某高層住宅建筑糾偏加固設計分析

陳衛東 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230031）

1 引言

隨著我國城市化進程不斷推進，工程建設總量和規模越來越大，因勘察、設計、施工、使用不當或因改擴建荷載變化、受鄰近新建工程和自然災害影響等導致建筑物傾斜時有發生，恢復傾斜建筑的安全和正常使用功能需要應用糾偏技術。糾偏工程復雜因素多、技術難度高、風險大，特別是高層建筑物基礎面積小、重心高，傾斜后產生的附加傾覆彎矩大，如果加固技術方案僅考慮地基補強而忽略糾偏防復傾設計，糾偏后建筑物可能再次發生傾斜。本文結合工程實例，主要介紹地基補強加固常用的錨桿靜壓樁法，以及如何進行主體結構糾偏加固設計。

2 工程概況

本工程為地上18層的剪力墻結構住宅樓，地下2層，其中地下1層北側與負一層大地庫相連，地下1層南側直通室外。主體結構采用筏板基礎，基礎持力層為第②層粉質粘土，筏板基礎下方有貫穿南北的防空洞和局部換填（圖1）。該工程主體結構于2018年4月封頂，2018年8月所在地區遭遇罕見暴雨，2018年9月起主體沉降觀測數據出現異常，隨即建設單位邀請相關單位對該棟樓地基進行了注漿加固處理，經注漿處理后建筑物仍處于接近規范界限值的傾斜變形狀態，2019年5月第三方測得上部結構頂點南向傾斜最大實測值達到H/311，近100日的最大沉降速率為0.11mm/d。總體沉降變形趨于收斂，但尚未達到穩定狀態，需要二次處理。

圖1 地基換填區及防空洞位置示意圖

3 建筑傾斜原因分析

該工程主體結構封頂后，南邊負二層外側回填尚未全部完成，遭遇罕見暴雨，排水不及時造成筏板基礎持力層進水。筏板基礎下方有貫穿南北的防空洞和局部換填，又形成滲水通路，導致大面積地基土遭水浸泡，測得暴雨前后第②層地基土承載力相差較大（表1），地基土遇水軟化承載力不足是主體結構產生異常沉降的主要原因。雨水主要從南側滲入，且北側有負一層地下室約束，南北不均勻沉降導致主體結構向南傾斜。

各施工階段地基土物理參數表

暴雨過后，地基土內外注漿加固雖然一定程度阻止了主體結構加速沉降，但室內鉆孔檢測結果表明，筏板下東、西兩端注漿層厚度較厚（130mm～350mm之間），中部注漿層厚度較薄（0～200mm之間）；較厚部位注漿層上部形成顯著的水泥凈漿端，較薄部位注漿層多為水泥漿裹夾土體固結成塊。注漿層均勻性較差，導致不同位置處理后的地基土承載力與壓縮模量差別也較大（下表），局部地基承載力仍不滿足要求，雖然總體沉降變形趨于收斂，但尚未達到穩定狀態，地基基礎仍然需要進行二次加固處理。

4 糾偏加固方案

4.1 方案概述

雖然該工程沉降變形尚未達到穩定狀態，但總體沉降變形趨于收斂，且上部結構頂點傾斜最大實測值H/311仍在規范允許范圍內，原則上二次加固處理主要考慮地基基礎止沉補強與防復傾加固設計為主；該工程精裝已經完成，傾斜后樓層地坪南北高差約10mm，為不影響今后住戶使用，建設單位要求對該樓主體結構進行適當糾偏，故二次加固處理需要同時考慮主體結構糾偏設計。考慮前期注漿加固處理過程中相鄰地庫底板已出現隆起現象，且實測筏板下注漿層均勻性較差，故不再采用繼續注漿地基補強加固方案。該工程交房在即且傾斜量并不大，糾偏采用傳統的迫降法與抬升法勢必影響工期且風險較大，利用主體沉降變形尚未穩定，糾偏方案可考慮對建筑物南側進行止沉，北側讓其繼續下沉，以達到糾偏目的。

該工程二次加固方案最終采用在筏板上新增錨桿靜壓樁法進行基礎加固，為提高靜壓樁穿越注漿層的能力和節省樁身預制時間，工程樁均采用Φ273×10開口型樁尖的鋼管樁。施工時先壓南側樁并持壓封樁（圖2），形成向上反力進行止沉糾偏，再壓北側樁。為節約糾偏工期滿足交房時間要求，北側樁需要提前封閉，封樁前采取樁頂預埋15mm厚軟質泡沫墊作為預留沉降措施（圖3），以保證北側能繼續下沉而不影響糾偏，在滿足工期要求前提下以達到地基補強與主體糾傾目的。

