摘要：建筑基础的不均匀沉降及倾斜会影响建筑物结构的安全性及正常使用，需对此类建筑进行纠倾加固。针对某高层建筑主楼纠倾加固工程，根据其施工资料、沉降观测数据、场地地质及原设计方案等，查明及分析出引起该楼栋不均匀沉降及倾斜原因。基于变形控制的原理及场地条件，确定合适该楼栋的纠偏及加固设计方案（大直径灌注桩减沉-扰动地基土纠偏-微型桩施工），并制定合理的施工顺序，纠偏及加固施工后该楼栋的倾斜率达到了国家相关规范的要求。
关键词：高层建筑；倾斜原因；纠偏加固；微型桩
引言
近年来，建筑地基的不均匀沉降造成建筑物倾斜的事故愈来愈多。当建筑发生超过规范要求的倾斜时，影响建筑物的正常使用及安全，须对该建筑物进行纠偏处理。高层建筑荷载较大，纠偏施工难度及风险均较大，纠偏扰动较敏感。为使后续楼栋沉降稳定，结合微型桩加固托换处理。本文以某32层住宅高层纠偏加固工程实例，结合该楼栋对应的地质条件，对该楼栋快速沉措施、合适的纠偏方法、稳定沉降加固方式等进行实践研究分析。
一、工程概况
该楼栋地上32层，地下1层，建筑高度约94 m，南侧与地下室车库相连接，北侧无地下室。基础型式采用1.6m筏板，筏板下为300mm砂石褥垫层。地基处理采用长螺旋钻孔CFG桩，桩端持力层为强风化～中风化白云质灰岩。主体及基础已施工完毕，楼栋出现不均匀沉降、电梯井上下偏差较大、屋顶变形缝错开等情况。楼栋沉降相对标高及基础剪力墙布置示意如图1所示，根据监测单位提供数据，整体倾斜东单元最大倾斜率已达3.9‰，西单元2.6‰。楼栋呈现出较大东北向整体倾斜，尤其是东单元，超过《建筑地基基础设计规范》[1]60～100m高度建筑整体倾斜率2.5‰限值，须进行东西向和南北向纠偏处理。
图1 楼栋基础及剪力墙布置示意、纠偏前沉降数据
二、沉降原因分析
该楼栋复合地基处理后的静载实验及CFG桩检测均符合规范要求，详勘报告揭示场地土层情况从上向下为杂填土、硬塑粘土、可塑粘土、强风化及中风化白云质灰岩，岩面起伏较大，强风化灰岩较厚，裂隙较发育，特别是东北角区域。为查明沉降原因，采用取芯率较高的单动双管勘察设备补勘，揭示东北角存在串珠状溶洞，部分溶洞有强风化灰岩及溶蚀充填物，部分溶洞为空洞。补勘钻孔及注浆封孔过程中发生急剧较大沉降，地下可能存在径流，地下水相通形成联系通道，地质较为复杂。故分析认为CFG桩复合地基持力层受岩溶发育及地下水的影响，造成复合地基持力层的承载力和稳定性不满足设计要求。
三、减沉方案
补察钻孔及注浆封孔期间，楼栋发生较大急剧沉降，最大沉降达3.2mm/d。分析原因认为有三方面：（1）楼栋外及楼栋内均有补勘钻孔，钻孔对筏板底褥垫层有扰动，孔洞周围褥垫层有一定流失；（2）筏板开孔施工工艺为水钻，钻孔用水随孔流入筏板底，筏板底土质有一定软化。（3）最主要原因为强风化白云质灰岩较厚，地质较复杂及岩溶较发育，岩体节理裂隙发育呈砂土状，强度低，受水流和浆液冲刷后易扰动并形成水力通道，浆液和砂浆主要沿该通道向四周扩散对强风化岩或中风化岩中溶洞等充填，封孔灌浆过程中吃浆量大，对筏板底及CFG桩桩底地基产生较大扰动。常用纠偏加固施工也需进行钻孔及注浆，施工速度较慢，楼栋可能会急剧产生进一步的较大沉降。基于楼栋地质较为敏感的特性，需进行紧急减沉处理。
地下室层高仅5.6m，部分区域仅3.8m，场地条件有限，提出三种减沉方法：（1）筏板底注浆加固；（2）东北角部分区域微型桩施工；（3）筏板外北侧大直径灌注桩施工。基于前期补勘施工扰动情况，注浆质量及时间难以保证，无可控的目标性控制，微型桩施工大面积集中局部施工周期较长。注浆、微型桩钻孔或静压均可能对地基土产生进一步扰动沉降，且无法快速完成减沉目的。故选择筏板外北侧大直径灌注桩方案。
为减少施工时对强风化白云质灰岩的扰动，大直径灌注桩施工采用设备先进扰动较小的360°全回转套筒钻进+旋挖机结合，并要求跟管进度较多超前钻进工作。桩长按入岩深度控制，桩端进入较完整中风化白云质灰岩≥0.8m或较破碎中风化白云质灰岩≥2m，共16根。较完整中风化白云质灰岩以上土层采用跟进套筒施工，抓斗取土，桩径1.2m；入中风化白云质灰岩后采用旋挖机施工，桩径1.0m。中风化白云质灰岩存在溶洞时，需穿越溶洞。为保证桩端持力层质量，桩端采用后注浆。
桩顶增加地下室结构外接加固，包括楼栋北侧室外增加筏板上扶壁墙及地下室顶板、楼栋北侧室内剪力墙加厚、筏板往外加宽、北侧室内室外筏板加厚等，使上部荷载有效传递至大直径灌注桩，快速承担楼栋上部荷载。根据预沉降数据桩头与上部主体之间预留足够空间，在后续施工期间调节沉降，以达到初步东西向纠偏。减沉方案如图2所示。
