掏土法與錨桿靜壓樁聯合糾傾技術在某高層住宅的工程應用

王孜帆 （西南科技大學，四川 綿陽 621000）

既有高層建筑受到設計不規范、施工誤差、地質條件變化的影響，使得建筑物結構荷載分布不均，地基出現不均勻沉降，加之在運營期建筑物使用和維護不當，如過度加載、周邊基坑開挖或滲漏水導致地基侵蝕等，都會加劇建筑物的傾斜和沉降，嚴重的導致結構開裂、破壞和影響結構安全性[1]。目前，我國存在著大量的既有高層建筑，這些高層建筑修建于20世紀90年代和21世紀前10年的大基建時期，經過多年的服役出現了各種危害，建筑物地基的加固和糾偏成為一項重要的研究工作[2,3]。

目前，用于既有建筑的糾偏技術眾多，有掏土法、地基應力解除法、輻射井射水法和浸水法等[4,5]。其中，掏土法是應用較為廣泛的糾傾方法，其原理是在建筑物沉降較小一側的基底或基礎外側掏出適量的土，以調整整個基礎的差異沉降，這種方法具有操作簡單、施工過程無須較多機具等特點，但在一些較硬地層中，掏土過程中容易引起土體擾動，導致建筑物的回傾存在不均勻和突變性，因此，需要采取其他輔助措施以控制建筑過快沉降，引起建筑開裂、失穩等隱患[6]。本文以福建省福州市某安置房項目為研究對象，提出掏土法和錨桿靜壓樁聯合糾偏的技術，研究成果可應用于類似工程的糾偏和地基加固處理。

1 工程概況

福建省福州市某安置房項目修建于2005年，總占地面積37825m2，總建筑面積222862m2，由10棟24層的單體建筑組成，均為現澆混凝土框架剪力墻結構，建筑平面圖如圖1所示。設2層地下室，建筑物南側緊鄰處設置了1 層地下室，2 個地下室之間的間隔約2m～3m，地表±0.000 處的高程為-0.45m，基礎結構形式為筏板基礎+CFG 復合基樁，并設置有抗震伸縮縫，筏板厚度為650mm，板底高程為-7.55m，底板下設200mm的褥墊層。由于地基處存在②濕陷性粉土，基礎原設計時采用CFG 復合計算進行承載力的提升和濕陷性的處治，CFG樁的直徑為350mm，采用等邊三角形布置，樁中心間距為1.5m，樁底標高為-26.05m，樁長為18.5m，處理后的地基承載力特征值為450kPa。

圖1 4#樓建筑平面圖

由于建筑物經過多年的使用，4#樓在運營的過程中發現建筑無地下室北側出現地板裂縫，裂縫處有地下水滲出，在2022年10月建筑物出現了持續沉降，經過檢測單位對建筑物布置沉降和傾斜觀測，發現布置的25 個監測點中，有12 個監測點的觀測值超出《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB 50292-2015）中相應限制要求，建筑物最大沉降值達到100mm，最大傾斜1/215，鑒定結論表明需對建筑物基礎進行加固和糾偏，以維持其使用年限[7]。收集建筑物在修建時期的地勘報告表明，地基土的土層性質以黏性土為主，特殊土層為②濕陷性粉土，上部主要為不均質的①1雜填土、①2素填土，下部為④粉質黏土、⑤粉土、⑥粉質黏土和⑦粉土，中部夾有一層薄中砂層，為③細中砂層，厚度為1.5m，各地基土的物理力學指標見表1。

表1 建筑地基土物理力學指標

2 糾傾和加固方案的確定

經過研究建筑物的結構形式、使用年限、地質條件和周邊環境，確定采用止傾和控傾的雙措施進行建筑物的防不均勻沉降和加固，采取掏土法對建筑物進行傾斜糾正[8]。在建筑物北側沉降較大的地方采用止傾措施，設置止沉樁防止建筑物的進一步沉降，按照樁基承載力計算方法進行計算[9,10]，如公式（1）所示。確定所有止沉樁承擔約20%的上部建筑物荷載，因此，設計樁總數為50 根，樁直徑為165mm，樁長度為18.5m，樁中心間距為3m；同樣的方法，為了防治掏土過程中建筑南側出現突然沉降或者過快沉降，在南側采取了控傾措施[9,10]，具體為設置25 根錨桿靜壓樁，所有錨桿靜壓樁承擔約10%的上部建筑物荷載，靜壓樁為圓形普通鋼管，壁厚為10mm，樁直徑為165mm，樁長度為18.5m，樁中心間距為3m。

