江 西 林

(甘肃土木工程科学研究院，甘肃 兰州　730020)

0　引言

西北地区疆域辽阔，在西部大开发中占有很重要的地位。西北地区分布着大面积湿陷性黄土，若处理不当不仅对新建建筑物非常不利，而且也威胁着已有建筑物，有的建筑物因浸水湿陷，导致房屋严重倾斜开裂而成为危房。本文介绍了一种处理框架结构且刚度较好、结构完整的建筑物纠偏方法实践。

1　工程概况

某综合办公楼位于兰州市，始建于1985年，系一栋6层局部7层的内廊式框架结构房屋，占地面积(46.8×13.8)m2，总建筑面积4 011 m2，按8度抗震设防。基础为钢筋混凝土片筏基础，地基处理采用原土翻夯2.5 m。2002年业主决定对该综合办公楼进行装饰并改做培训楼使用。装饰公司在施工过程中，发现结构主体严重变形，致使塑钢窗根本无法安装。2002年10月，业主委托某单位进行检测，检测结果为该建筑物向西北方向倾斜，倾斜率达6.8‰，已超过GB 50007—2002建筑地基基础设计规范规定，且沉降还在继续，已严重影响到建筑物的正常使用。2003年1月，对该楼再次观测，结果表明该楼沉降差东西向已超过34 cm，南北向(轴)超过13 cm，倾斜率增至11‰。测量结果见表1。

表1　沉降观测结果

2　场地工程地质情况

1985年勘察资料表明，该场地为Ⅱ级，Ⅲ级自重湿陷性场地，地层结构自上而下第①层为填土层，厚约0.3 m～1.4 m；第②层为轻亚粘土层，厚约9.4 m～16.5 m；第③层为亚粘土层，厚约1.9 m～8.8 m；第④层为粉砂层，厚约0.2 m～3.0 m；第⑤层为圆砾、卵石层，出露标高-18.0 m；地下水位-13.8 m。其中轻亚粘土fk=110 kPa，具中高压缩性。事故发生后，2002年10月，对该建筑物进行事故勘察，开挖探井5处，场地土分析资料结果见表2。

表2　场地土资料分析结果表

表2表明2号、3号已遭受水浸泡，饱和度sr>80%，多数已饱和，总湿陷量ΔS及自重湿陷量ΔZS为零，湿陷性消除。该场地属Ⅱ级,Ⅲ级自重湿陷性场地，一般压缩系数a1-2=0.3 MPa-1～0.9 MPa-1，属中高压缩性，场地在浸水后成软硬两区域，西北面软，东南面硬。

3　倾斜和不均匀沉降原因分析

根据现场调查与资料分析，该建筑物总沉降量过大及不均匀沉降产生的原因主要是由于该场地土为Ⅱ级，Ⅲ级自重湿陷性黄土，在大量水体浸入后发生了湿陷变形。现场建筑物北端头和北面上水管道局部破裂，长期大量涌水致使楼房三面管沟内大量积水，实测北面管沟内水深达0.7 m左右，粗略估计浸入地基水量有数千吨，浸湿最严重的是楼房的西北面。补充勘察资料表明，西北角地基土已饱和，湿陷性已消除。其次，建筑物西北端浸水后，地基土压缩性增高，堆积在建筑物西北面的建筑装饰材料使地基变形增加；再次，地基浸水未完全控制，沉降变形仍未稳定，倾斜在继续发展。

4　纠偏加固方案选择和设计

4.1　方案选择

根据检测结果分析，可知该建筑物沉降在加剧，这表明Ⅱ级，Ⅲ级湿陷性黄土在大量水体浸入后受荷沉降未最终完成，不均匀沉降的进一步增大可导致建筑物的倾斜过大，更不利于加固纠偏，如不及时阻止建筑物的倾斜变形，后果不堪设想。纠偏加固主要有迫降纠偏和顶升纠偏两种方式，两种方式最大相异是纠偏后建筑物的标高不同。该综合办公楼为框架结构，整体性较好，梁柱均未出现裂缝，刚度较大，而且因为沉降过大，建筑物标高过低，所以选择顶升纠偏方案。柱脚处截面为锥体，截面大，抗冲切能力较强，经验算能承受较大的顶升荷载，因此采用顶升纠偏是适宜的。

顶升纠偏应用在本工程项目中，相对于迫降纠偏有以下优势：1)顶升效果明显且纠偏时间快；2)顶升后建筑物恢复到原设计标高，不影响建筑物原使用功能；3)顶升纠偏倾斜量可精确控制，可将楼房的倾斜率恢复到1‰以下；4)在Ⅱ级，Ⅲ级自重湿陷性黄土地基上进行浸水迫降纠偏，现阶段还缺少成熟可靠的经验。

