纠偏加固技术在高层住宅楼中的应用

马良浮 （安徽建工集团股份有限公司建筑设计研究院，安徽 合肥 230000）

1 工程概况

某18 层住宅楼，建筑高度53.4m，一层地下室，基础采用平板式筏基，筏板厚900mm，北侧与大地库连通，地库与主楼间设置沉降后浇带。2019 年1 月结构主体封顶，二次结构（含填充墙砌筑）施工起止时间是5-7 月。主体结构封顶时尚未发现住宅楼沉降异常。待二次结构施工完毕后，进行电梯安装施工过程中发现电梯井道存在倾斜。后对住宅楼进行测量，发现主体结构整体向东南方向倾斜（向南为主），其中最大倾斜值达4.4‰，已超过规范允许范围。

2 工程地质概况

查阅原始地质勘查报告，拟建场地地层结构层序分别叙述如下。

①层杂填土：灰、褐色等，松散状态为主，局部为稍密状态。含有植物根茎及碎石等杂物，局部地段含有淤泥质粉质粘土。该层未进行碾压，压缩性高。该层层厚0.50～7.00m。

②层粘土:黄灰、黄褐色，硬可塑～硬塑状态，稍湿，切面稍光滑，干强度中等偏高，韧性中等偏低；实测标贯击数N一般为21.0～39.0 击/30cm，平均为31.7击/30cm。该层未揭穿，揭露最大厚度约30m；fak=280kPa，Es=15.66MPa。

住宅楼平板式筏形基础持力层在②层粘土层。经复核，基础承载力与变形满足规范要求。对筏板下土质进行取孔勘探，发现板下实际土层情况与原始报告略有不同。经补勘的土层分布情况如下所述：

图1 住宅楼地下室平面示意图

①层粉质黏土（黏土），层厚约0.4～3.0m，灰褐、灰黄色，湿，可塑状态；其静力触探试验比贯入阻力Ps 值一般为0.67～2.21MPa，fak=145kPa、Es=7.0MPa、qsik=55kPa；

②层黏土（粉质黏土），层厚约0.6～2.9m，黄褐、黄灰色，湿，可塑状态；其静力触探试验比贯入阻力Ps 值一般为1.18～2.78MPa，fak=180kPa、Es=8.5MPa、qsik=75kPa；

③层黏土，层厚约0.8～4.7m，灰黄、灰褐色，稍湿，可～硬塑状态；其静力触探试验比贯入阻力Ps 值一般为1.89～2.35MPa，fak=260kPa、Es=15.0MPa、qsik=90kPa；

④层黏土，该层未钻穿，层厚约20m，黄灰、褐灰色，稍湿，硬塑～坚硬状态；其静力触探试验比贯入阻力Ps 值一般为2.78～8.75MPa，fak=280kPa、Es=15.5MPa、qsik=95kPa、qpk=5600kPa。

补勘的各土层参数详见表1 所示，局部工程地质剖面详见图2所示。

表1 土层地质参数

图2 局部工程地质剖面

通过补勘发现，平板式筏基持力层在粉质粘土（黏土）层，其地基承载力仅为145kPa，且粉质粘土（黏土）层分布不均匀。按补充勘察的地质情况对主体结构复核，住宅楼的地基承载力不能满足正常使用要求，变形也超出规范要求。

3 纠偏加固方案

3.1 高压射水取土纠偏方案

结合工程实际情况，在住宅楼北侧与地库交接位置设置8 个辐射井（详见图3），采用高压射水取土法对建筑物北侧进行迫降纠偏。辐射井内径Φ 1200mm，深度距主楼底板2.5m，射水孔距离井底1.0m，操作面距底部0.2m。根据建筑物的预期纠偏情况，初步计算取土量[5]。

图3 纠偏辐射井平面示意图

式中：V 为总取土量；A 为建筑物基础底板面积；SV为建筑物纠倾设计沉降量；θ为基础倾角。

高压射水应隔井、隔孔进行。每级射水深度控制在0.5m 左右，纠偏施工前期可适当加大。每次射水完成后，要将辐射井内的泥浆及时抽到沉淀池，以便计算取土量。每级射水完成后均应进行监测，根据各测点的沉降量、沉降速率及时调整射水方向、射水深度等，建筑物顶部回倾速率按5mm/d 控制。根据建筑物实际回倾情况，可进行交叉射水或将射水孔伸过基础底板中轴线，以提高纠偏效率。

3.2 钢管桩加固

3.2.1 地基承载力验算

通过补勘发现筏板基础地基承载力fak=145kPa，不满足原设计要求。现对基础的地基承载力进行复核。

修正后的地基承载力特征值：

主体结构竣工时，基础底面平均压力Pk,avg=175kPa，略大于地基承载力，此时尚未发现不均匀沉降；二次结构施工完毕后，基础底面平均压力Pk,avg=275kPa，超出地基承载力近60%，出现较大不均匀沉降；正常使用阶段住宅楼基础底面平均压力Pk,avg=310kPa，超出地基承载力近一倍，需进行加固。

