某框架结构建筑物纠偏加固及施工过程突发情况应对方案

2021-03-04程明星

浙江建筑 2021年1期

程明星

（绍兴佳固建筑有限公司，浙江绍兴312000）

常用迫降纠倾方法有掏土法、浸水法、降水法、加压法、振捣液化法、淤泥触变法、桩基卸载法等。而桩顶卸载法的原理是通过截断某些桩，使建筑物荷载重新分配到另一些桩身上，使桩产生沉降或桩头破坏下沉。达到纠倾目的后，重新恢复、加固被破坏的桩基。该法纠倾风险大，相关文献都建议慎重选用。

本工程采用了截桩纠偏，通过对沉降数据的分析并结合相应的工况，对桩体的刺入变形进行有效利用，取得了较好的施工效果。施工中减少了许多繁琐的工序，且迫降量精确可控。现整理成文，供同行参考。

1 工程概况

1.1 施工前工程概况

温岭市某学校综合楼由温岭市建筑设计研究院设计，综合楼为6层框架结构（南侧局部5层），建于2009年。综合楼建筑底层面积为917.15 m2，建筑总面积为5 479.8m2，建筑高度为22.1m，设计使用年限为50年。基础设计等级为乙级，桩基均为钻孔灌注桩，单桩承台基础，以○10－1层砾砂层为桩端持力层，桩长约60 m，其中南侧Ⓐ轴和北侧Ⓔ轴Φ700钻孔灌注桩单桩承载力为2 500 kN，中间Ⓒ轴及北侧Ⓔ轴楼梯间Φ800钻孔灌注桩单桩承载力为3 200 kN，真实施工状况不详。

综合楼于2009年完工，交付使用一年后，综合楼南北侧出现十分明显的不均匀沉降发展状况，经测量，其向北倾斜率为19‰，已远超《危险房屋鉴定标准（JGJ 125—99）》规定的危房7‰标准值，且该楼既有的差异沉降还在迅速扩大（南北沉降差异保持在0.2～0.4mm／d），致使既有倾斜处于迅速发展态势。建筑物使用安全隐患十分严重，亟需纠偏加固处理。

1.2 地勘情况

地基土物理力学性能指标见表1。

表1 地基土物理力学指标设计参数

2 预定方案

2.1 处理要点

现经多方协商并根据建设单位要求，拟对附属用房进行基础托换控沉加固和迫降纠偏处理，以确保综合楼结构安全并恢复房屋正常使用功能。具体加固纠偏处理要点包括：

1）对Ⓔ轴基础进行基础补桩控沉处理，尽快控制房屋北侧快速沉降状况和不均匀沉降加大发展趋势；

2）对Ⓐ轴和部分Ⓒ轴既有桩体采用截桩纠偏处理，减少房屋现有的倾斜过大状态，恢复房屋的正常使用功能。

根据业主要求，上述纠偏加固处理方案分步实施，本期先进行房屋纠偏处理，纠偏完成后再进行房屋基础控沉加固处理。

2.2 技术方案简述

预先通过在桩体上新浇托盘牛腿并采用千斤顶进行基础托换，再对Ⓐ轴和部分Ⓒ轴既有桩体进行截桩分离，通过托换千斤顶进行逐步迫降纠偏，纠偏至目标后，对截断分离桩体恢复加固施工。

具体技术方案参见图1。

纠偏处理施工流程如下：

基础土方开挖→托盘牛腿浇注→灌注桩截桩分离→迫降纠偏→桩身加固恢复施工→土方回填施工→地面恢复施工。

图1 预定方案托换底盘平面布置

2.3 施工要求

1）基础土方开挖后托换迫降施工前，应对既有基础钢筋混凝土承台和桩身进行检查，若发现原基础结构尺寸、混凝土强度与原设计图纸不一致或存在相关的工程质量缺陷时，施工单位应进行记录检查并向设计人员报告，得到设计人员同意后方可继续相关的后续施工工作。

2）施工单位在施工过程中必须做好对新旧基础混凝土浇筑界面的处理，凿毛、充分湿润、接浆（或使用其他界面剂），保证连接面的质量及可靠性。

3）纠偏处理施工前，应由专业测量人员对各测点外墙倾斜值及室内楼面高差进行复核检测，并依据业主要求确定合理的顶升目标值。

4）纠偏处理前，建立周密、合理的监测体系（保护房屋外墙倾斜监测、楼地面沉降监测、房屋既有结构裂缝和新产生结构裂缝的发展监测），纠偏过程中，专人每天不少于2次进行测量、检查监测，纠偏补桩后三个月内进行周期性（每周一次）测量监测。

5）纠偏处理施工前，认真处理好房屋关键构造节点的加固处理措施，特别是现已产生的结构损坏缺陷必须预先进行加固处理，确保房屋纠偏过程中的房屋整体结构安全。

3 突发情况

3.1 情况简述

纠偏工作于2010年11月26日进驻现场，进行房屋纠偏处理施工。至12月6日已经完成Ⓐ轴土方开挖和Ⓒ轴西侧4个截桩承台的部分土方开挖。根据动态信息化施工需要，于12月7日进行了第三次沉降检测，测量数据表明11月26日至12月7日期间北侧3个测点沉降速率加速至约1 mm／d，南侧3个测点反而有所上抬，沉降发展态势甚不理想，严重超出了原方案编制时的预期态势。但房屋的梁、柱、板通过裂缝监测发现无明显扩大，根据沉降监测数据绘制南北向各条轴线展开图（图2），发现南北向各条轴均为以Ⓐ轴作为转动轴进行线性变形，以此判定中间及北侧工程桩承荷处于极限状态，南侧桩处于沉降基本稳定状态且房屋整体刚度较好。鉴于原地基基础如此灵敏和沉降速率过大状态，需重新编制实施综合楼纠偏方案。

