应力解除法在某建筑物纠偏工程中的应用

王 笑 张勤羽 王川宇

上海长凯岩土工程有限公司 上海 200093

对于我国沿海地区的多层建筑物，由于地质条件等因素，建筑物不均匀沉降时有发生，即使建筑物采用了粉喷桩等复合地基，不均匀沉降情况依然存在。对于此类基础形式的建筑物纠偏加固，可采用的纠偏加固方案有锚杆静压桩结合斜向掏土纠偏[1-2]、锚杆静压桩结合应力解除法纠偏[3-4]及锚杆静压桩结合钻孔排淤纠偏[5]等。

锚杆静压桩结合斜向掏土纠偏方法一般适合于粉喷桩桩长较短（≤10 m）且桩底以下有淤泥质土的情况，同时要确保有足够的施工操作面。斜向掏土施工角度呈45°～60°，掏土孔竖向深入原基础粉喷桩桩底，当钻孔深度穿过较坚硬土层达到较软弱的淤泥质土层时效果更为显著。在纠偏达到设计效果后，再向掏土孔内灌注砂浆并在该侧压入锚杆静压桩以防该楼反倾。

钻孔排淤纠偏方法适用于建造于淤泥质土层上的房屋。钻孔排淤纠偏是指在沉降小一侧施钻直径300～600 mm的孔，有序地掏出孔中的淤泥，在地基土压力作用下，桩间土及桩下土向孔内移动；孔由圆形压扁成不规则的椭圆形，直至挤满。

在孔挤满后，将孔中淤泥掏出。这种靠排淤将房屋扶正的方法就是钻孔排淤纠偏法。

锚杆静压桩结合应力解除法纠偏一般适合于粉质桩桩长较长且桩端持力层较好，或者是不具备斜向掏土纠偏条件的情况。

郭应桐等[3]介绍了某占地面积447 m2的7层办公楼的纠偏实践，由于采用的是粉喷桩复合地基和整板基础，粉喷桩桩长17.1 m，桩长较长，故适合采用减桩法纠偏方案。倾斜率由纠偏前最大的0.713%下降至纠偏后的0.184%，耗时4个月。

常洁[4]阐述了某6层砖混结构纠偏工程，该工程建筑面积3 655 m2，采用水泥粉喷桩加固的复合地基，条形基础，竣工后即发现最大倾斜率1.031%，该建筑北面有一条河沟，南侧有4个化粪池，这些因素均对地基承载力和房屋倾斜有一定影响，同时也影响斜向掏土施工，因此采用锚杆静压桩和截桩方法进行纠偏，倾斜率控制在0.33%以内，工程历时8个月。

根据以上工程实际总结，应力解除法和掏土纠偏法相比，整个加固工期耗时更长。

纠偏加固方案的选择应根据建筑物类型、基础形式、地质条件、施工操作面及工期等多方面因素综合考虑[5-11]。下面以江苏省启东市某住宅楼为例，介绍锚杆静压桩结合截桩迫降应力解除法在实际工程中的应用。

1 工程概况

某住宅楼主体结构类型为7层（局部1层）框架结构，建筑物尺寸约46.0 m×20.0 m。基础形式为粉喷桩复合地基结合条形基础，粉喷桩桩径500 mm，桩长6.0 m，复合地基承载力特征值fspk＝150 kPa，该建筑于2018年竣工。根据第三方地基基础工程检测报告，进行了6组粉喷桩单桩复合地基静载荷试验和6根复合地基增强体单桩竖向抗压静荷载试验，检测结论为各复合地基增强体单桩竖向抗压极限承载力取176 kN，复合地基增强体单桩竖向抗压承载力特征值为88 kN，满足设计要求。

2019年04月开始沉降观测至2021年5月，西侧累计沉降量28～31 cm，其中西北角沉降最大；东侧累计沉降量14～18 cm。建筑物整体向西倾斜，东西两侧差异沉降约150 mm，最大倾斜率达到0.75%。各点沉降量如图1所示。

