论文部分内容阅读
摘要：针对某住宅楼由于地基不均匀沉降引起的上部结构倾斜变形，采用灌浆、掏土等多种地基处理技术，加固原有基础，使结构不再继续发生不均匀沉降。通过计算分析提出纠偏设计方案，采用掏土、灌浆施工方案成功地完成了该住宅楼上部结构的纠偏，达到了预期的效果，该设计及施工方案可供同类工程参考。
关键词：纠偏、固结灌浆、不均匀沉降、加固
一、工程概况
百色市某6层私人住宅楼位于某住宅开发区中部，住宅开发区位置在一处统一山坡处，场地平整为半挖半填式，本案中的住宅楼位于填方区。住宅楼室外高19.50m，面南布置，南北长12.00m，东西宽8.00m，框架结构；外墙为240mm砼砖和60mm钢筋砼混合墙；基础筏型基础，埋深2.50m，基础底部为300mm素砼垫层，其上为1.40m 厚的筏型基础（砂浆砼）。基础之上圈梁高度为500mm。建筑物北偏西侧设一化粪池，东西长2.10m，南北宽1.4m，底部埋深2.20m。参阅图1。
住宅楼建筑于2010年中完工。住宅楼建筑建设至四层时，发现向西南侧偏移，随后施工方在结构上做了调整。住宅楼建筑完工后不久，业主发现建筑物整体向西南偏移。截止到纠偏处理前，经过测量核对，房屋最大倾斜量为271mm（A点、相对）；B点倾斜量为110mm；D点倾斜量为211mm；C点倾斜量为173mm，倾斜轴线方向为南偏西42度。超过了地基规范GBJ89 规定的0.4%的地基变形允许倾斜量，因此需进行检测鉴定和纠偏加固设计处理。
根据2010 年9 月的勘察，该场地原为山坡，走向近东西，坡度15~35度。场地平整后，地势平坦，填土厚度5~15m，未经压实。经钻探揭露，场地地层如下：
①填土。土黄色，稍湿，松散状。主要由泥岩碎块及粘土组成，局部夹杂异物。动探校正后的平均N63.5=0.8~1/10cm。承载力特征值Fk为120~140KPa，不能满足设计要求。本层厚度7.2~15m。
②强风化泥岩。褐黄色，岩芯松散，主要由泥岩碎块及粘土组成。岩石风化严重，泥化剧烈。核定本段为软岩，V类岩石。动探校正后的平均N63.5=0.69~0.76/10cm。承载力特征值Fk为120~140KPa。钻探控制厚度3.5~10m。
钻探中未见地下水。素填土地基承载力特征值不能满足设计要求，是产生建筑物倾斜的主要原因。
二、纠偏处理方案
2.1 沉降原因分析
由于住宅楼的持力层地基承载力不满足要求（根据原图纸核算，约差23~18%），软弱下卧层地基承载力不满足要求，但软弱下卧层压力值尚未达到地基极限荷载值，所以，地基将在局部范围内产生塑性区，使地基沉降变形加大，但尚不致发生整体剪切破坏。这是房屋整体沉降变形较大的原因之一。
住宅楼地基土层分布不均匀，西南侧较厚的松散填土使西南侧的沉降变形大于东侧的沉降变形，建筑物向西南整体倾斜，并且倾斜度已超过规范规定的允许值。这是房屋西侧和西南侧发生较大沉降的原因之二，并且是主要原因。
该楼房的西侧为空地（宅基地），隔空地有类似建筑物而东侧为大路。且上部结构重心存在一定偏移，西侧和西南侧基底压力大于东侧基底压力，这是建筑物向西南整体倾斜的原因之三。
分析地基沉降变形的历史和场地地质条件，可以认为，由于松散填土的固结持续时间较长，目前该楼沉降变形虽已大部分完成，但沉降变形尚未完全稳定，以后将会发生部分沉降变形。
2.2 工程处理方案
根据场地地基土主要由人工堆积的泥岩碎块及粘土组成，结合已有资料分析计算，确定本次纠偏方案的原则为，纠正偏斜，加固基础。本工程提出钻孔解除应力、注水局部加速固结、重物加载迫降、掏土迫降和灌桨加固地基的综合纠偏方案。
