托換糾偏技術(shù)在危樓沉降處理中的應(yīng)用

托換糾偏技術(shù)在危樓沉降處理中的應(yīng)用

1n、c、n-n-圖4湖北省工藝產(chǎn)業(yè)集團(tuán)131#樓位于武昌原長湖。這座建筑高20.6m，有6層磚混結(jié)構(gòu)。根據(jù)板基板的形狀，其類型為“l(fā)”，長38.4m，寬9.6m，短長21.0m，寬6.15m，基質(zhì)面積630.32m，建筑面積696m（圖1）。該樓于1981年建成并投入使用,不久即發(fā)生不均勻沉降,導(dǎo)致整體向東主傾,向南微傾,墻體多處產(chǎn)生裂縫。房屋安鑒部門鑒定為危樓,要求必須處理后使用。該樓場地位處原長湖湖邊,地基土呈上軟下硬二元結(jié)構(gòu),上部為填土及湖積淤泥,下部為上更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土,但土層分布極不均勻,主要表現(xiàn)為填土及淤泥層厚度變化大,東部淤泥厚度超過10m,西部缺失,①～④軸基底是超固結(jié)粘土層,土層分布及物理力學(xué)指標(biāo)見表1。2基礎(chǔ)變形形式的確定通過現(xiàn)場調(diào)查和對相關(guān)資料分析,認(rèn)為造成該樓嚴(yán)重傾斜的原因是未經(jīng)處理的天然地基發(fā)生不均勻變形和上部結(jié)構(gòu)荷載分布不合理所致,主要有以下幾點(diǎn)。(1)建筑設(shè)計(jì)者對場地地質(zhì)情況認(rèn)識不清及由此產(chǎn)生的差異變形量后果估計(jì)不足,選擇了錯(cuò)誤的基礎(chǔ)形式。樓房位于原長湖邊緣,地基土分布東軟西硬,筏板基礎(chǔ)是直接置放在未經(jīng)處理軟硬不均土層上,在建筑荷載的長期作用下,軟弱一側(cè)地基產(chǎn)生持續(xù)大量的壓縮性變形,必然導(dǎo)致樓房產(chǎn)生較大的傾斜。(2)在基底土層?xùn)|軟西硬的條件下,采用異型布局,且重心偏向東側(cè),而該側(cè)恰好是未經(jīng)處理的低強(qiáng)度、高壓縮性軟弱土,加大了基礎(chǔ)的差異沉降。(3)后期建成的東側(cè)數(shù)幢8層住宅樓基礎(chǔ)采用錘擊沉管樁,樁基施工中的震沖擾動(dòng),加劇了該樓基礎(chǔ)差異沉降進(jìn)一步發(fā)展。3矯正和加固方案3.1c20混凝土基礎(chǔ)樓房為天然地基筏板整體基礎(chǔ),筏板厚0.4m,配Φ18主筋,C20混凝土,基底距地表1.8～2.3m,其中①～④軸筏基是直接置放在老粘土上,④～⑩軸板底有厚約20～30cm的磚礫及爐渣混合墊層。筏板上為磚墻架空層,1,3,5層設(shè)有整體圈梁。3.2矯正和加固要求業(yè)主要求把該樓傾斜率糾正至7‰以內(nèi),施工中應(yīng)保證樓房結(jié)構(gòu)安全和住戶照常居住生活,糾偏后不再產(chǎn)生新的傾斜變形而影響正常使用。3.3沉降降沉法為確保樓房整體安全,必須首先穩(wěn)定沉降量大的東側(cè),限定其繼續(xù)沉降。然后采用掏土迫降法,逐漸降低西側(cè)基礎(chǔ),最終使樓房趨于平正。整個(gè)過程應(yīng)循序漸進(jìn),控制基礎(chǔ)下沉速度及各部位下沉量,使樓房整體平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)。