坑式靜壓樁技術在西北濕陷性黃土地區(qū)頂升糾偏實踐

江 西 林

(甘肅土木工程科學研究院，甘肅 蘭州　730020)

0　引言

西北地區(qū)疆域遼闊，在西部大開發(fā)中占有很重要的地位。西北地區(qū)分布著大面積濕陷性黃土，若處理不當不僅對新建建筑物非常不利，而且也威脅著已有建筑物，有的建筑物因浸水濕陷，導致房屋嚴重傾斜開裂而成為危房。本文介紹了一種處理框架結構且剛度較好、結構完整的建筑物糾偏方法實踐。

1　工程概況

某綜合辦公樓位于蘭州市，始建于1985年，系一棟6層局部7層的內廊式框架結構房屋，占地面積(46.8×13.8)m2，總建筑面積4 011 m2，按8度抗震設防。基礎為鋼筋混凝土片筏基礎，地基處理采用原土翻夯2.5 m。2002年業(yè)主決定對該綜合辦公樓進行裝飾并改做培訓樓使用。裝飾公司在施工過程中，發(fā)現(xiàn)結構主體嚴重變形，致使塑鋼窗根本無法安裝。2002年10月，業(yè)主委托某單位進行檢測，檢測結果為該建筑物向西北方向傾斜，傾斜率達6.8‰，已超過GB 50007—2002建筑地基基礎設計規(guī)范規(guī)定，且沉降還在繼續(xù)，已嚴重影響到建筑物的正常使用。2003年1月，對該樓再次觀測，結果表明該樓沉降差東西向已超過34 cm，南北向(軸)超過13 cm，傾斜率增至11‰。測量結果見表1。

表1　沉降觀測結果

2　場地工程地質情況

1985年勘察資料表明，該場地為Ⅱ級，Ⅲ級自重濕陷性場地，地層結構自上而下第①層為填土層，厚約0.3 m～1.4 m；第②層為輕亞粘土層，厚約9.4 m～16.5 m；第③層為亞粘土層，厚約1.9 m～8.8 m；第④層為粉砂層，厚約0.2 m～3.0 m；第⑤層為圓礫、卵石層，出露標高-18.0 m；地下水位-13.8 m。其中輕亞粘土fk=110 kPa，具中高壓縮性。事故發(fā)生后，2002年10月，對該建筑物進行事故勘察，開挖探井5處，場地土分析資料結果見表2。

表2　場地土資料分析結果表

表2表明2號、3號已遭受水浸泡，飽和度sr>80%，多數(shù)已飽和，總濕陷量ΔS及自重濕陷量ΔZS為零，濕陷性消除。該場地屬Ⅱ級,Ⅲ級自重濕陷性場地，一般壓縮系數(shù)a1-2=0.3 MPa-1～0.9 MPa-1，屬中高壓縮性，場地在浸水后成軟硬兩區(qū)域，西北面軟，東南面硬。

3　傾斜和不均勻沉降原因分析

根據(jù)現(xiàn)場調查與資料分析，該建筑物總沉降量過大及不均勻沉降產(chǎn)生的原因主要是由于該場地土為Ⅱ級，Ⅲ級自重濕陷性黃土，在大量水體浸入后發(fā)生了濕陷變形。現(xiàn)場建筑物北端頭和北面上水管道局部破裂，長期大量涌水致使樓房三面管溝內大量積水，實測北面管溝內水深達0.7 m左右，粗略估計浸入地基水量有數(shù)千噸，浸濕最嚴重的是樓房的西北面。補充勘察資料表明，西北角地基土已飽和，濕陷性已消除。其次，建筑物西北端浸水后，地基土壓縮性增高，堆積在建筑物西北面的建筑裝飾材料使地基變形增加；再次，地基浸水未完全控制，沉降變形仍未穩(wěn)定，傾斜在繼續(xù)發(fā)展。

4　糾偏加固方案選擇和設計

4.1　方案選擇

根據(jù)檢測結果分析，可知該建筑物沉降在加劇，這表明Ⅱ級，Ⅲ級濕陷性黃土在大量水體浸入后受荷沉降未最終完成，不均勻沉降的進一步增大可導致建筑物的傾斜過大，更不利于加固糾偏，如不及時阻止建筑物的傾斜變形，后果不堪設想。糾偏加固主要有迫降糾偏和頂升糾偏兩種方式，兩種方式最大相異是糾偏后建筑物的標高不同。該綜合辦公樓為框架結構，整體性較好，梁柱均未出現(xiàn)裂縫，剛度較大，而且因為沉降過大，建筑物標高過低，所以選擇頂升糾偏方案。柱腳處截面為錐體，截面大，抗沖切能力較強，經(jīng)驗算能承受較大的頂升荷載，因此采用頂升糾偏是適宜的。

