既有高層建筑物糾偏加固探討

張金虎 中國鐵路上海局集團有限公司辦公室

1 工程概況

1.1 機關3號樓及服務樓基礎概況

集團公司機關3號樓建成于1983年，為框架結構建筑，現為地下一層，地上八層的辦公樓。3號樓的地基基礎為箱型基礎，基礎底標高-3.6 m，天然地基，柱距6 m。

機關服務樓是將原3號樓北側地上二層的附樓拆除后，在原址新建地上3層樓，于2003年5月竣工。機關服務樓采用鋼筋混凝土條形基礎，基礎底標高-2.1 m。

3號樓和機關服務樓采用沉降縫分割，在施工過程中，對3號樓采用水泥土圍護樁進行隔離保護。

1.2 沉降偏斜概況

3號樓及機關服務樓竣工后均發生不均勻沉降和偏斜，根據房屋質量檢測報告（2014年3月）的監測數據分析，雖然各監測點沉降速率小于0.04 mm/d規范值，但較為接近0.04 mm/d的規范值，并且由于建筑物的南北方向測點中最大偏斜率向北傾斜11.8‰；東西方向測點中最大偏斜率向東4.1‰。根據危險房屋鑒定標準中建筑物偏斜直≤10‰的限值，需要對3號樓在后續使用過程中繼續加強監測發現問題，及時采取相應措施，防止繼續沉降、傾斜。具體偏斜情況見表1。

表1 建筑偏斜情況匯總表

2 不均勻沉降、偏斜原因初步分析及穩定性預判

2.1 不均勻沉降、偏斜原因初步分析

根據上鐵院出具的巖土工程勘察報告，作為地基持力層的②31層，該層地基承載力一般可滿足本工程荷載要求，說明出現不均勻沉降的原因并不是因地基承載力不滿足要求，或地基土存在明顯不均勻造成的，初步分析引發不均勻沉降、偏斜原因如下：

（1）建設原因。本工程3號樓為8層框架結構箱型基礎，機關服務樓為3層磚混結構條形基礎，兩工程相接建造，基底荷載相互影響，導致地基土受力不均勻后出現變形差異。或者可能存在建筑初期，施工精度未滿足設計要求或者存在設計缺陷等原因，導致偏心受壓的情況出現，并逐步加劇。

（2）后期擾動。根據巖土工程勘察報告，位于機關服務樓邊的勘探孔其淺部土層固結程度明顯高于3號樓周邊勘探孔，不符合荷載疊加地段地基土固結程度更高的一般規律，造成此現象的原因一方面可能是機關服務樓受3號樓壓迫影響，導致北側地基土承擔了較大的偏心荷載，另一方面可能為后期新建樓房施工導致3號樓基礎受到擾動影響，3號樓北側地基土在擾動與荷載共同作用下出現較大程度的固結。新建的客專調度樓主體與機關服務樓東北角的距離約18 m左右，其地下室邊線距離僅4 m左右，施工期擾動可能會對相鄰的地基土產生較大影響，影響形式主要為震動引發的地基土次固結或地下水位降低引發的地基土次固結。

（3）綜合原因。根據本工程偏斜監測資料，3號樓在機關服務樓建設以前已經發生偏斜，在機關服務樓建設期間、客專樓建設期間，均發生了不同程度的偏斜，偏斜原因簡單歸為前期建設原因或后期施工擾動原因都欠妥，因此本工程極可能為在多重因素綜合作用下導致的偏斜。

2.3 機關3號樓及服務樓現狀穩定性預判

根據近幾年沉降監測資料，3號樓不具備收斂性，南北兩側地基土固結程度大致相當，因此判斷，偏斜趨勢尚未穩定，存在繼續偏斜的可能，甚至存在加速偏斜的可能，而機關服務樓一直受到3號樓壓迫影響，同樣存在偏斜的可能，因此對機關3號樓糾偏加固迫在眉睫。

3 制約糾偏加固措施的幾條因素

（1）作為地基持力層的②31層為中等液化土層，依據現行規范，該層不能直接作為天然地基持力層使用，需采用有效措施消除液化影響。為了保證本工程抗震安全性，需要將本次糾偏加固工程將此問題考慮在內，一并處理。

（2）本工程周邊建筑林立，既有建筑物與3號樓最近距離為4 m，最遠為22 m，且地下管線繁多，同時地基加固時，要確保3號樓正常辦公，確保機關大院秩序正常，地下室凈高為2.4 m，空間非常狹小，因此本工程場地環境也是制約糾偏加固方案的因素之一。

（3）場地地下水位較淺，既有3號樓及機關服務樓基礎均位于地下水位之下，且基底以下為砂質粉土層，該層為潛水含水層，透水性較好，施工時要注意降水對周邊地坪、地下管線和建筑物的影響，因此場地地下水也是制約本工程糾偏加固方案的重要因素之一。

4 糾偏加固對應的措施

通過對3號樓及服務樓的分析，結合3號樓施工現場環境，本工程主要是對集團公司機關3號樓進行地基加固，采用錨桿靜壓樁進行作業。地基加固過程中需要加強對既有3號樓、機關服務樓以及周圍建筑物、管線、地面進行全面監測，監測其水平、垂直變形量以及變形速率。施工完成后，要持續對其進行監測，直到3號樓整體穩定后方可結束監測。