3.4該項(xiàng)目的內(nèi)部設(shè)計(jì)3.4.1錨桿靜壓樁托換技術(shù)東段基礎(chǔ)座落在軟弱地基上,必須首先對該段進(jìn)行穩(wěn)定加固,控制其在糾偏施工和以后的長期使用中不再產(chǎn)生新的沉降。同時(shí)以此段為糾偏支點(diǎn),在基礎(chǔ)沉降量小的西段進(jìn)行掏土迫降,轉(zhuǎn)動(dòng)基礎(chǔ)底板使傾斜危樓得以糾偏扶正。根據(jù)本建筑特點(diǎn),充分利用基礎(chǔ)為整體筏板和有架空層的有利條件,選擇錨桿靜壓樁托換技術(shù)對沉降量大的東側(cè)進(jìn)行加固。錨桿靜壓樁設(shè)置于⑩～12軸線內(nèi)墻筏基上,根據(jù)對上部結(jié)構(gòu)的荷載計(jì)算及場地土層條件,確定托換荷載占建筑總荷載的15%,占加固托換區(qū)荷載的35%,占支撐托換區(qū)荷載的100%,總托換荷載為5500kN。按此要求,設(shè)計(jì)錨桿靜壓樁22根,單樁承載力設(shè)計(jì)值Pa=250kN,規(guī)格為200mm×200mm方樁,主筋4φ14,混凝土C25,以樁端進(jìn)入更新統(tǒng)粘土層1.0m以上確定樁長。3.4.2糾偏沉降驗(yàn)算在地基淤泥層缺失的西段,選擇直接在基底下進(jìn)行水平向掏土,迫使基礎(chǔ)沉降。設(shè)計(jì)掏土范圍為①～④軸與A～D軸之間,根據(jù)公式(1)計(jì)算糾偏量,根據(jù)公式(2)計(jì)算基底掏土量(圖2)。式中:ΔS為設(shè)計(jì)糾偏量(mm);H為建筑物高度(m);L為糾偏方向建筑物寬度(m);ΔSmax為基礎(chǔ)邊緣糾偏沉降量(mm);F為糾偏基底面積(m2)。經(jīng)計(jì)算,樓房傾斜率糾至7‰,西側(cè)基底最大沉降量ΔS=315mm;掏土量V=98m3。為能實(shí)現(xiàn)有效掏土和有效沉降,在樓房西段南北兩側(cè)布置兩個(gè)掏土工作坑(見圖1),每次掏土孔間距控制在1.5m左右,南北相向掏土?xí)r搭接長度不少于0.5m?；淄馏w被掏產(chǎn)生臨空,地基支撐面積減小,接觸應(yīng)力增加,地基土產(chǎn)生側(cè)向擠壓變形,迫使基礎(chǔ)逐漸下沉。3.4.3垂直拾土孔格局在西側(cè)水平掏土迫降時(shí),中部地基土將會(huì)因附加應(yīng)力加大而增加建筑結(jié)構(gòu)彎曲應(yīng)力,為確保建筑結(jié)構(gòu)不被損壞,同時(shí)加速西部基礎(chǔ)的下沉,在限沉與促沉的④～⑩軸間布設(shè)垂直掏土孔,利用鉆孔后基底軟土側(cè)向擠壓原理使整個(gè)基礎(chǔ)范圍內(nèi)地基應(yīng)力重新分布,以調(diào)整變形,促進(jìn)樓房整體平穩(wěn)糾正。設(shè)計(jì)垂直掏土孔25個(gè),孔徑Φ400mm,孔距1.5～2.5m(從西向東由小漸大),孔深6.0～9.0m(從東向西孔深由淺漸深),孔口下鋼套管護(hù)壁,套管長2.5～4.0m,為減少對周邊相鄰構(gòu)建物的影響,將鋼護(hù)筒內(nèi)傾5°～15°。4干預(yù)和加固計(jì)劃的組織和實(shí)施4.1中央層面開展地下挖挖業(yè)務(wù)糾偏加固按下列施工順序進(jìn)行:(1)首先施工東側(cè)錨桿靜壓樁,同時(shí)將周邊影響施工的管線移動(dòng)改造;(2)鉆挖中部垂直掏土孔,同時(shí)開挖西側(cè)掏土工作坑,并做好坑壁支護(hù);(3)交替進(jìn)行西側(cè)平向掏土與中部垂向孔掏土,按信息法施工原則,以沉降觀測為依據(jù),指導(dǎo)掏土糾偏作業(yè)全過程;(4)掏土糾偏達(dá)到目標(biāo)值后,回填垂向掏土孔洞,對平向掏土段地基進(jìn)行注漿加固,避免發(fā)生新的沉降。