3.2.2 钢管桩加固

根据现场情况，结合纠偏方案，对基础采用锚杆静压钢管桩进行加固。采用Φ351×9 半敞口型钢管桩，桩长约20m，单桩承载力特征值为1200kN。住宅楼总重约161200kN，基础底面平均压力为310kPa，地基承载力145kPa，采用钢管桩进行托换。由于住宅楼重心偏离形心约180mm，钢管桩托换时应通过南北向不均匀布桩抵消偏心距产生的影响。

通过估算，需新增钢管桩63 根，南、北轴桩数差约5 根。综合考虑加固、纠偏等因素，新增锚杆静压钢管桩布置如图4所示。

图4 新增钢管桩平面布置示意图

3.3 纠偏加固施工

纠偏加固施工工序：辐射井施工→局部补强加固→北侧新增部分钢管桩（兼做防护桩）→最南侧一排新增钢管桩持压封桩→断开沉降后浇带→辐射井高压射水迫降纠偏→达到纠偏目标→剩下新增钢管桩施工。

为防止在纠偏加固施工过程中建筑物继续向南倾斜，本工程先施工北侧辐射井及钢管桩，通过对北侧地基土扰动，增加北侧沉降量。同时，通过对最南侧一排新增钢管桩带压封桩，控制南侧沉降，有效减少南北沉降差。

3.3.1 高压射水取土施工

本项目辐射井采用圆形混凝土沉井，井口设置防护措施。高压射水取土施工工艺流程：沉井放线就位→开凿射水孔→射水取土→泥浆外运→射水方向调整→分级分次调整射水深度→循环进行至纠偏结束→填充射水孔。高压射水顺序应先中间孔，再跳孔冲土；射水孔孔径Φ100mm，严格控制每一次射水取土量，每孔每次取土量不超过0.01m3。纠偏回倾速率达到设计要求的85%时，暂停射水1d，观察停止射水取土对沉降影响，确定沉降速率变化的快慢后再确定是否继续进行高压射水。纠偏施工达到预期目标值后，应对射水孔进行回填防止结构复倾。回填采用在孔中插入注浆管进行压密注浆，浆液采用水泥粉煤灰混合浆液，并掺入一定量的水玻璃，根据现场浆液凝固速度进行调整。最后对辐射井进行填井。

3.3.2 锚杆静压钢管桩施工

在南侧静力压桩后，立刻带压封桩，减少锚杆静压钢管桩的拖带沉降，并起到南侧止沉的作用；在北侧保护桩压桩后不封桩，同时采用高压射水对地基土进行扰动，加速北侧沉降，减少南北沉降差。锚杆静压钢管桩工艺流程：定位钢管桩→板面开凿桩孔→安装锚杆→安装压桩架→逐节压桩→焊接型钢短柱→钢管桩内灌注混凝土→施工桩帽→持压封桩。持压封桩桩帽及现场示意图见图5、图6。

图5 持压封桩桩帽示意图

图6 持压封桩桩帽现状图

3.4 监测要求

施工前，在住宅楼的四角及中间位置设置6 个沉降观测点，在四角及倾斜较大的位置设置倾斜监测点。此外，设置静力水准仪对建筑物倾斜进行实时监控，做到信息化施工，根据纠偏效果及时调整纠偏工序。加固施工期间，每天不少于2 次沉降和倾斜率观测，每级次纠偏施工监测不应少于1 次。纠偏结束后，建筑物沉降观测时间不应少于1 年，第一个月的检测频率每天不应少于一次，第二、三个月每一周不应少于一次，以后每月不应少于1次。

4 纠偏加固效果

本工程纠偏加固总历时约90d。纠偏加固施工的前10d，主要进行辐射井施工、北侧防护桩及其他辅助施工，然后对南侧新增钢管桩随压随封。从第12d开始进行高压射水取土施工。随着高压射水取土量的增大，纠偏迫降逐渐明显。第30d 北侧沉降速度加大，直到第70d基本达到目标纠偏值，停止高压射水，沉降逐渐趋于稳定。期间，建筑物顶部回倾速率平均在3mm/d，主体结构未发现裂缝，纠偏过程安全、可控。住宅楼南、北两观测点沉降变化详见图7。

图7 纠偏沉降曲线图

5 结语

本工程通过新增锚杆静压钢管桩对基础进行托换加固，利用桩-土共同作用解决地基承载力不足；采用辐射井高压射水取土法，对住宅楼北侧实施迫降，实现了对建筑物的纠偏加固。纠偏过程中，利用互联网的动态管理信息技术实时远程监测，根据动态纠偏效果及时调整取土量及取土位置，做到信息化设计与施工，确保纠偏施工安全、可控。