5 錨桿靜壓樁施工

5.1 錨桿靜壓樁

錨桿靜壓樁是錨桿技術和靜壓樁技術相結合形成的一種樁基礎施工工藝，通過在基礎上埋設錨桿固定壓樁反力架，利用建筑物的自重作為壓樁反力，用壓樁機將樁段從基礎中預留或開鑿出的壓樁孔內逐段壓入土體中，然后將樁與基礎連在一起，從而達到提高地基承載力和控制不均勻沉降的目的。錨桿靜壓樁施工機具輕便靈活，施工方便，可在狹小的空間內進行加固作業，具有能耗低、無振動、無噪音、無污染等特點，施工影響小等優點。如圖1所示。

5.2 施工方法

5.2.1 確定壓樁順序

錨桿靜壓樁在建筑地基糾偏加固時，一般會在沉降較大的部位開始壓樁，采取分片、間隔跳打。布孔由疏到密對稱均勻，逐步向沉降較小的部位進行推進；多臺樁基施工時，需要對稱作業。施工時根據壓樁順序要求，需要對每根樁進行逐根編號，按照既定順序進行施工，同時做好相應的壓樁記錄、監測等配套工作。本工程壓樁總體順序如圖2所示。

圖1 錨桿靜壓法沉樁結構示意圖

圖2 壓樁總體順序圖

5.2.2 施工方法

（1）施工準備。施工前將所需要的材料和施工機具準備齊全。根據本工程項目特點結合工程進度，配備壓樁設備4套以及相關配套設施設備；相關材料包括預制鋼管樁段、錨筋、環氧樹脂、鋼筋等。同時施工現場做好各項防護措施，確保施工現場安全，保證施工能夠按計劃實施。

（2）施工工藝流程。錨桿靜壓樁施工流程：開壓孔樁和錨桿孔→植入錨筋→安裝反力架→進行壓樁施工→接樁→拆除設備、填充素砼→封樁、樁與基礎連接。

（3）鑿壓樁孔和錨桿孔，植入錨筋。本工程在既有基礎地板上開孔，開孔難度較大，施工時采用水鉆鉆孔的方式進行。

成型后的壓樁孔還應按照設計要求形成坡度，即上小下大截頭錐形體，截面需鑿毛處理，同時及時排除地下水。成型后錨桿孔確保成孔內沒有任何垃圾和水分，本工程錨筋與基礎底板相連，采用8.8級錨桿，直徑為φ25 mm，用環氧樹脂膠植入錨筋。

（4）安裝反力架。反力架安裝按規定要求必須牢固，不能松動，且要保持整體垂直。

（5）壓樁施工。壓樁時，要使千斤頂與樁段軸線保持垂直，且在一條直線上，嚴禁偏壓。本工程4臺樁機同時作業時，按確定的壓樁順序對稱進行，防止基礎受力不均而導致傾斜，總壓樁力不得大于該節點基礎上的建筑物自重。同時記錄樁入土深度和壓力表的讀數，檢查該節樁是否壓完。壓樁過程中應連續進行，不得中途暫停，以防因暫停時間過長造成壓樁力驟增，樁壓不下去等質量事故。如確實需要停頓，也應停留在軟土層中，且停頓時間不宜超過24 h。

（6）接樁。本工程由于層高和管道的限制，鋼管樁單節長度為1 m，每根樁需要20節樁段，因此對樁身垂直度控制非常關鍵。接樁時，采用型鋼夾具對上下兩節樁進行固定、調整垂直度后再進行點焊固定，確保垂直度在偏差允許的范圍內再滿焊，再進行壓樁，直到壓到設計要求為止。

（7）拆除設備、填充素砼。拆除壓樁支架，將鋼管樁內填充C25素砼混凝土，同時在樁頭按設計要求預埋部分錨筋。

（8）封樁、樁與基礎連接。封樁時，將壓樁孔內雜物清理干凈，按照施工圖將樁頭預埋錨筋與原有基礎鋼筋焊接在一體，澆筑C35快硬微膨脹抗滲混凝土（抗滲等級為P8），澆筑好的的混凝土要搗實，使樁與既有基礎結合成為一個整體，并按規定養護好混凝土。

6 變形監測情況

6.1 沉降分析

本工程2015年3月3日進行首期監測，施工壓樁于2015年7月13日結束，2015年9月22日完成施工期的最后一次監測，2018年12月21日完成第135期監測，通過與對比發現，最大沉降量（106天）為2.3 mm，最大沉降速率為0.02 mm/d，最大累計沉降量（1384天）為54.7 mm。根據規定：當沉降速率小于0.01 mm/d～0.04 mm/d時，認為已經進入穩定階段，故認為3號樓及服務樓進入穩定階段。

6.2 偏斜分析

2015年2月28日進行首期監測，

2015年9月22日完成施工期的最后一期監測，2018年12月21日完成第117期監測，根據監測數據，各監測點偏斜無明顯變化。

綜上所述，后期繼續保持監測即可。附沉降監測圖3。

圖3 沉降監測圖

7 結束語

本工程施工完成后，通過持續對3號樓和機關服務樓以及周邊建筑物進行監測，根據監測結果已經進入穩定階段，后期持續保持監測，目前機關3號樓正常使用，且使用良好。