4.2　静压桩设计计算

4.2.1建筑物荷载计算

根据现场建筑物实际做法计算，在不考虑筏基荷重时，建筑物总荷载约90 000 kN(如考虑筏板重量则总荷载达110 000 kN)，共55根框架柱，每柱承担荷载1 550 kN～1 950 kN。

4.2.2单桩极限承载力取值

桩采用截面200 mm×200 mm的预制混凝土方桩，根据对桩体试验和计算，正常使用状态极限承载力取值为300 kN。

4.2.3布桩计算

4.3　纠偏设计

4.3.1顶升量设计

静压托换桩加固完毕后，对建筑物所有的框架柱标高进行测量，计算出每根柱的相对沉降量，即为每根柱的顶升纠偏量。

4.3.2监测设计

顶升纠偏作业技术性强，风险大，为确保顶升作业万无一失，须及时获得大量的反馈信息，并做出正确的调整，达到安全纠偏的目的。监测措施主要采取：1)每根托换桩桩顶安设压力表，有效控制单根桩承载力和框架柱顶升力；2)每根框架柱下面设立百分表，微观控制该顶升点的顶升量，确保整个建筑物在平面内转动，使上部结构不产生附加内力；3)每根柱上贴有坐标纸，用水准仪观测标高，同时采用经纬仪进行倾斜观测，宏观控制每根柱的顶升量；4)设专业人员对建筑物结构进行不间断巡查。

5　纠偏加固施工

5.1　坑式静压桩施工

在设计桩位旁边凿开混凝土筏板，向下挖操作坑，深度为筏基以下2.5 m处，在设计桩位处下第1节桩，桩顶设置千斤顶，顶住基底，利用基础及上部荷重作反力逐节压桩，桩段间采用满焊连接，压桩直到预定深度且压桩力不小于450 kN即可停止。施工流程见图2。

5.2　顶升纠偏施工

5.2.1顶升前准备

1)待框架柱下所有托换桩施工完毕后，桩顶安设带压力表的千斤顶，顶住基础；2)沿设计的切割线将基础筏板切开，整个建筑物形成中间镂空的连接体，中间镂空是为了在保证顶升整体刚度的情况下减少顶升荷载；3)筏板切割完毕后，在每根柱下安设百分表；4)每根柱上贴坐标纸，同时用2台经纬仪，对建筑物进行变形观测，此时建筑物倾斜率已达14.3‰；用4台水准仪对柱进行测量，获得框架柱的相对沉降量，并计算每点顶升量；顶升前计算出最大顶升量已接近45 cm；5)根据总顶升量，排出顶升轮次，计算出每轮次每顶升点的顶升量，单轮次最大顶升量控制在24 mm以内；6)设立6组施工组，由6名技术人员带领，技术人员须熟悉该组每轮次每顶升点的顶升量及压力控制量，并在顶升过程中控制工人的操作。

5.2.2顶升纠偏实施

所有工人就位后，由指挥员发口令，开始进行第一轮次的顶升作业。此时每个顶升点的工人同时启动千斤顶，并观测百分表数值与压力表读数，每轮次分3次～5次完成，每次顶升量控制在6 mm以下。该轮次完成后，读取百分表，压力表，观测水准点读数，统一抄报至技术总负责处，进行分析，并确定调整与否及调整量。然后开始下一轮次顶升作业，直到建筑物基本恢复垂直，达到预期设计纠偏效果为止。

5.3　静压桩的托换施工

顶升结束后，即进行托换施工。全部托换完成后，用混凝土填充顶升后留下的空隙。

6　效果检验

该建筑物顶升纠偏后，已彻底解危。其向北侧倾斜率已从顶升前的14.3‰变成纠偏后向南过倾0.5‰；纠偏加固竣工后，建筑物进行室内外装饰，经装饰公司半年施工，建筑物未见沉降及其他异常，该建筑物已趋于稳定；整个纠偏加固过程始终保持了整栋建筑物上部结构完好的工作状态，上部结构内力在纠偏加固后得到改善和消除。

7　结语

在西北湿陷性黄土地区，利用坑式静压托换桩对倾斜严重的建筑物进行顶升纠偏，是一种切实可行，有效快速的纠偏加固方法。加固和纠偏过程中，实施信息化施工，控制好施工细节，则顶升纠偏效果完全能得到保证。