图1 平面及各观测点沉降量示意

2 产生不均匀沉降原因分析

2.1 场地地层起伏较大，局部地质条件较差

本工程典型地层分布如图2所示，勘察范围内各土层主要有：①层填土、②1层淤泥质粉质黏土、②2层黏质粉土、③层粉质黏土、④层粉砂、⑤层粉质黏土、⑥层砂质粉土、⑦层淤泥质粉质黏土和⑧层粉质黏土。场地内大部分区域有②2层黏质粉土，该土层也是粉喷桩的桩基持力层，但西北角该土层缺失，②1层淤泥质粉质黏土较厚（C4孔），地质条件不均匀是导致建筑物沉降及倾斜的主要原因之一。

图2 工程典型地层分布

2.2 上部荷载分布不均匀

本建筑物东侧为1层商铺，西侧为7层住宅，建筑物的荷载分布不均匀，各轴网的墙柱荷载分布如表1所示。

表1 各轴网墙柱荷载分布

由图1和表1可知，C 轴为1层和7层的分界，同时承担两侧的上部荷载，7层区域的上部荷载明显大于1层区域，7层区域上部荷载值61 382 kN，1层区域上部荷载值9 156 kN，该上部荷载已考虑条基至室内地坪约2 m的覆土质量。

若每层楼面荷载按14 kPa考虑，7层和1层区域回填土质量占总荷载的11%和50%，不同区域回填土质量占比差异大，易导致施工过程中不均匀沉降。同时，纠偏加固施工也应充分考虑回填土开挖及回填的影响。

2.3 施工未按要求留设沉降后浇带

根据建设单位反馈，基础梁施工时一次性浇筑，未按设计要求在1层和7层结构之间留设沉降后浇带，上部荷载大小不一且基础回填土方在上部荷载占比差异大，导致不均匀拖带沉降。

3 加固纠偏方案

对于基础形式为粉喷桩复合地基的建筑物纠偏加固，可采用的方案有锚杆静压桩结合斜向掏土纠偏、锚杆静压桩结合应力解除法纠偏及锚杆静压桩结合钻孔排淤纠偏等。斜向掏土纠偏适合于桩长较短且桩端以下有淤泥的情况，对于本工程，基底以下大部分为②2层黏质粉土，土性较好，且桩端以下为④层粉砂，若采用斜向掏土纠偏，纠偏效果不理想，且建筑物外侧为市政道路，不具备施工操作面。考虑到桩侧为黏质粉土，非淤泥质土，因此也不建议采用钻孔排淤纠偏方案。综上分析，本工程适合采用锚杆静压桩结合截桩应力解除法纠偏方案。

本工程纠偏加固方案为：西侧采用φ325 mm×8 mm钢管，其余区域采用φ273 mm×8 mm钢管，桩长约14 m，以⑥层砂质粉土层为桩基持力层，单桩竖向承载力特征值为450 kN和350 kN，总桩数52根。

考虑到原复合地基方案已满足上部荷载要求，本次加固目的主要是沉降控制，加固桩数量的承载力特征值按上部总荷载的1/3布置。桩位分布主要靠近墙边、柱边，同时避开楼梯和电梯区域。具体施工流程为：沉降大一侧（西侧）开压桩孔→施工锚杆静压钢管桩→灌芯→封桩→沉降小一侧截桩施工→沉降小区域开压桩孔→施工锚杆静压钢管桩→灌芯→封桩→回填→地坪恢复。

4 加固纠偏实施

该工程2021年7月22日开始施工，西侧（沉降大一侧）锚杆静压桩先行施工，西侧采用325 mm钢管桩，桩长13.0 m，单节长度2.0 m，桩数25根，施工工期为7月22日至8月10日。由于施工正在夏季，工期受到台风、降雨等因素影响较大。8月11日开始纠偏区域开始地坪破除及基础梁以上范围的土方开挖，8月16日开始射水掏土纠偏，纠偏效果不明显。9月8日开始基础下垫层和粉喷桩桩头破除，9月28日开始东侧压桩施工，11月25日地坪恢复，项目总历时约4个月。

4.1 压桩动阻力分析

加固采用的锚杆静压桩桩长14 m，持力层为⑥层砂质粉土，土层厚度2.4～3.2 m，稍密，桩端进入持力层1.6～2.6 m，桩端接近⑥层土下部，⑥层以下为⑦层淤泥质粉质黏土，流塑，土质较差（图3）。

