论文部分内容阅读
[摘要]本文以某建筑物为工程实例，对锚杆静压桩进行“一桩两用”，既利用锚杆静压桩进行建筑物加固，又利用其进行顶升纠偏，此工艺在省内尚无先例，特别适用于小型建筑物及构筑物的加固纠偏。
[关键词] 锚杆静压桩 建筑物 顶升纠偏
中图分类号： K826.16文献标识码：A 文章编号：
1.工程概况
某别墅，建筑面积535.51㎡，框架结构，筏板基础，地上二层，地下一层。基础底板相对标高-4.12m（绝对标高为1.58 m），室外地坪相对标高-0.15m。东侧为已建好的别墅H3，距H4最小距离为8m，H3基础底面绝对标高为1.60m。西侧为已建好的H5別墅，距H4最小距离为9.02m，基础底板底面绝对标高为1.05m。
在H4与H5之间为已施工的景观河道，最小距离为4.28m，H4北侧也为已施工完的景观河道，景观河道底板底绝对标高均约4.00m左右。在H4周围已种植了几棵树木，东侧及南侧已砌筑分户围墙。
H4于2006年3月17日完成基础垫层，5月26日完成结构封顶。到2007年3月27日最大沉降量为48mm，无明显不均匀沉降现象。到2008年6月16日，最大沉降量为90mm，西南角与东北角的不均匀沉降的差值达到64mm，2008年8月1日，最大沉量为96mm，不均匀沉降的最大差值为65mm。期间，现场进行土方回填、河道开挖、室外雨污水管道施工、树木种植等。
后经岩土工程补勘，证实了H4号楼南侧1层缺失，2层局部变薄，且其南边外侧又有后期堆土堆载（高约2.00m），使得南侧地基变形偏大。
根据业主要求，需进行地基基础加固并将整体结构顶升纠偏至原设计标高。
现场平面布置示意图及H4别墅地下室平面布置图分别见图1、图2。
图1现场平面布置示意图
图2H4别墅地下室平面布置图
2.工程地质条件
工程地质参数如下表：
注：地下水位相对标高约-0.300m。
3.加固纠偏目标及技术难点
3.1加固纠偏目标
（1）需将该别墅整体顶升20cm；
（2）顶升的同时完成纠偏，纠偏完成后别墅最高点与最低点高差不得超过20mm；
（3）顶升加固过程中，结构部位不得出现任何裂缝；
（4）建筑物沉降得到有效控制，一年内沉降不超过30mm；
（5）整体倾斜率不大于3‰。
3.2技术难点
（1）常规的顶升纠偏方法不可行。
别墅地下一层基本浸泡在地下水中，别墅外墙在施工时均已做好防水处理，施工不得破坏墙体。 常规的顶升方法是，先在原基础梁上部浇筑托换梁，利用建（构）筑物基础作为反力系统，再在两道梁之间放置千斤顶，利用千斤顶的顶升力将除基础以外的上部结构部分整体抬升，从而完成顶升纠偏。而本工程治理对象为独栋别墅，业主要求将别墅连同基础底板全部抬起，且不允许破坏原有外墙，故常用方案不可行，收集的大量顶升纠偏工程资料中，均无类似工程经验可借鉴。如要顺利完成本工程，需进行专门技术攻关。
（2）平面形状不规则要求计算精确度高。
当房屋（构筑物）常规平面形状都比较规则时，荷载分布较均匀，所以千斤顶布置也比较整齐，顶升纠偏时能较好控制。而本工程别墅平面形状很不规则，且荷载分布不均匀，千斤顶不可能均匀布置，这导致每个千斤顶的顶升量都不相同，同步控制难度大。如计算不精确和很好控制千斤顶之间的偏差，很容易导致别墅产生结构性裂缝，甚至可能导致部分结构乃至整体结构的损坏，后果十分严重。
（3）整体顶升的同时要求精确纠偏使得施工难度大。
别墅总荷载约2000OKN，进行整体抬升难度本身较大，而且顶升的同时要求完成纠偏，且本工程要求的顶升纠偏精度较高，顶升后别墅最高点与最低点高差不得超过20mm。
（4）施工场地十分紧张。
因该别墅是建成后期出现沉降倾斜现象，待发现问题时，大部分配套设施已施工完成。业主为避免更大经济损失，要求除围墙可部分拆除外，其他设施均需保留，增加了设计与施工难度。
4.设计方案
综合考虑房屋结构、地质情况、施工条件等多项因素，并进过认真技术分析，确定采取如下方案（按施工顺序介绍如下）：
（1）土方开挖。室外土方开挖至基础板板底，将基础底板四周宽约1.5m范围内的土方挖除，开挖前利用钢板桩对四周H3、H5别墅及景观河道进行临时支护。
