倾斜纠偏加固

微创新 报告 楼房倾斜纠偏创新施工方法 压桩掏土优化组合法 目录 一 背景和目标 一 现状背景 二 目标 二 楼房倾斜压桩掏土法的提出及优缺点 一 压桩掏土法的提出 二 几种常用纠偏方法的优缺点 三 工程实况 一 工程概况 二 压桩掏土纠偏加固 三 综合纠偏效果 四 结语及应用前景 一 结语 二 应用前景 一 背景和目标 一 现状背景 我国纠偏技术应用于房屋是在 20 世纪 50 年代 经过半个多世纪的发展 由于压桩掏土纠偏技术具有结构安全可靠 节约材料 简单环保 降低成本 风险可控等优势 其应用得到迅速发展 改革开放 30 多年来 我国的国民经济建设取得了飞速发展 作为国民经济重大 支柱产业之一的土建行业 遇到了空前发展的良好机遇 特别在经济发达的沿 海地区 其发展速度更为迅猛 由于沿海地区和三角洲地带广泛地分布着软土 地层 在软土地基上从事工程建设活动 对于软土地基性质的研究 加固处理 技术的探索 无疑成为土木工程界所关注的重点 难点和热点 随着楼房建设高度的不断增加和各项基本建设规模的增大 原有天然地基 承载力就难以满足建筑物承载的需要 而近代大工业的发展 各项工程建设越 来越多 规模也越来越大 所遇到的地质条件也越来越复杂 城市建设也不断 向高空和地下发展 出现建筑物不均匀沉降和倾斜等缺陷和病害 这些都刺激 了纠偏技术的发展 虽然楼房纠偏技术已得到了广泛的应用 但是单元法控制 不均匀沉降等对楼房造成的影响并没有完全消除 因此 需要寻求一种新的切 实可行的施工方法来消除安全隐患 工程公司的技术人员在云浮王明中学纠偏 工程项目中 采用压桩掏土优化组合纠偏创新技术施工 取得了良好的效果 二 目标 本项目属于施工方法创新型工艺 压桩掏土法的运用 其关键在于根据施 工项目的不同情况 选择相应的材料种类 总结不同施工工艺的效果 寻找最 佳的施工方法 结合实际工程的应用情况 对传统施工方法的缺点进行改进 创新 完善 提高 试点工程完成后 对各项经济 技术指标进行分析比较 总结 发现提高方法科学便于推广应用 项目的创新研究过程 也是对实施楼房的除险纠偏过程 通过典型实例的 应用 以点带面 在总结经验的基础上 有所创新改进提高 并通过技术的推 广 真正实现新技术的普及应用 促进工程建设与自然环境和谐友好发展 二 楼房倾斜压桩掏土法的提出及优缺点 一 压桩掏土法的提出 地基基础属于承重结构系统中的一个重要组成部分 上部结构的重量及荷 载 通过基础传到地基上 因地基和基础隐蔽于地下 稍有病害和缺陷 不易 及时被发现 由于勘察 设计 施工 使用维护管理及自然灾害等诸多方面的 原因 使既有建筑物或在建工程产生地基基础的病害和缺陷最终表现为 产生 过量沉降和不均匀沉降 倾斜挠曲 开裂等有害变形 从而破坏了上部结构的 整体性 耐久性 影响到房屋建筑的正常使用功能 严重者地基丧失稳定 导 致房屋迅速倒塌或倾覆 造成重大经济损失和人员伤亡 改革开放以来 我国的建筑业迅速崛起 城市化建设取得了令人瞩目的成 就 但也产生一批劣质工程 据不完全统计 近年来我国建筑工程中约有 18 的新建工程为不合格工程 另外一批服役多年的既有建筑物在使用过程中也产 生了病害 其中不乏倾斜 挠曲的事故 我国建筑物纠偏扶正与防复倾加固技术起步较晚 但在最近十多年来发展 较快 涌现出许多纠倾加固的新工艺 新方法和新技术 同时在全国各地进行 了大量的建筑物纠倾加固工程实践 挽救了一大批危险建筑物 不但为国家避 免了严重的经济损失 而且也为解决人民群众的住房紧张问题助一臂之力 但 是由于纠偏扶正与防复倾加固是一项综合性技术 与许多学科相关 并且十分 依赖于实践 目前该技术的发展水平还不尽如人意 一些技术在理论上和实践 上都还不十分成熟 导致一些建筑物的纠偏与加固工程相继出现事故 造成较 大的经济损失和人员伤亡 所以 建筑物的纠倾与加固技术需要进一步的试验 研究与工程实践 更需要现有工艺 工法的改进 创新 完善和提高 二 