頂升糾偏應用在本工程項目中，相對于迫降糾偏有以下優(yōu)勢：1)頂升效果明顯且糾偏時間快；2)頂升后建筑物恢復到原設計標高，不影響建筑物原使用功能；3)頂升糾偏傾斜量可精確控制，可將樓房的傾斜率恢復到1‰以下；4)在Ⅱ級，Ⅲ級自重濕陷性黃土地基上進行浸水迫降糾偏，現(xiàn)階段還缺少成熟可靠的經(jīng)驗。

4.2　靜壓樁設計計算

4.2.1建筑物荷載計算

根據(jù)現(xiàn)場建筑物實際做法計算，在不考慮筏基荷重時，建筑物總荷載約90 000 kN(如考慮筏板重量則總荷載達110 000 kN)，共55根框架柱，每柱承擔荷載1 550 kN～1 950 kN。

4.2.2單樁極限承載力取值

樁采用截面200 mm×200 mm的預制混凝土方樁，根據(jù)對樁體試驗和計算，正常使用狀態(tài)極限承載力取值為300 kN。

4.2.3布樁計算

4.3　糾偏設計

4.3.1頂升量設計

靜壓托換樁加固完畢后，對建筑物所有的框架柱標高進行測量，計算出每根柱的相對沉降量，即為每根柱的頂升糾偏量。

4.3.2監(jiān)測設計

頂升糾偏作業(yè)技術性強，風險大，為確保頂升作業(yè)萬無一失，須及時獲得大量的反饋信息，并做出正確的調整，達到安全糾偏的目的。監(jiān)測措施主要采取：1)每根托換樁樁頂安設壓力表，有效控制單根樁承載力和框架柱頂升力；2)每根框架柱下面設立百分表，微觀控制該頂升點的頂升量，確保整個建筑物在平面內轉動，使上部結構不產(chǎn)生附加內力；3)每根柱上貼有坐標紙，用水準儀觀測標高，同時采用經(jīng)緯儀進行傾斜觀測，宏觀控制每根柱的頂升量；4)設專業(yè)人員對建筑物結構進行不間斷巡查。

5　糾偏加固施工

5.1　坑式靜壓樁施工

在設計樁位旁邊鑿開混凝土筏板，向下挖操作坑，深度為筏基以下2.5 m處，在設計樁位處下第1節(jié)樁，樁頂設置千斤頂，頂住基底，利用基礎及上部荷重作反力逐節(jié)壓樁，樁段間采用滿焊連接，壓樁直到預定深度且壓樁力不小于450 kN即可停止。施工流程見圖2。

5.2　頂升糾偏施工

5.2.1頂升前準備

1)待框架柱下所有托換樁施工完畢后，樁頂安設帶壓力表的千斤頂，頂住基礎；2)沿設計的切割線將基礎筏板切開，整個建筑物形成中間鏤空的連接體，中間鏤空是為了在保證頂升整體剛度的情況下減少頂升荷載；3)筏板切割完畢后，在每根柱下安設百分表；4)每根柱上貼坐標紙，同時用2臺經(jīng)緯儀，對建筑物進行變形觀測，此時建筑物傾斜率已達14.3‰；用4臺水準儀對柱進行測量，獲得框架柱的相對沉降量，并計算每點頂升量；頂升前計算出最大頂升量已接近45 cm；5)根據(jù)總頂升量，排出頂升輪次，計算出每輪次每頂升點的頂升量，單輪次最大頂升量控制在24 mm以內；6)設立6組施工組，由6名技術人員帶領，技術人員須熟悉該組每輪次每頂升點的頂升量及壓力控制量，并在頂升過程中控制工人的操作。

5.2.2頂升糾偏實施

所有工人就位后，由指揮員發(fā)口令，開始進行第一輪次的頂升作業(yè)。此時每個頂升點的工人同時啟動千斤頂，并觀測百分表數(shù)值與壓力表讀數(shù)，每輪次分3次～5次完成，每次頂升量控制在6 mm以下。該輪次完成后，讀取百分表，壓力表，觀測水準點讀數(shù)，統(tǒng)一抄報至技術總負責處，進行分析，并確定調整與否及調整量。然后開始下一輪次頂升作業(yè)，直到建筑物基本恢復垂直，達到預期設計糾偏效果為止。

5.3　靜壓樁的托換施工

頂升結束后，即進行托換施工。全部托換完成后，用混凝土填充頂升后留下的空隙。

6　效果檢驗

該建筑物頂升糾偏后，已徹底解危。其向北側傾斜率已從頂升前的14.3‰變成糾偏后向南過傾0.5‰；糾偏加固竣工后，建筑物進行室內外裝飾，經(jīng)裝飾公司半年施工，建筑物未見沉降及其他異常，該建筑物已趨于穩(wěn)定；整個糾偏加固過程始終保持了整棟建筑物上部結構完好的工作狀態(tài)，上部結構內力在糾偏加固后得到改善和消除。

7　結語

在西北濕陷性黃土地區(qū)，利用坑式靜壓托換樁對傾斜嚴重的建筑物進行頂升糾偏，是一種切實可行，有效快速的糾偏加固方法。加固和糾偏過程中，實施信息化施工，控制好施工細節(jié)，則頂升糾偏效果完全能得到保證。