1）该建筑物没有设置桩端扩大头，因此桩基承载力不足，桩基产生不均匀沉降，导致建筑物出现倾斜。

2）该建筑物场地地基土属于回填土，土质均匀性不好，厚度变化比较大，力学性能比较差，湿陷性突出。该建筑物西北部有地表水渗入地基土，遇水发生湿陷性破坏，产生不均匀沉降，基桩桩侧产生负摩阻力，造成桩基承载力不能满足要求。

3 建筑物纠偏设计

3.1 建筑物纠倾计算

原有桩长最短为 30 m，最长为 32 m，桩径最小为800 mm，最大桩径为 1 000 mm。经过计算可得 800 mm竖向掏土深度为 1.9 m，1 000 mm竖向掏土深度为 2.1 m，根据 JGJ 94－2008《建筑桩基技术规范》［2］并结合现场勘察，纠倾拟沉降区域原有桩的极限侧阻力标准值取值 25 kPa，桩的极限端阻力标准值取值 450 kPa。根据计算结果可以反算出竖向掏土深度，具体如表3所示。

表3 竖向掏土深度确定值

建筑物纠倾量计算需要调整的迫降量和残余沉降差值可以按式（1）计算［3］：

式中：Sv为建筑物纠倾设计迫降量，mm；S′v为建筑物纠倾前的沉降差值，mm；SHl为建筑物纠倾前顶部水平变位值，mm；SH为建筑物纠倾顶部水平变位设计控制值，mm；b为纠倾方向建筑物宽度，mm；a为残余沉降值，mm；Hg为自室外地坪算起的建筑物高度，mm。

该建筑物的沉降实际上是由桩基沉降控制，因此需要对单桩进行计算确定每根桩的沉降量，经过计算确定该建筑物原有桩所需沉降量，具体如表4所示。

表4 原有桩设计沉降量

表5 桩顶堆载加压值促使桩顶沉降量

3.2 建筑物桩顶堆载加迫降荷载值的确定

单桩在外荷载作用下会产生沉降，这部分沉降包括桩身压缩量和桩端沉降量两部分，但是不能忽略桩侧阻力与桩端阻力所造成的桩身压缩量与桩端沉降。因此桩顶受到竖向荷载产生的沉降需经过详细计算可得。由于本工程桩基础桩径有 1 000 mm 和 800 mm 两种，因此堆载加压值选取也有所不同。

经计算桩顶加压值和桩顶沉降量之间的关系如表5所示。因为堆载加压在该纠倾方案中起辅助作用，若将掏出的土堆载在指定区域纠倾效果不佳，此时可以以表中数值为参考额外加载，具体根据现场需要调整的沉降量选取相应的加压值。

3.3 建筑物回倾速率的控制

建筑物的回倾速率需要根据建筑物的倾斜现状及地质情况来确定，建筑物回倾速率一般控制在 5～20 mm/d［3］。该建筑物的主题结构整体性较好，建筑物结构刚度也比较大，因此回倾速率可以控制在 8 mm/d，回倾速率一定要按照设计要求来动态控制，不能过快，避免纠倾过度。

3.4 建筑物纠倾方案

该建筑物主倾方向为西南方向，因此，需要在东北区域进行掏土及堆载加压［4］，具体掏土及堆载加压位置需要进行合理的计算。最终确保建筑物顶部水平位移稳定控制在 0.003 Hg 以内的要求。

经过理论计算，保证建筑物回倾速率可控，本工程采用分批、分阶段进行掏土，第一批水平掏土孔径取200 mm，孔间距为 1 m，第二批水平掏土孔径取100 mm，孔间距 0.5 m。具体方案如下。

在建筑物地下室底部构造防水底板 C、D 轴之间，靠近 C 处开挖作业坑道，坑道为东西方向的坑道，坑道长约 48.0 m，宽 2.0 m，深（自底板以下的竖向距离）2.0 m，坑道布置如图4所示，增设 4 条南北方向的坑道，坑道长 2.1 m（3.7 m），宽 2.0 m，深 2.0 m便于掏土作业。先在中性轴及两侧同时开挖竖井，开挖之后水平掏土，然后以中性轴为对称轴两边同时跳槽开挖竖井，依次类推，根据建筑物实际沉降量不断调整，直到达到设计要求，切忌一次贯通开挖。水平掏土分阶段、分批次掏，且掏土施工以中性轴为对称轴对称施工（见图2）。纠倾平面布置如图3所示。

1）掏出的土堆载在拟沉降区域，由于该建筑物为桩基础，因此堆载理应堆在拟沉降区域桩顶上方，但是该桩基部分为一桩一柱，部分为单桩未设柱子，对于桩顶无柱子的直接堆载桩顶上方［5］，对于桩顶设有柱子的将土体堆载在柱子周围。

2）纠倾完成后，水平掏土形成的空隙应采用3∶7 灰土人工填捣密实［6］。

3）纠倾完成后，开挖坑道内应采用 3∶7 灰土分层夯填密实，填至构造底板处时应将原有底板钢筋焊接恢复，并采用高强无收缩灌浆料将底板恢复［7］。

图2 掏土坑道布置示意图（单位：mm）

图3 掏土平面布置示意图（单位：mm）

4 地基基础的加固

建筑物纠偏以后需要对地基基础进行加固处理，保证承载能力满足要求，地基基础加固采用新增人工挖孔桩及新增基承台，并且在桩底采用高压注浆法注浆［8］，具体方案如下。

1）新增人工挖孔灌注桩基础设计桩径 1 000 mm，具体各构件的加固空间联系以及有关要求如图4所示。

图4 桩加固剖面示意图

2）在加固后的桩顶新设置钢筋混凝土承台，钢筋混凝土承台需要连片成体。新增承台需要与原有桩顶相连，采用化学植筋方式设置连接钢筋，并与原有构造底板相连［9］。

5 结 语

1）通过对该建筑倾斜原因分析，发现该建筑倾斜原因为桩端未进入设计的持力层，同时该建筑物场地地基土主要属于回填土，地基土为湿陷性黄土，管网跑水、地表水、雨水浸入地基，地基土遇水湿陷产生不均匀沉降，造成建筑物倾斜。因此在做基础时一定要按照设计要求做，不得偷工减料。特别要注意湿陷黄土地区建筑物防排水工作，避免地表水及管网水渗入地基基础中。

2）掏土+堆载加压组合纠倾法在实际纠偏工程中具有较好的纠偏效果，但前提条件是需要高质量地落实纠偏方案，做好纠偏前的原因分析，制定出合理的纠偏方案，纠偏后一定要对不能满足要求的构件及地基基础做相应的加固。本文对地基基础进行新增人工挖孔混凝土灌注桩处理具有创新性，可以为类似工程提供参考。