几种常用纠偏方法的优缺点 建筑物纠偏技术有多种方法 以大的方面讲 主要有迫降法 抬升法和综 合法三大类 一般情况下 迫降法是通过工程技术手段迫使建筑物沉降较少一 侧基础增加沉降量 达到与沉降较大一侧基础处于接近水平 从而使建筑物处 于正常状态 该法具有施工工程量相对较少 平稳 工程费用低等优点 但它 减少了建筑物的设计标高 对地面标高要求较严的工程不适用 抬升法施工则 相反 它是通过工程技术措施将沉降较大一侧建筑物抬升一定高度来达到纠偏 的目标 该法首先对地基加固 工程量都相对较大 费用较高 是纠偏施工中 的 休克疗法 施工风险也相对较高 多用在较大型建筑物的纠偏工程之中 工程纠偏的新工艺及新技术研究是一门复杂的 综合的工程技术学科 每 一种方法都有各自的加固纠偏原理和适用条件 单一的加固方法往往不能完全 奏效 而必须采用优化综合治理的方法 这将成为工程纠偏技术发展的主流 采用压桩掏土纠偏技术是经济有效的方法 还能够使其他后续施工工序的效益 得到明显的提高 故而是一门应用性很强 具有无比生命力的工程技术 是纠 偏方法中最有发展前途的一种方法 压桩掏土优化组合法是锚杆静压桩技术和掏土纠偏技术优化组合的联合应 用 弥补了浅层掏土法的缺点 是针对出现倾斜的既有建筑进行处理的经济有 效的处理方法 具体做法是先在建筑物沉降较大一侧压桩并立即进行可转动式 封桩 使建筑处于一种能绕沉降较大一侧向沉降较小一侧转动的状态 也在建 筑物沉降较小一侧压桩并立即进行活动或位移控制桩幅封桩 以保证沉降的可 控制性 然后再在沉降较少的一侧进行掏土减少基础底面下地基土的承压面积 增大基底压力 使地基土进入塑性变形阶段 从而使建筑物缓慢而又均匀地回 倾 直到纠正为止 然而 建筑物纠偏工程设计与施工时 应把握全局 注重运用 一体化 和 概念 按着均匀 平稳 缓慢 协调的原则 进行整体纠倾 结构加固 防复倾加固以及环境保护四个方面工作 在一些工程中也可以取舍其中的某些 环节 一般建筑物纠倾最终水平变位设计控制值 可按下式近似计算 纠倾计 算简图 见图 1 S S a S S a SH S Hg b 式中 S 建 构 筑物实际沉降量 mm S 建 构 筑物需要调整的沉降差 mm a 预留沉降值 mm SH 建 构 筑物水平变位设计控制值 mm SH SH2 Hg 自室外地面算起建 构 筑物高度 m b 纠偏方向建 构 筑物高度 m a 迫降法 b 抬升法 图 1 纠倾计算简图 压桩掏土优化组合与传统的纠偏相比 其优势有 1 集合迫降法和抬升法两种方法的优势 扬长避短 方法优化组合 缓慢 启动 均匀回倾 平稳止步 2 减少施工难度 提高效率 降低成本 节能环保 零排放零污染 3 既加固地基基础 又能整体结构纠偏 加固与纠偏双重效果 4 压桩掏土综合法不但提高工作效率 而且提高工程质量 在保证安全的 前提下 通过 对症下药 的纠倾措施 达到 改邪归正 的纠倾目的 5 压桩掏土法是分清主次矛盾 灵活运用 并考虑对边界条件和初始条件 比较敏感 作为一项综合性系统工程加以实施 6 综合安全可靠 经济合理 施工方便的原则 既有利于设计 施工 监 测三者紧密配合 又便于实施信息施工 进行定性定量分析和准确判断 及时 修改设计方案 及时调整施工程序 对于压桩掏土优化组合法 相对一般的单一方法 综合法有自身的优势 同时也存在着某些方面的不足 现将常用三种纠偏方法的优缺点列于下表 见 表 1 表 1 几种常用纠偏加固方法优缺点 方法优点缺点 迫降 法 掏土 法 在建筑物沉降小的一侧基础底面 以下进行掏挖土体 减少基础下 地基土体的承载面积 迫使土体 产生变形沉降 从而达到纠偏 倾 目的 适用浅埋基础 机 具简单 操作方便 成本较低 节能环保 绿色工程 减少了地面设计标高 对于基础 埋藏较深 荷载较大 重心较高 的工程慎用 锚杆 静压 桩顶 升法 在沉降大的一侧基础上开凿压桩 孔施工 控制沉降快 安全可靠 同时有纠倾与加固作用 仅适用于软土 粘性土 