图2 预定方案施工期间测得的数据及相应展开图

3.2 原因分析

1）综合楼为6层框架结构（南侧局部5层），建筑本身重心偏北，使用一年后，综合楼南北侧出现十分明显的不均匀沉降发展状况，向北倾斜率达到19‰，已远超《危险房屋鉴定标准（JGJ125—99）》规定危房7‰标准值，且该楼既有的差异沉降还在迅速扩大，致使既有倾斜处于迅速发展态势，以此判定中间及北侧工程桩承荷处于极限状态，不能有效地承载上部荷载。

2）底层地面混凝土厚约150 mm，内配钢筋为：材质HPB235，直径8 mm，间距250 mm，双向单层。当时施工工序是钢筋通铺后浇筑地坪混凝土，然后在地坪上放样砌墙，迫降施工前局部地坪已有隆起，以此可推定经过前期的大幅沉降，底层地坪也分担了一部分上部荷载。然而中间轴托换承台施工，势必进行地坪开凿。地坪一动就减少了基础底面积，与此同时也增加了现存基础的附加应力，从而引发沉降加剧。

3）地勘显示地表水位为3.20 m，因迫降施工需要，中间及北侧工程桩制作托换承台需开挖至地表水位以下1.8 m，为保证开挖顺利，必须进行坑内降水。施工作业期间的降水，势必引起土体固结，原有平衡被打破，必须有更大沉降才能继续承载现有建筑。

4 方案调整

4.1 新增内容

根据现有工程条件，锚杆静压桩设计方案如下：

工程在Ⓔ轴处补入300 mm×300 mm的锚杆静压桩28支，锚杆静压桩单桩承载力特征值为500 kN，压桩力不小于650 kN，以④圆砾层为桩端持力层，桩长约为20 m；若⑤－1圆砾层较薄穿透后，则应以⑧圆砾层或⑦黏土层为桩端持力层，桩长约35 m。压桩施工中以压桩力控制为主，桩长控制为辅。

根据锚杆桩压桩需要，在原基础承台和地梁基础上，新增设钢结构梁式桩托换结构。具体为在承台上增设钢梁，在钢梁上设置压桩反力架，成桩后，钢梁托换结构新浇外包钢筋混凝土，作为锚杆静压桩桩顶基础承台结构。

施工流程为：土方开挖→承台钻孔→锚栓设置→钢梁安装→反力架安装→锚杆静压桩→封桩→钢梁外包混凝土→地面恢复施工。

4.2 调整方案回顾

本工程施工分为五个阶段实施：

第一阶段为暂停房屋中间及南侧工程桩处地坪开凿与土方开挖及降水作业，清理房内堆土，北侧（Ⓔ轴）的承台上增设钢梁（自重轻时间短，见图3），采用28支截面为300 mm×300 mm，长度约为20 m的锚杆静压桩加固既有基础，采用28付封桩反力架配50 t螺旋千斤顶对沉压完毕的锚杆桩马上实施加载，尽快控制房屋北侧快速沉降状况和不均匀沉降加大发展趋势，测量结果表明全部锚杆桩沉压完毕直至房屋迫降完成，房屋北侧无沉降。

图3 新增钢梁

第二阶段为取消房屋中间轴桩土方开挖及原方案涉及中间轴的工作，中间一排桩在不截桩分离的情况下，通过桩顶荷载自然增加，使其刺入变形，达到房屋纠正的目的。仅对房屋南侧进行土方开挖做好基坑支护工作，并浇筑托盘牛腿（图4）。

第三阶段为采用千斤顶进行基础托换，并进行静力切割，使原灌注桩分离（图5）。

第四阶段为防震系统施工，顶升测量系统设立及管道处理，进行现场试降，正式迫降施工以及全程监控。

第五阶段为托盘牛腿中千斤顶撤除，对截断分离桩体进行恢复。

4.3 方案实施难点解决

图4 托盘牛腿

图5 灌注桩静力切割

施工中设法克服了以下难点：1）打入4 m脚手架钢管，基坑支护效果很理想，测量显示围墙及室外路面基本无影响；2）基坑底埋入110PVC管，然后铺上石子及毛竹片进行降水，即使是雨天，也能保证基坑内施工无积水；3）原承台增设钢梁时，由于承台高低、大小不一及管线密布，无法按图施工，笔者单位根据现场具体情况，及时修改并马上进行相应加固处理，仅用10 d就完成了所有钢梁拼制安装工作；4）锚杆桩压桩施工时，一般都会产生一定的附加沉降，在原桩处于极限承载状态进行施工更是无法避免更大的附加沉降。笔者单位采用28付封桩反力架对沉压完毕的锚杆桩马上实施加载封桩，全部锚杆桩沉压完毕直至房屋迫降完成，房屋北侧无一点沉降；5）集群千斤顶50 t与100 t进行同步、均匀、协调的操作，使纠偏效果显著；6）迫降施工中保证了主体纵向各轴线迫降点始终保持线性状态。