式中Quk為單樁豎向承載力，kN；li為第i層土的厚度，m；qsik為第i層土與樁體的側壁摩阻力，kPa；qpk為樁端的土層極限端阻力，kPa；u為單樁的周長，m；Ap為樁端面積，m2。

掏土法的施作主要由南側兩個地下停車場間隙位置挖出的5個輻射井提供操作空間，輻射井位置分別設置在7軸～9軸、18軸～19軸、26軸、35軸和43軸處，輻射井的平面長度為2.5m，平面寬度為1.5m，挖出井深度止筏板底部以下約1.5m，輻射井深度約9.5m，由人工在輻射井內施工[11-12]，對褥墊層下濕陷性粉土進行掏土，掏土孔在平面上呈輻射狀，孔直徑為100mm，孔中心間距小于1.5m，如圖2所示。

圖2 建筑糾偏和加固方案

3 掏土孔周邊應力變形演化數值模擬分析

掏土孔的變形和受力還是控制糾偏的關鍵，為了研究掏土孔的糾偏效果，運用數值模擬手段分析掏土孔周邊應力變化過程。模擬分析軟件為巖土邁達斯GTS軟件，掏空直徑為100mm，孔周邊土體為濕陷性粉土，其本構關系為摩爾庫倫屈服準則[13]，巖土體物理力學計算參數見表1，土體泊松比為0.31，搭建的掏土孔數值模型如圖3 所示。模型網格劃分采用軟件內置的矩形網格劃分，計算時約束左右兩側的水平位移，上表面和下底面的豎向位移也為零。計算步驟分別為地應力平衡，土層應力和初始位移為零→上部建筑物荷載加載至上表面→掏土孔內土層移除→應力和位移云圖生成。

圖3 掏土孔數值計算模型

圖4 為掏土孔施工時周邊土體的應力分布和應變分布。從圖4（a）中可以看出，在土體中進行掏土施工后，土體受到擾動，其原位應力發生重新分布，其最大應力發生在圓孔的左右兩側，呈對稱分布，圓孔上下應力較低，應力路徑也發生偏轉，從圖中I-I 可以讀取應力的最大值為177kPa，應力峰值距離圓孔中心距離為200mm，約為2倍孔直徑；從圖4（b）中可以看出，與土體的應力變化相適應，土體的最大位移也發生在圓孔的兩側，呈對稱分布，其余位置塑性變形較小，從圖中IIII 可以讀取圓孔的塑性擾動區寬度為390mm（半徑為195mm）。綜合分析可知，在實際工程掏土過程中，為了避免土體的過分擾動，應控制掏土孔的間距和直徑，避免并排孔過密導致土體應力和塑性位移的疊加。

圖4 掏土孔數值計算結果

4 掏土法與錨桿靜壓樁聯合糾傾施工工藝

掏土法與錨桿靜壓樁聯合糾傾施工主要包括施工準備、監測點布置、錨桿靜壓樁施工、輻射井施工、掏土施工、封井施工，其施工工藝流程和技術控制要點如圖5所示。

圖5 掏土法和錨桿靜壓樁施工工藝流程及技術控制要點

5 結語

以福建省福州市某安置房項目為研究對象，綜合分析其結構特征、變形現狀、地質條件和周邊環境確定止傾和控傾方案，運用掏土法進行沉降控制和糾偏，并分析相應的施工方案，得到以下結論：

（1）在建筑物北側沉降較大的地下室底板位置處設置止沉樁，在南側設置控沉樁，以輻射井為工作空間配合掏土孔，控制建筑物逐步下沉，達到南北沉降均衡和建筑糾偏的目的。

（2）掏土孔應力應變表明，應力峰值和塑性應變峰值發生在圓孔左右兩側，呈對稱分布，應力峰值發生在約為2倍孔徑的距離處，塑性擾動區寬度約為3.9倍孔直徑。

（3）掏土法與錨桿靜壓樁聯合糾傾施工主要包括施工準備、監測點布置、錨桿靜壓樁施工、輻射井施工、掏土施工、封井施工，施工技術的提出有效保障了建筑物的順利糾傾，建筑物竣工驗收合格。