（2）基础底板接长。通过植筋方法对原有筏板进行接长施工，采用冲击钻及凿岩机钻出植筋孔，孔径为d+4mm，桩中心1m范围内布置6根Φ25钢筋，其余位置植入Φ16@300钢筋，植筋深度满足规范要求。新浇筑钢筋砼底板厚度40cm，砼强度等级C40，浇筑过程中预留压桩孔并埋设锚杆，锚杆规格为M24，室内桩直接在基础底板上开孔。
（3）压桩。从预留孔内压锚杆静压桩，从而解决基础加固问题。锚杆静压桩设计参数为：规格250×250mm预制方桩，桩身砼强度等级C30，单桩承载力设计值250KN，压桩力420 KN，接桩方式为角钢焊接接桩，单桩长15.0m。
（4）顶升纠偏。利用锚杆静压桩作为反力结构，在基础底板上安装反力装置，每根桩上布置一台千斤顶，计算每个千斤顶的顶升量，编制纠偏计划。选定适宜顶升的天气条件，根据拟定的纠偏计划进行顶升纠偏，在1天时间内通过抬升千斤顶完成顶升纠偏施工，将房屋倾斜率纠正至理想范围后，锁定所有千斤顶。
千斤顶布置方式见图3。
图3千斤顶布置方式示意图
顶升系统见图4。
图4顶升系统示意图
（5）注浆。顶升纠偏结束后，基础底板与地基土之间形成高度约20cm的空隙，需注浆填实。水泥砂浆强度：M15，注浆压力：0.1~0.3Mpa。
5.设计及验算
5.1新增基础底板承载力验算
（1）抗剪承载力验算：
V=0.07fcbh0=0.07*15*1100*（400-35）=421.575KN>压桩力=420KN满足。
（2）抗弯承载力验算：
混凝土强度等级为 C40，fc ＝19.5N/mm；钢筋抗拉强度设计值fy＝300N/mm，Es＝200000N/mm；纵筋合力点至截面近边边缘的距离as＝35mm；由配筋面积 As 求弯矩设计值 M，纵筋受拉钢筋面积 As ＝2943.75mm；截面尺寸 b×h ＝1100×400，ho＝ h-as＝400-35＝365mm。
计算结果：
A、相对界限受压区高度 ξb ＝ β1 / [1 + fy / (Es * εcu)]
＝ 0.8/[1+300/(200000*0.0033)] ＝ 0.550
B、混凝土受压区高度 x＝ As * fy / (α1 * fc * b) ＝ 2943.75*300/(1*15*1000)＝ 58.87mm
C、相对受压区高度 ξ＝ x / ho ＝ 58.87/365 ＝ 0.16 ≤ ξb ＝ 0.550
D、弯矩设计值 M＝ α1 * fc * b * x * (ho - x / 2) ＝ 1*19.5*1000*58.87*(365-58.88/2)＝ 385.21kN·m
E、配筋率 ρ＝ As / (b * ho) ＝ 2943.75/(1000*360) ＝ 0.82%
纵筋的最小配筋率 ρmin ＝ Max{0.20%, 0.45ft/fy} ＝ Max{0.20%, 0.19%} ＝0.20%
F、承载力N=M/l=385.21/0.25=1540 .8kN〉实际压桩力=420KN，满足
5.2 锚杆桩相关指标计算
（1）单桩承载力特征值核算（单桩长15m）：
Ra=U∑αiliτi+αAσ
R=1.4*16+2.5*14+4.3*12+2.7*1.6+3.9*20+0.0625*900=286KN
（2）总桩数计算：总荷载约20000KN，每个千斤顶的最大起重荷载为250KN，安全度1.25，每个千斤顶设计承载200KN，故总桩数需≧20000/200=100根。
根据H4基础结构，设计共布桩96根（室内42根，室外54根）
6.加固纠偏效果
工程施工时间为2008年6月1日~8月15日，工期75天，完成指标如下：
（1）最大顶升量22cm（因业主临时要求而增加）；
（2）最高点与最低点最大高差17mm；
（3）一年内沉降最大的点为17mm，最小为3mm（一年后测量所得）；
（4）整体最大倾斜率为1‰（一年后测量所得）。
7.结论