四、纠偏方案
目前，常见的纠偏方法有迫降纠倾、顶升纠倾或多种纠倾联合[2]。地下室层高有限，剪力墙尺寸较大，楼栋高度高上部荷载较大，以目前市面上的技术水平及施工设备，顶升纠偏施工操作较困难。迫降纠倾一般有掏土、堆载、降水、地基加固及倾水等方法，基于本场地及原基础设计方案，一般采用筏板下水平掏土或竖向掏土，筏板面南北区域存在高差450mm，原CFG桩布置为梅花形布置，南侧地下车库独立基础距离4#楼筏板基础太近，故水平向掏褥垫层实施较困难，故采用主要集中南侧及西侧竖向掏褥垫层方案，调整楼栋南北向及东西向倾斜值。
掏土方案主要为：（1）沿筏板基础边缘、后浇带位置依次切割车库防水底板、侧墙和顶板及钢筋。因东西单元筏板出现较大斜裂缝，东西单元间筏板需切开分别纠偏；（2）原CFG桩顶和桩间设置竖向掏褥垫层扰动孔，掏土孔部分利用原微型桩孔位：第一序为CFG桩桩顶扰动孔226个及微型桩桩孔215个；第二序为CFG桩桩顶扰动孔270个及微型桩桩孔117个；第三序为CFG桩桩间扰动孔222个。为保证建筑物正常使用，建筑物整体倾斜及楼板倾斜率以不大于2.0‰为纠倾目标，并尽力满足1.5‰。纠偏方案如图2所示。
五、加固方案
为保证后期建筑物沉降均匀，主楼范围内设置微型桩，桩与原筏板基础形成桩筏基础，极大地提高了地基承载力，100%全托换，微型桩可完全承担上部建筑的荷载，加上北侧筏板外大直径灌注桩的承载作用，达到治本目标。微型桩桩径为300mm（采用194x9钢管）或250mm（采用180x10钢管），共338根。按《建筑桩基技术规范》嵌岩桩公式[3]计算单桩承载力特征值为900kN，桩端按入较完整中风化白云质灰岩1m控制，保证桩端位于稳定持力层。微型桩一般有静压及钻孔两种，加固方案要求桩端进入中风化白云质灰岩，故需采用钻孔微型桩。沉降较大扰动敏感的东北角区域采用钢护筒护壁成孔，其他区域采用常规泥浆护壁成孔。纠偏扰动孔和微型桩筏板开孔较多，对筏板产生一定的损坏，需加固补强，筏板面新增加厚300mm。加固方案如图2所示。
图2 减沉、纠偏及加固方案示意
六、纠偏加固施工控制措施及成果
根据场地条件、地质条件、处理紧急程度等因素，为达到快速有效合理地进行处理，施工顺序为：北侧筏板外减沉大直径灌注桩-地下室上部加固连接工程-纠偏及筏板内微型桩同时进行、灌注桩及微型桩逐步锁定-筏板补强。各阶段施工控制措施主要为：
（1）大直径灌注桩施工为最重要阶段，采用360°全回转套筒钻进设备，护筒全程超前跟进，浇筑混凝土时拔护筒速度减慢，保证混凝土优先岩土填充护筒拔出后的空隙，避免因土层松弛产生扰动及对地基土的扰动过大。
（2）纠偏实施综合采用普通射水、扩径高压射水扰动、水平机械扰动及竖向掏土等措施，全程实时变形监控，纠偏及微型桩施工按照信息化原则根据变形实测情况穿插进行，适时调整施工顺序。为控制纠偏过快过大，施工过程中控制回倾速率≤ 2mm/d。
经过纠偏加固后，该楼栋整体倾斜情况为：西单元最大整体倾斜率为1.39‰，东单元为1.64‰，均满足设计纠偏目标小于2‰及规范规定小于2.5‰。
七、结束语
该楼栋纠偏加固的成功处理，对类似工程下倾斜建筑物的纠偏加固方案设计及施工具有一定的参考意义，特别是针对白云质灰岩、岩溶发育区域、高层楼栋及筏板基础。通过本工程得出几点结论及建议：
（1）为快速有效控制楼栋的持续较大沉降，在场地条件允许的情况下，可在楼栋周边采用大直径灌注桩减沉，并采用扰动较小的360°全回转套筒钻进+旋挖机结合施工。
（2）基础采用筏板+CFG桩地基处理的楼栋纠偏一般采用竖向掏土纠偏，且为保证后期建筑物沉降均匀，建议采用钻孔微型桩加固使楼栋沉降稳定，扰动敏感区域可采用跟管钻进成孔。
（3）白云质灰岩及岩溶发育区域应做好施工勘察，明确溶洞发育程度及分布，且为保证楼栋安全及质量，基础型式建议最好选择灌注桩，持力层选择稳定可靠的基岩。
参考文献：
[1] GB5007-2011《建筑地基基础设计规范》.中国建筑工业出版社.2011.
[2] JGJ 123-2012《既有建筑地基基础加固技术规范》.中国建筑工业出版社.2012.
[3] JGJ 94-2008《建筑桩基技术规范》.中国建筑工业出版社.2008.
论文作者:胡艳容
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/19
标签：钻孔论文; 地基论文; 褥垫论文; 较大论文; 基础论文; 溶洞论文; 建筑物论文; 《基层建设》2019年第9期论文;