4.2跳樁法施工,減少壓樁附加沉降錨桿靜壓樁均布置在室內(nèi)承重墻邊側(cè),在設(shè)置樁位的筏板上鑿成倒八字形洞孔,以利壓樁封頂后樁與筏基荷載的有效傳遞。采用跳樁法施工,以減少壓樁產(chǎn)生附加沉降。錨桿靜壓樁終止壓力N>400kN,樁長12.0～15.0m,接樁采用硫磺膠泥,壓樁時(shí)一次到位,穩(wěn)壓3min后停壓,全部壓完后進(jìn)行封樁,每個(gè)樁頂與筏板加焊2φ20樁帽筋,并及時(shí)向壓樁孔澆筑微膨脹早強(qiáng)C25混凝土與基礎(chǔ)底板固結(jié)。4.3垂直和水平過載的施工4.3.1調(diào)整變形、均糾偏的原則垂向掏土孔護(hù)筒逐個(gè)埋設(shè)后開始掏土,選用XU-150型地質(zhì)鉆機(jī),平距螺旋鉆頭,鉆頭的直徑為Φ380mm,為確保應(yīng)力解除的均勻性,由促沉量大的④軸向促沉量小的⑩軸南北對稱由西向東推進(jìn),通過“有的放失”地在鉆孔適當(dāng)深度掏出適量的軟弱地基土,使中部地基應(yīng)力在鉆孔周邊得到釋放,起到了調(diào)整變形、均衡糾偏的效果。4.3.2糾偏施工的基礎(chǔ)施工一:施工基礎(chǔ)中墻體開裂,土水平向掏土是本次糾偏工程的重點(diǎn),也是整個(gè)工程的難點(diǎn),主要是沉降速率不易控制,促沉回傾具有突變性,稍有不慎,將會(huì)造成墻體拉裂,結(jié)構(gòu)損壞,故在糾偏施工過程中,必須做到適量掏土,均勻沉降。水平掏土機(jī)具選用KHYD-750型礦用螺桿鉆機(jī),直接掏筏基底板下土層。首先由墻體開裂的形態(tài)判斷地基應(yīng)力最集中的“脊梁”位置,由該處向兩邊掏,承重墻下保留一定寬度土埂,逐步削窄,循環(huán)往復(fù),直到滿足設(shè)計(jì)糾偏量要求。施工中往往均勻地掏土不一定產(chǎn)生均勻的沉降,還必須根據(jù)監(jiān)測資料,指導(dǎo)掏工作業(yè)時(shí)的孔位布置、孔深確定和掏土量的控制。4.4干預(yù)、監(jiān)測和控制4.4.1觀測點(diǎn)和監(jiān)測方式施工前根據(jù)樓房結(jié)構(gòu)形狀建立沉降觀測標(biāo)志,選定相鄰穩(wěn)定建筑物設(shè)立基準(zhǔn)點(diǎn),在樓房具有特征點(diǎn)處設(shè)置21個(gè)觀測點(diǎn)(見圖1),按四等水準(zhǔn)要求進(jìn)行監(jiān)測。掏土開始時(shí)3～5d測一次,沉降啟動(dòng)后1～2d測一次,沉降速率超過5mm/d時(shí)加密至每天一次。以各點(diǎn)沉降速率和累計(jì)沉降量,安排每日掏土區(qū)段、掏土?xí)r間、掏土深度和掏土出土量,沉降速率一般控制在4～6mm/d,個(gè)別點(diǎn)最大沉降速率出現(xiàn)過12mm/d。4.4.2傾斜監(jiān)測對樓房角點(diǎn)分期進(jìn)行傾斜監(jiān)測,采用經(jīng)緯儀投點(diǎn)法和吊線垂球法,兩種方法同時(shí)觀測,互為檢驗(yàn),從觀測數(shù)據(jù)中判斷糾偏效果,適時(shí)調(diào)整掏土部位。