（1）纠偏方法 该倾斜建筑物先采取钻孔解除应力法，部分解除基础周边部分应力，并为后续工序加固预留埋管和钻孔。在沉降较小的东侧和东北侧基础下布置φ127 小直径钻孔，钻孔深度自地面穿过基础底板下6m，并下钢套管护壁。在纠偏过程中，根据各角位沉降需要确定、其周围钻孔的套管可上下移动。当拔上套管时，孔周土体的侧向应力得到部分解除，使土体压缩变形增大，当重新插下套管时，孔周土体的侧向应力逐渐恢复，使土体压缩变形趋于稳定，从而达到部分控制沉降的目的；注水局部（东侧和东北侧）加速固结。利用已钻小孔，分批分级在基底位置侧向压力注水，注水不施加压力，利用填土块石强度较大和土体渗透性良好的特点，结合固结需要浸润、软化深部地基土，从而加速深部土体压缩变形、固结和基础沉降；堆载迫降。在沉降较小的部位进行地表堆载，加速建筑物回倾以达到纠偏目的；掏土迫降。在沉降较小的部位开挖工作槽，在槽内采用水平掏土，使基底应力重新分布，加大沉降小的一侧的基底应力，迫使基础加速下沉，同时采用回填沙袋（可抽出）的方式，进行充填，满足促使建筑物回倾，以达到纠偏目的，并进而达到控制回倾量的目的。
（2）地基加固。先进行沉降较小一侧的固结灌浆，然后进行纠偏工作，进而对整个地基进行固结灌浆。采用压浆、投放沙料的方式进行固结灌浆。根据附近地段已有经验，此方法可以提高地基承载力约30~40%。钻孔间距1. 00m。
（3）计算纠偏量
经观察，上部结构及基础是刚性的，没有受到不均匀沉降的影响。当地基出现轻微不均匀下沉时，上部结构及基础仍为平面，考虑到该住宅楼纠偏过程中的安全性，纠偏的期望值定为220~250mm。因此，上部结构及基础的变形成直线变化，当基础随同地基一起下沉时，地基所受的应力与变形亦成直线变化，由此推算出纠偏需调整的期望沉降差（即纠偏量）约为：＆=240mm。
（4）方案施工特点
本方案具有下列特点:①在加强沉降观测的条件下，四种纠偏工艺的可控性、联动性和可靠性良好，能够确保施工过程中建筑物的整体安全和施工期望的。②不需要卸荷、不影响上部结构的正常使用。③施工不需要大型设备和大量建材，造价低廉。④纠偏过程缓慢平稳，适合纠偏量不是很大的工程。⑤施工期间较易保证基础沉降接近平面变形，对上部结构和下部基础不产生显著的附加内力，从而确保了建筑物的结构可靠性。⑥兼顾地基加固，保证建筑物今后使用的安全。
本工程措施施工具备以下显著优点:①施工所需场地空间较小，能够在室内外顺利作业。②施工时机具噪音影响时间短，基本不影响周围住户的正常生活。③施工时钻孔直径很小，对地基扰动很小。④一孔多用，减少施工工期和费用。⑤对原基礎产生附加应力很小。⑥施工时地基不受荷载。
三、施工方案
3. 1纠偏施工流程见图2
3.2监测
①建筑物二层以上角位上设置了4 个沉降观测点；
②进场伊始，首先调测原点。每天早晚两次观测倾斜变形，按像限坐标法记录数据。
3.3钻探
①钻孔位置在建筑物外框线外1.00M，孔深15.00m，钻孔统一编号；
②钻孔验收合格后，下花管，做孔口周边封堵。
3.4注水
①注水时循序渐进，缓缓灌注，每分钟注水量控制在20L以内。如遇孔内水位上升，则停止注水。待水位下降后，再进行注水工作；
②沉降观测控制不大于2mm/天沉降量。
3.5堆载
①分级堆载。每级高1m。根据观测数值确定级数，防止沉降过度。初拟按2mm/天控制；
②以东北角位为中心，沿边墙呈阶梯状（渐低）延伸；
③室内堆载应根据实际情况，由现场施工人员决定。
3.6掏土
①沿钻孔外侧，在北东开槽。槽深2.60m；
②在槽底，沿水平方向掏土，掏土孔直径0.30m，深度2.60~3.00m；
③在掏土孔内填塞沙包。
3. 7固结灌浆
① 固结灌浆施工前，按照施工图纸要求结合施工进行生产性灌浆试验，兼顾先期固结灌浆；调整灌浆的施工参数；
②固结灌浆按分序加密的原则进行。一般宜分为两个次序；
③固结灌浆灌浆压力初选0.1MPa，并应小于此数值；水灰比：1:1、0.6:1（或0.5:1）。
四、加固与纠偏处理效果
按照施工方案先进行钻探工作，同时进行堆载。钻孔完成后先进行注水，然后进行北侧固结灌浆。掏土工作结束后，进行整体灌浆。2011年1月，加固与纠偏处理完成后，住宅楼回倾252mm。其后续监测四个月，沉降基本稳定，住宅楼主体没有偏移。此结果说明加固与纠偏处理效果明显。
本案例说明，在建筑物加固与纠偏处理中，多种相关措施的联合实施，可以确保处理效果的达成。在本案中，注水迫降的效果实际上是不理想地，但由于有其它措施的跟进，从而确保了最终目的的实现。