人工填 土 还仅用于沉降基本稳定的钢 筋混凝土独立 条形及筏板基础 有负摩擦力的淤泥易产生新的附 加下沉 抬升 法 上部 结构 托梁 顶升 法 适用于建筑物整体倾斜和不均匀 沉降较大的纠偏 工程量大 成本较高 总荷载较 大 大于 6 层 的建筑物不宜 一 般最大顶升高度不宜超过 80cm 综合 法 压桩 掏土 法 软土地区更为适用 在建筑物沉 降量大一侧预压锚杆静压桩 将 桩与基础锚固在一起 必要时可 采用预加反力封桩技术控制纠倾 速率 减少压桩过程中附加沉降 使建筑物处于稳定状态 然后在 沉降小的一侧掏土迫降处理 使 掏土时间较长 大于 8 层的建筑 物慎用 建筑物均匀 稳定回倾 节能环 保 降低成本 综合效益好 三 工程实况 一 工程概况 王明中学教工楼建于 1994 年 为三层框架结构 建筑面积 918 条形基 础 其底每 2m 打入一条 10 20cm 长 1 5 3 0m 的木桩做桩基 由于该楼地 处软弱地基土上 土质不均匀 厚度不等 又采用木桩浅基础 竣工后不久便 发生不均匀沉降倾斜现象 整体上从北向南倾斜 尤以自东北向西南倾为主 最大沉降量在西南角 楼角吊线最大偏移 23cm 东北角相对标高最高 倾斜还 有继续发展的趋势 该楼地处新兴江下游 为新兴江冲积平原区 地层结构除地表有 1 5 3 0m 黄褐色粉质粘土层外 其下部多有 1 0 8 0m 不等厚度的淤泥或游泥质土 含水 量 70 有较大的压缩变形性 本楼为早期建造的教工楼 没有工程地质勘察 资料供设计人员采用 而凭表观经验确定地基土的强度 对软土厚度和分布不 均匀的认识不足 地基产生差异沉降 基础不均匀沉降变形明显 导致建筑物 倾斜 稳定性安全度降低 在保证上部结构安全的前提下 需要通过纠偏加固 施工 才能消除安全隐患继续使用 本工程实施的压桩加固 掏土迫降优化组合法是楼房倾斜纠偏创新的施工 方法 其中压入 250X250 的砼预制方桩 每节桩长 2 2 5m 最终压桩力 600KN 累计桩长 550 米 工程总造价 46 万元 二 压桩掏土纠偏加固施工 锚杆静压桩是利用建筑物的自重 先在基础上埋设锚杆螺栓 借锚杆反力 通过反力架用手动或电动千斤顶将预制好的桩逐节压入在基础上的桩孔内 桩 断面一般为边长 200 300mm 正方形四方桩 每节桩长 1 0 2 5m 接桩一般用 硫磺砂浆锚固连接 当压桩力达到 1 5Pa Pa 为桩的设计荷载 时 便可以满 足桩的设计要求 在不卸载条件下 应立即将桩与基础锚固 将桩头顶面和侧 面凿毛并洗洁干净后 再在锚杆螺栓上焊 18 的十字形钢筋 孔内用早强微膨 胀混凝土浇灌在一起 当混凝土达到强度后 桩身能立即承受上部荷载 及时 阻止建筑物的不均匀沉降 迅速起到基础加固的效果 实际上静压锚杆桩是由 锚杆和静压桩技术两者结合的一种新颖的加固方法 浅层掏土是通过在倾斜建筑物沉降小一侧的基础下进行引槽掏挖 取出适 量的地基土 使基底的支承面积减小 在上部结构荷载作用下 该侧地基土附 加应力增大 引起地基新的沉降 从而有效调整地基的沉降差 使上部结构逐 步复位 以达到建筑物纠倾扶正的目的 压桩掏土综合法 首先在沉降多的一侧锚杆静压桩施工 照片 1 桩边与 孔口边距空隙 50 100mm 并清洗干净 锚杆螺栓埋深是螺栓直径的 10 15 倍 并不少于 30mm 采用一边压桩一边封桩的工艺 封桩 C30 微膨胀混凝土在几 小时内达到足够强度 个别采用预加应力封桩 从而制止建筑物沉降和倾斜 在沉降少的一侧进行掏土 采用人工挖土和水喷射取土 利用软土应力解除的 塑性变形或永久变形的特性 使建筑物回倾 从而达到可控纠偏的目的 经各种纠偏方法比较后 最终选择压桩 掏土优化组合法施工 具体施工 方案是 在北边先部分局段掏土放沉 后在南边压入部分锚杆桩止沉或微少上 抬 再回北边继续掏土 又回南边继续压桩 如此循环往复几个回合 总体施 工程序为 施工准备 方桩加工制作 锚筋或连接承台施工 引槽掏土纠偏 