图3 桩长和地层剖面关系

JG13和JG17为沉降大一侧（西侧）的锚杆静压桩，纠偏前先行施工，JP7为沉降小一侧的锚杆静压桩，在截桩纠偏基本完成后施工。由沉桩动阻力对比曲线（图4）可见，沉桩施工过程中，在深度6 m左右动阻力最大，主要是因为该深度为②2黏质粉土，土性较好，且该深度在原粉喷桩桩端，粉喷桩的水泥土在桩端黏结为整体，增加了该深度处的沉桩阻力。由JG13和JG17的沉桩曲线对比可见，JG13在深度13 m处动阻力为708.4 kN，深度14 m时动阻力646.8 kN，考虑到桩入土14 m时接近持力层的底部，不利于承载力的发挥，现场实施过程中，桩长根据动阻力分析及时调整为13 m，桩端在持力层的中上部，动阻力曲线如JG17。对比JG13和JP7，JP7的动阻力总体小于JG13，主要原因是粉喷桩截桩纠偏后，地基土明显扰动，纠偏产生的沉降破坏了粉喷桩桩端的水泥加固体，因此纠偏后施工的锚杆静压桩浅部的动阻力均很小，只有在进持力层后动阻力才有明显增大。

图4 沉桩动阻力曲线

截桩纠偏前施工的锚杆静压桩最大沉桩动阻力是设计荷载（450 kN）的1.56～1.78倍，截桩纠偏后施工的锚杆静压桩最大沉桩动阻力是设计荷载（350 kN）的1.23～2.00倍。总体而言，纠偏基本完成后，浅部地基土有所扰动，沉桩动阻力较小，入持力层的动阻力与纠偏前基本一致。

4.2 截桩纠偏施工

1层区域上部荷载较小，且粉喷桩分布富余系数较大，根据计算复核，1层区域可截桩数约占总桩数1/2。截桩纠偏时首先考虑该区域的应力解除，具体截桩顺序、数量和分布根据监测数据动态调整。东侧1层区域总共分为6个开间（图5），截桩原则为每个开间少量均匀、依次反复进行，确保沉降均匀性。

图5 最终截桩分布

4.3 纠偏监测与控制

沉降分析在纠偏过程中非常重要，图6为房屋主要监测点沉降随时间的变化曲线，纠偏区域挖土及射水掏土周期为8月11日—9月7日，由图可见，挖土及射水掏土对沉降影响效果不明显；9月8日开始垫层破除，后续跟进粉喷桩桩头破除。其间该侧房屋东侧的平均沉降速率为0.923 mm/d，累计沉降量约60 mm，最大倾斜率回倾至0.42%，施工过程中充分考虑回填土拖带沉降的影响，基础回填、地坪恢复期间东侧累计沉降量8.4～10.7 mm，沉降速率为1.0～1.3 mm/d，最大倾斜率为0.22%。

图6 房屋主要监测点沉降随时间的变化曲线

4.4 房屋纠偏效果分析

加固纠偏完成后，经过第三方检测，建筑物倾斜率最大为0.22%，具体如图7所示。

图7 加固完成后建筑物倾斜情况

5 结语

本文介绍了截桩迫降应力解除法在某粉喷桩复合地基建筑物纠偏加固工程中的应用，结合本工程地质条件、建筑物类型、基础形式、施工操作面和工期等要求，并经过工程实际证实该方案合理可行，经济效果良好，对周边环境影响较小。该建筑物纠偏加固前后最大倾斜率由0.75%下降至0.22%，满足倾斜率＜0.40%的规范要求及建筑物使用功能的需求。

本工程2018年建成，整体刚度较好，且加固纠偏过程中严格控制每日沉降量，整个纠偏加固过程始终保持整栋建筑物上部结构完好，无明显新增裂缝。

施工过程中应加强沉桩动阻力分析，设计指导施工，施工反馈设计，进一步完善设计施工参数。本工程基础上方有一定厚度的回填土，且在上部总荷载中占比较大，纠偏过程中应充分考虑回填土的影响，避免过度纠偏。

截桩迫降与沉降关系的理论分析方面有待结合实测数据进一步研究。