作者：孙士安（1963-），陕西西安市人，广西水利电力勘测设计研究院，高级工程师，从事野外勘探和岩土施工。
李璞（1963-），广西柳州人，广西建科加固有限责任公司，工程师，从事水利施工和加固工程。
关键词：纠偏、固结灌浆、不均匀沉降、加固
一、工程概况
百色市某6层私人住宅楼位于某住宅开发区中部，住宅开发区位置在一处统一山坡处，场地平整为半挖半填式，本案中的住宅楼位于填方区。住宅楼室外高19.50m，面南布置，南北长12.00m，东西宽8.00m，框架结构；外墙为240mm砼砖和60mm钢筋砼混合墙；基础筏型基础，埋深2.50m，基础底部为300mm素砼垫层，其上为1.40m 厚的筏型基础（砂浆砼）。基础之上圈梁高度为500mm。建筑物北偏西侧设一化粪池，东西长2.10m，南北宽1.4m，底部埋深2.20m。参阅图1。
住宅楼建筑于2010年中完工。住宅楼建筑建设至四层时，发现向西南侧偏移，随后施工方在结构上做了调整。住宅楼建筑完工后不久，业主发现建筑物整体向西南偏移。截止到纠偏处理前，经过测量核对，房屋最大倾斜量为271mm（A点、相对）；B点倾斜量为110mm；D点倾斜量为211mm；C点倾斜量为173mm，倾斜轴线方向为南偏西42度。超过了地基规范GBJ89 规定的0.4%的地基变形允许倾斜量，因此需进行检测鉴定和纠偏加固设计处理。
根据2010 年9 月的勘察，该场地原为山坡，走向近东西，坡度15~35度。场地平整后，地势平坦，填土厚度5~15m，未经压实。经钻探揭露，场地地层如下：
①填土。土黄色，稍湿，松散状。主要由泥岩碎块及粘土组成，局部夹杂异物。动探校正后的平均N63.5=0.8~1/10cm。承载力特征值Fk为120~140KPa，不能满足设计要求。本层厚度7.2~15m。
②强风化泥岩。褐黄色，岩芯松散，主要由泥岩碎块及粘土组成。岩石风化严重，泥化剧烈。核定本段为软岩，V类岩石。动探校正后的平均N63.5=0.69~0.76/10cm。承载力特征值Fk为120~140KPa。钻探控制厚度3.5~10m。
钻探中未见地下水。素填土地基承载力特征值不能满足设计要求，是产生建筑物倾斜的主要原因。
二、纠偏处理方案
2.1 沉降原因分析
由于住宅楼的持力层地基承载力不满足要求（根据原图纸核算，约差23~18%），软弱下卧层地基承载力不满足要求，但软弱下卧层压力值尚未达到地基极限荷载值，所以，地基将在局部范围内产生塑性区，使地基沉降变形加大，但尚不致发生整体剪切破坏。这是房屋整体沉降变形较大的原因之一。
住宅楼地基土层分布不均匀，西南侧较厚的松散填土使西南侧的沉降变形大于东侧的沉降变形，建筑物向西南整体倾斜，并且倾斜度已超过规范规定的允许值。这是房屋西侧和西南侧发生较大沉降的原因之二，并且是主要原因。
该楼房的西侧为空地（宅基地），隔空地有类似建筑物而东侧为大路。且上部结构重心存在一定偏移，西侧和西南侧基底压力大于东侧基底压力，这是建筑物向西南整体倾斜的原因之三。
分析地基沉降变形的历史和场地地质条件，可以认为，由于松散填土的固结持续时间较长，目前该楼沉降变形虽已大部分完成，但沉降变形尚未完全稳定，以后将会发生部分沉降变形。
2.2 工程处理方案
根据场地地基土主要由人工堆积的泥岩碎块及粘土组成，结合已有资料分析计算，确定本次纠偏方案的原则为，纠正偏斜，加固基础。本工程提出钻孔解除应力、注水局部加速固结、重物加载迫降、掏土迫降和灌桨加固地基的综合纠偏方案。
（1）纠偏方法 该倾斜建筑物先采取钻孔解除应力法，部分解除基础周边部分应力，并为后续工序加固预留埋管和钻孔。在沉降较小的东侧和东北侧基础下布置φ127 小直径钻孔，钻孔深度自地面穿过基础底板下6m，并下钢套管护壁。在纠偏过程中，根据各角位沉降需要确定、其周围钻孔的套管可上下移动。当拔上套管时，孔周土体的侧向应力得到部分解除，使土体压缩变形增大，当重新插下套管时，孔周土体的侧向应力逐渐恢复，使土体压缩变形趋于稳定，从而达到部分控制沉降的目的；注水局部（东侧和东北侧）加速固结。利用已钻小孔，分批分级在基底位置侧向压力注水，注水不施加压力，利用填土块石强度较大和土体渗透性良好的特点，结合固结需要浸润、软化深部地基土，从而加速深部土体压缩变形、固结和基础沉降；堆载迫降。在沉降较小的部位进行地表堆载，加速建筑物回倾以达到纠偏目的；掏土迫降。在沉降较小的部位开挖工作槽，在槽内采用水平掏土，使基底应力重新分布，加大沉降小的一侧的基底应力，迫使基础加速下沉，同时采用回填沙袋（可抽出）的方式，进行充填，满足促使建筑物回倾，以达到纠偏目的，并进而达到控制回倾量的目的。