4.4.3對各層結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中部位的觀測對樓房敏感部位監(jiān)測貫穿掏土糾偏全過程,尤其是沉降速率較高時(shí),每日均由現(xiàn)場工程師對各層結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中部位,房頂墻角敏感部位和原有裂縫處巡檢觀測,若有明顯性活動(dòng)跡象和新的變化現(xiàn)象,現(xiàn)場分析,提出處理和改進(jìn)意見。4.5基礎(chǔ)應(yīng)力調(diào)濕當(dāng)糾偏達(dá)到目標(biāo)值并通過安監(jiān)站驗(yàn)收后,結(jié)束掏工作業(yè),并停置半個(gè)月余,讓樓房在其自重荷載作用下,自然地調(diào)整基礎(chǔ)各部位應(yīng)力,使其重新分布后趨向穩(wěn)定。隨后采用射水注砂法將平向掏土區(qū)基礎(chǔ)底板下臥層中存在的孔隙與空洞用砂礫充填,再用低壓注漿法加固,通過水泥漿液的充填、滲透和擴(kuò)散,與地基土膠結(jié)成新的整體,形成良好的水泥-砂-土結(jié)合體地基,以保證樓房長期穩(wěn)定安全的使用。5矯正修復(fù)效果5.1樓地面促沉量結(jié)果(1)促沉糾偏施工總掏土量112m3,其中垂向掏土27m3,平向掏土85m3。(2)樓房西側(cè)促沉量314～325mm,東側(cè)上抬8～16mm。詳見表2與圖3。(3)樓房長邊東西兩側(cè)±0.00高差,由糾偏前529mm降至153mm。(4)樓房8個(gè)角點(diǎn)傾斜率降至2.4‰～5.3‰,平均值3.85‰。5.2樓地面結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與敏感問題由于采取穩(wěn)定東側(cè)、促沉西部、均衡掏土、循序漸進(jìn)的施工布署,在整個(gè)糾偏加固施工過程中,樓房的結(jié)構(gòu)始終是安全、穩(wěn)定的,從觀測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看出,各點(diǎn)的每一次沉降量連線基本上是直線,整個(gè)底板是在均衡平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng),樓房各部位也都是在均勻遞變中產(chǎn)生預(yù)期的復(fù)位,各樓層結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中點(diǎn)和敏感部位均未發(fā)生變形,糾偏前墻體中存在的一部分老裂縫不同程度地出現(xiàn)彌合或收攏。6糾偏加固措施(1)建筑物糾偏是一項(xiàng)技術(shù)難度較大、責(zé)任性較強(qiáng)和具有一定風(fēng)險(xiǎn)的工程,在工程實(shí)施前,必須進(jìn)行周密的調(diào)查研究,查清建筑物發(fā)生傾斜的原因,提出糾偏設(shè)計(jì)方案,并經(jīng)相關(guān)專家咨詢論證,以確定最優(yōu)方案。(2)在方案的實(shí)施過程中,必須設(shè)置嚴(yán)密的監(jiān)測系統(tǒng),根據(jù)監(jiān)測得到的連續(xù)而系統(tǒng)的信息資料指導(dǎo)施工,以保證糾偏施工的有效進(jìn)