本工程是我公司乃至浙江省内首例采用锚杆静压桩直接对建筑物进行顶升纠偏的项目，施工过程及治理效果得到了相关参建单位的一致好评，取得了良好经济效益和社会效应，也为以后类似工程的实施积累了宝贵技术和经验。
[关键词] 锚杆静压桩 建筑物 顶升纠偏
中图分类号： K826.16文献标识码：A 文章编号：
1.工程概况
某别墅，建筑面积535.51㎡，框架结构，筏板基础，地上二层，地下一层。基础底板相对标高-4.12m（绝对标高为1.58 m），室外地坪相对标高-0.15m。东侧为已建好的别墅H3，距H4最小距离为8m，H3基础底面绝对标高为1.60m。西侧为已建好的H5別墅，距H4最小距离为9.02m，基础底板底面绝对标高为1.05m。
在H4与H5之间为已施工的景观河道，最小距离为4.28m，H4北侧也为已施工完的景观河道，景观河道底板底绝对标高均约4.00m左右。在H4周围已种植了几棵树木，东侧及南侧已砌筑分户围墙。
H4于2006年3月17日完成基础垫层，5月26日完成结构封顶。到2007年3月27日最大沉降量为48mm，无明显不均匀沉降现象。到2008年6月16日，最大沉降量为90mm，西南角与东北角的不均匀沉降的差值达到64mm，2008年8月1日，最大沉量为96mm，不均匀沉降的最大差值为65mm。期间，现场进行土方回填、河道开挖、室外雨污水管道施工、树木种植等。
后经岩土工程补勘，证实了H4号楼南侧1层缺失，2层局部变薄，且其南边外侧又有后期堆土堆载（高约2.00m），使得南侧地基变形偏大。
根据业主要求，需进行地基基础加固并将整体结构顶升纠偏至原设计标高。
现场平面布置示意图及H4别墅地下室平面布置图分别见图1、图2。
图1现场平面布置示意图
图2H4别墅地下室平面布置图
2.工程地质条件
工程地质参数如下表：
注：地下水位相对标高约-0.300m。
3.加固纠偏目标及技术难点
3.1加固纠偏目标
（1）需将该别墅整体顶升20cm；
（2）顶升的同时完成纠偏，纠偏完成后别墅最高点与最低点高差不得超过20mm；
（3）顶升加固过程中，结构部位不得出现任何裂缝；
（4）建筑物沉降得到有效控制，一年内沉降不超过30mm；
（5）整体倾斜率不大于3‰。
3.2技术难点
（1）常规的顶升纠偏方法不可行。
别墅地下一层基本浸泡在地下水中，别墅外墙在施工时均已做好防水处理，施工不得破坏墙体。 常规的顶升方法是，先在原基础梁上部浇筑托换梁，利用建（构）筑物基础作为反力系统，再在两道梁之间放置千斤顶，利用千斤顶的顶升力将除基础以外的上部结构部分整体抬升，从而完成顶升纠偏。而本工程治理对象为独栋别墅，业主要求将别墅连同基础底板全部抬起，且不允许破坏原有外墙，故常用方案不可行，收集的大量顶升纠偏工程资料中，均无类似工程经验可借鉴。如要顺利完成本工程，需进行专门技术攻关。
（2）平面形状不规则要求计算精确度高。
当房屋（构筑物）常规平面形状都比较规则时，荷载分布较均匀，所以千斤顶布置也比较整齐，顶升纠偏时能较好控制。而本工程别墅平面形状很不规则，且荷载分布不均匀，千斤顶不可能均匀布置，这导致每个千斤顶的顶升量都不相同，同步控制难度大。如计算不精确和很好控制千斤顶之间的偏差，很容易导致别墅产生结构性裂缝，甚至可能导致部分结构乃至整体结构的损坏，后果十分严重。
（3）整体顶升的同时要求精确纠偏使得施工难度大。
别墅总荷载约2000OKN，进行整体抬升难度本身较大，而且顶升的同时要求完成纠偏，且本工程要求的顶升纠偏精度较高，顶升后别墅最高点与最低点高差不得超过20mm。
（4）施工场地十分紧张。
因该别墅是建成后期出现沉降倾斜现象，待发现问题时，大部分配套设施已施工完成。业主为避免更大经济损失，要求除围墙可部分拆除外，其他设施均需保留，增加了设计与施工难度。
4.设计方案
综合考虑房屋结构、地质情况、施工条件等多项因素，并进过认真技术分析，确定采取如下方案（按施工顺序介绍如下）：
（1）土方开挖。室外土方开挖至基础板板底，将基础底板四周宽约1.5m范围内的土方挖除，开挖前利用钢板桩对四周H3、H5别墅及景观河道进行临时支护。