（2）地基加固。先进行沉降较小一侧的固结灌浆，然后进行纠偏工作，进而对整个地基进行固结灌浆。采用压浆、投放沙料的方式进行固结灌浆。根据附近地段已有经验，此方法可以提高地基承载力约30~40%。钻孔间距1. 00m。
（3）计算纠偏量
经观察，上部结构及基础是刚性的，没有受到不均匀沉降的影响。当地基出现轻微不均匀下沉时，上部结构及基础仍为平面，考虑到该住宅楼纠偏过程中的安全性，纠偏的期望值定为220~250mm。因此，上部结构及基础的变形成直线变化，当基础随同地基一起下沉时，地基所受的应力与变形亦成直线变化，由此推算出纠偏需调整的期望沉降差（即纠偏量）约为：＆=240mm。
（4）方案施工特点
本方案具有下列特点:①在加强沉降观测的条件下，四种纠偏工艺的可控性、联动性和可靠性良好，能够确保施工过程中建筑物的整体安全和施工期望的。②不需要卸荷、不影响上部结构的正常使用。③施工不需要大型设备和大量建材，造价低廉。④纠偏过程缓慢平稳，适合纠偏量不是很大的工程。⑤施工期间较易保证基础沉降接近平面变形，对上部结构和下部基础不产生显著的附加内力，从而确保了建筑物的结构可靠性。⑥兼顾地基加固，保证建筑物今后使用的安全。
本工程措施施工具备以下显著优点:①施工所需场地空间较小，能够在室内外顺利作业。②施工时机具噪音影响时间短，基本不影响周围住户的正常生活。③施工时钻孔直径很小，对地基扰动很小。④一孔多用，减少施工工期和费用。⑤对原基礎产生附加应力很小。⑥施工时地基不受荷载。
三、施工方案
3. 1纠偏施工流程见图2
3.2监测
①建筑物二层以上角位上设置了4 个沉降观测点；
②进场伊始，首先调测原点。每天早晚两次观测倾斜变形，按像限坐标法记录数据。
3.3钻探
①钻孔位置在建筑物外框线外1.00M，孔深15.00m，钻孔统一编号；
②钻孔验收合格后，下花管，做孔口周边封堵。
3.4注水
①注水时循序渐进，缓缓灌注，每分钟注水量控制在20L以内。如遇孔内水位上升，则停止注水。待水位下降后，再进行注水工作；
②沉降观测控制不大于2mm/天沉降量。
3.5堆载
①分级堆载。每级高1m。根据观测数值确定级数，防止沉降过度。初拟按2mm/天控制；
②以东北角位为中心，沿边墙呈阶梯状（渐低）延伸；
③室内堆载应根据实际情况，由现场施工人员决定。
3.6掏土
①沿钻孔外侧，在北东开槽。槽深2.60m；
②在槽底，沿水平方向掏土，掏土孔直径0.30m，深度2.60~3.00m；
③在掏土孔内填塞沙包。
3. 7固结灌浆
① 固结灌浆施工前，按照施工图纸要求结合施工进行生产性灌浆试验，兼顾先期固结灌浆；调整灌浆的施工参数；
②固结灌浆按分序加密的原则进行。一般宜分为两个次序；
③固结灌浆灌浆压力初选0.1MPa，并应小于此数值；水灰比：1:1、0.6:1（或0.5:1）。
四、加固与纠偏处理效果
按照施工方案先进行钻探工作，同时进行堆载。钻孔完成后先进行注水，然后进行北侧固结灌浆。掏土工作结束后，进行整体灌浆。2011年1月，加固与纠偏处理完成后，住宅楼回倾252mm。其后续监测四个月，沉降基本稳定，住宅楼主体没有偏移。此结果说明加固与纠偏处理效果明显。
本案例说明，在建筑物加固与纠偏处理中，多种相关措施的联合实施，可以确保处理效果的达成。在本案中，注水迫降的效果实际上是不理想地，但由于有其它措施的跟进，从而确保了最终目的的实现。
作者：孙士安（1963-），陕西西安市人，广西水利电力勘测设计研究院，高级工程师，从事野外勘探和岩土施工。
李璞（1963-），广西柳州人，广西建科加固有限责任公司，工程师，从事水利施工和加固工程。