圖2 南側樁持壓封樁節點圖

圖3 樁頂預留沉降措施節點圖

4.2 地基補強設計

本工程計算總豎向荷載240021kN（1.0恒 +1.0活），平均基底反力315kPa。按照補勘報告提供的地基承載力特征值fak=140kPa，復核計算fa=140+1.5 ×18 ×（4.1-0.5）=237kPa<315kPa，地基承載力不滿足要求。

地基補強設計按樁承擔40%、地基土承擔60%原則進行估算：Φ273×10鋼管靜壓樁設計單樁承載力特征值1000kN，共106根，樁基總承載力106000kN，可承擔荷載率44%>40%；修正后的地基土承載力特征值fa=237kPa，基礎面積 754m，地基土總承載力178698kN，可承擔荷載率75%>60%。復核新增靜壓樁量能夠滿足地基補強要求，再結合糾偏設計要求，進行合理布樁。

4.3 主體糾偏設計

在基礎沉降較大一側增設預封錨桿靜壓樁，此時基底土反力合力點移向基礎沉降較小一側，在主體結構自重作用下，主體結構就可能發生反傾。

圖4中基底土反力分布為錨桿靜壓樁施工前的狀態，圖5中的基底土反力分布為預封錨桿靜壓樁施工后基底反力重新分布的狀態。根據圖5，由力學平衡方程∑M=0得：

圖4 糾偏前主體受力狀態示意圖

圖5 糾偏后基礎受力狀態簡圖

式中：

P-南側預封樁總持力；

χ-基地土反力重分布后的合力點距O點距離；

θ=0.1421度，H=61.95m，

e=0.074m

N=240021kN，L=2.275m，

B=9.141m，B=6.409m

N=240021×cos(0.1421)

=240020kN

N=240021×sin(0.1421)=595kN

M=Ne+NH/2

=240020×0.074+595×61.95/2

=36192kNm

N=N-Pcosθ≈240020-P

上述代入平衡方程式（1）可得χ：

（240020-P）χ+P ×（9.141+6.409-2.275）×cos（0.1421）

=240020×9.141+36192

→χ=

（2230215-13.275P）/（240020-P）

由圖5可以看出，χ值應不超過B才能使基礎沉降小的一側土反力增大，從而使建筑物有反傾趨勢。將χ≤B代入上式可得：P≥8755kN。

本工程沿南側外墻邊均勻布置預封樁28根，計算預封樁單樁持力滿足P/28≥313kN即可，實際封樁力900kN可以滿足糾偏要求。

4.4 糾偏防傾覆設計

為防止反傾過大，需要在基礎沉降少的一側增設輔助錨桿靜壓樁，如圖6所示。其作用就是待建筑物反傾至目標位置后，阻止主體結構的繼續反傾，為保證輔助樁能及時封閉均在樁頂預留沉降措施（圖3）。輔助樁的數量宜使建筑物反傾至正常位置后的基底土反力均勻分布，基本保證房屋糾偏后的剩余沉降是均勻的。輔助樁合力定量計算的計算簡圖見圖7，由平衡方程∑M=0得：

圖6 糾偏前輔助樁狀態示意圖

圖7 糾偏后基底反力分布狀態簡圖

式中：

P'-基礎北側輔助樁合力，輔助樁合力點距基礎邊緣距離L'=6.6m

M=Ne=240021×0.074=17762kNm

NS=N-P-P'

=240021-28×900-P'=214821-P'

代入平衡方程式（2）可得：

P'×6.6+（214821-P'）×9.141+28×900×（9.141+6.409-2.275）=240021×9.141+17762

→P'=34008kN，本工程基礎北側布置輔助樁37根，按設計單樁承載力1000kN，實際合力37000kN>34008kN，可以滿足防止向北反傾要求。

最后，將剩余41根錨桿靜壓樁按照均勻對稱原則，結合地基基礎有限元計算分析情況，合理布置在基礎中部形心線附近，以保證糾偏完成后地基與基礎承載力均能滿足設計要求，最終完成所有錨桿靜壓樁布置（圖8）。

圖8 錨桿靜壓樁布置圖

5 結語

本文結合實際工程，分析其傾斜原因，選擇采用錨桿靜壓樁法加固設計方案。結合地基補強加固要求，通過合理布樁、可靠措施以及計算分析進行主體結構糾偏設計。糾偏技術方案既滿足了工期緊要求，又降低了糾偏過程風險，直接降低了糾偏加固成本，可為類似糾傾量較小的工程加固設計提供借鑒。