静压方桩施工 再掏土 压桩循环往复 5 次 修复施工 竣工 考虑到该楼的 整体刚度和桩土共同作用特性 通过计算和分析 准确计算出各点迫降量 合 理设计迫降顺序 避免建筑物产生较大的附加应力 还计出合理的回倾速率 一般情况下为 2 10mm d 开始和结束阶段取小值 中间阶段取大值 在加固 操作过程中 贯彻均匀 缓慢 平稳 贯彻的纠偏原则 并及时进行信息分析 与反馈来指导施工 掏土量根据楼房的基础开挖一条宽 0 5 1 5m 的沟至基础底 下约 0 5m 的坑沟 再在基础底板下约 0 3m 进行均匀等间距开挖 按比例线性 规律掏土和锯部分木桩头长 5 10cm 照片 2 根据各部位所需的下沉量来计 算取土量 开挖沟取土在严密的沉降观测下进行 并根据沉降观测结果不断调 整取土的位置及取土量 以达到均匀缓慢下沉的目的 避免对结构造成二次破 坏 当纠偏至接近预期目标时 应根据监测资料作局部处理 有的部位减掏或 停掏或加掏 使纠偏方向与预期吻合 同时因掏土后的基土受到严重扰动 土 的力学性质与另一边的基土差异较大 因此 掏土后也适当压入一些锚杆静压 方桩 如图 照片 3 纠偏成果才得到巩固 静压桩施工 采用电动液压千斤顶和压板反力架通过锚筋连接承台反压 预制桩 方桩之间采用焊接连接 按图定好压桩施工位 用风镐凿开钢筋网地 台 注意砼内管线 新旧砼界面凿毛 90 清洗干净且刷水泥浆 植入钢筋浇 筑 C30 砼 连接承台施工 当压桩荷载达到最大荷载后 稳压 45 分钟内桩顶 沉降不超过 3mm 时即可终桩 终桩后将方桩按设计标高截断 桩顶沉降通过百 分表测量 每天由专业测量人员对测量点测量其水平位移和隆起 发现数值超 标及时报警 停止施工 做到信息化施工 在压桩过程中必须连续 应保持桩 段垂直 压桩力不能超过设计最大压桩力 收桩时向压桩孔内灌入 C30 混凝土 在桩顶用钢筋与锚杆对角交叉焊牢 然后浇注早强混凝土进行封桩 每一批次 的压桩周期为一周 每个锚杆静压桩预留压桩孔一个 单桩竖向承载力 300KN 终压值 600KN 桩长 1 5 2 0 米 共 36 条 全部达到设计要求 引槽掏土施工 1 引槽坡度根据地质情况和掏槽深度确定为 1 1 并采取相应的边坡防 护措施 2 开挖掏土过程中的弃土及时运走 3 施工过程中在两头沟边设置截水沟及集水井 防止水进入地板以下浸 泡地基土 4 引槽深度为基底以下 30 60cm 5 掏土孔设置在基础以下 20cm 处 采用基底水平掏土孔进行取土 6 掏土孔径及间距由基础底基底压力 设计沉降总高度及地基土强度指 标确定 掏土孔距不宜小于 25cm 施工过程先疏后密 逐步减少掏土孔间距 7 严格控制第一次掏土量 每孔一次掏土高度不超过 30cm 掏完第一 遍后 按原来的顺序掏第二遍 以此类推 每天最大沉降量控制在 5mm 以内 8 总沉降量达到设计要求后 对掏土孔进行回填 回填料为粗砂 并压 入几条静压方桩维稳加固 三 综合纠偏效果 实践表明 压桩掏土法纠偏扶正王明中学教工楼倾斜是卓有成效的 然而 建筑物纠偏技术与方法的选用 应结合工程所在地的地层实际情况及建筑物的 结构特点选取 虽同是纠偏法 但采取的施工工艺措施也应根据地质条件 基 础形式的不同而各有所异 只有方法得当 才可能取得较好的纠偏加固施工效 果 压桩掏土法一般适用于软弱地基土上 结构完好 整体刚度较好的多层 框架结构的建筑物纠偏 8 层 其中掏土工艺当沟中的土被取出后 沟侧壁 应力被解除 基础以下的深层软土朝沟内被挤出 带动基础下沉 由于取土是 在沉降较少一侧进行 地基内的附加应力在纠偏过程中不断调整 基础中心部 位应力增大 有利于软土侧向挤出 随着纠倾的进行和荷载偏心距减小 地基 的变形模量趋于均匀 附加应力则更接近于中心荷载下的值 另外 冲水取土 使基土软化变形 从沟内抽排积水引起地基土固结 促使软土流入沟内 也有 利于纠倾的进行 实质上掏土是一种应力解除 压桩掏土法纠偏施工不需要特别设备 操