（2）基础底板接长。通过植筋方法对原有筏板进行接长施工，采用冲击钻及凿岩机钻出植筋孔，孔径为d+4mm，桩中心1m范围内布置6根Φ25钢筋，其余位置植入Φ16@300钢筋，植筋深度满足规范要求。新浇筑钢筋砼底板厚度40cm，砼强度等级C40，浇筑过程中预留压桩孔并埋设锚杆，锚杆规格为M24，室内桩直接在基础底板上开孔。
（3）压桩。从预留孔内压锚杆静压桩，从而解决基础加固问题。锚杆静压桩设计参数为：规格250×250mm预制方桩，桩身砼强度等级C30，单桩承载力设计值250KN，压桩力420 KN，接桩方式为角钢焊接接桩，单桩长15.0m。
（4）顶升纠偏。利用锚杆静压桩作为反力结构，在基础底板上安装反力装置，每根桩上布置一台千斤顶，计算每个千斤顶的顶升量，编制纠偏计划。选定适宜顶升的天气条件，根据拟定的纠偏计划进行顶升纠偏，在1天时间内通过抬升千斤顶完成顶升纠偏施工，将房屋倾斜率纠正至理想范围后，锁定所有千斤顶。
千斤顶布置方式见图3。
图3千斤顶布置方式示意图
顶升系统见图4。
图4顶升系统示意图
（5）注浆。顶升纠偏结束后，基础底板与地基土之间形成高度约20cm的空隙，需注浆填实。水泥砂浆强度：M15，注浆压力：0.1~0.3Mpa。
5.设计及验算
5.1新增基础底板承载力验算
（1）抗剪承载力验算：
V=0.07fcbh0=0.07*15*1100*（400-35）=421.575KN>压桩力=420KN满足。
（2）抗弯承载力验算：
混凝土强度等级为 C40，fc ＝19.5N/mm；钢筋抗拉强度设计值fy＝300N/mm，Es＝200000N/mm；纵筋合力点至截面近边边缘的距离as＝35mm；由配筋面积 As 求弯矩设计值 M，纵筋受拉钢筋面积 As ＝2943.75mm；截面尺寸 b×h ＝1100×400，ho＝ h-as＝400-35＝365mm。
计算结果：
A、相对界限受压区高度 ξb ＝ β1 / [1 + fy / (Es * εcu)]
＝ 0.8/[1+300/(200000*0.0033)] ＝ 0.550
B、混凝土受压区高度 x＝ As * fy / (α1 * fc * b) ＝ 2943.75*300/(1*15*1000)＝ 58.87mm
C、相对受压区高度 ξ＝ x / ho ＝ 58.87/365 ＝ 0.16 ≤ ξb ＝ 0.550
D、弯矩设计值 M＝ α1 * fc * b * x * (ho - x / 2) ＝ 1*19.5*1000*58.87*(365-58.88/2)＝ 385.21kN·m
E、配筋率 ρ＝ As / (b * ho) ＝ 2943.75/(1000*360) ＝ 0.82%
纵筋的最小配筋率 ρmin ＝ Max{0.20%, 0.45ft/fy} ＝ Max{0.20%, 0.19%} ＝0.20%
F、承载力N=M/l=385.21/0.25=1540 .8kN〉实际压桩力=420KN，满足
5.2 锚杆桩相关指标计算
（1）单桩承载力特征值核算（单桩长15m）：
Ra=U∑αiliτi+αAσ
R=1.4*16+2.5*14+4.3*12+2.7*1.6+3.9*20+0.0625*900=286KN
（2）总桩数计算：总荷载约20000KN，每个千斤顶的最大起重荷载为250KN，安全度1.25，每个千斤顶设计承载200KN，故总桩数需≧20000/200=100根。
根据H4基础结构，设计共布桩96根（室内42根，室外54根）
6.加固纠偏效果
工程施工时间为2008年6月1日~8月15日，工期75天，完成指标如下：
（1）最大顶升量22cm（因业主临时要求而增加）；
（2）最高点与最低点最大高差17mm；
（3）一年内沉降最大的点为17mm，最小为3mm（一年后测量所得）；
（4）整体最大倾斜率为1‰（一年后测量所得）。
7.结论
本工程是我公司乃至浙江省内首例采用锚杆静压桩直接对建筑物进行顶升纠偏的项目，施工过程及治理效果得到了相关参建单位的一致好评，取得了良好经济效益和社会效应，也为以后类似工程的实施积累了宝贵技术和经验。