章建筑物纠倾

第十九章 建筑物纠倾 19.1返回总目录返回总目录 第19章建筑物纠倾第十九章 建筑物纠倾 19.2教学提示：建筑纠倾很像要将全身瘫痪的病人扶下床，这是有一定难 度的。目前有很多流行的纠倾技术，把纠倾工作看得很简单，有些轻 敌表现。应该正视困难，适可而止，不要追求圆满，自陷困境。在付 出代价不高的前提下，只要能达到止倾稳定的目的，也应该满足了。教学要求：建筑物纠倾是一件技术含量很高的工作，能从理论技巧到 胆量方面锻炼人，建议多给学生参与的机会。比萨斜塔工程是人类的杰作，是世界的瑰宝，斜塔纠倾方案也是近年 来国际工程学术界最为关注的一个热门话题。在意大利政府的支持下 ，比萨斜塔专家委员会奋战几年后，纠倾工程终于取得了成果，但是 并不很理想。在宇宙飞船已经几度升空、平安返回的今天，对比之下 ，说明建筑物纠倾这个古老的课题难度还很大，还需我们努力去破解 。本章结合一些工程实例，对国内纠倾技术的发展现状作一次综合报 导和分析。 第十九章 建筑物纠倾 19.3概 述 纠倾技术简介 纠倾技术发展现状及方向 本章内容思考题与习题第十九章 建筑物纠倾 19.4概 述 随着近几年建筑业的高速发展，建筑物发生倾斜的情况相当普遍，国 内外建筑倾斜纠正的工程实例也数不胜数，例如江苏常熟的聚砂塔、 意大利的比萨斜塔等，都是国内外纠倾技术的典范。建筑物纠倾技术 在国内外的应用越来越普遍，已经成为一个重要的研究课题。 造成建筑物倾斜的原因是多方面的，总的来讲有以下四个方面的原因 。一. 事故原因 (1) 地质方面。地基中存在未预见的洞穴，造成局部沉陷导致建筑物产 生倾斜；地基中存在厚度不均的软弱层，在荷载作用下，沉降不均， 造成建筑物倾斜；地震作用使地基土局部扰动或液化，引起建筑物的 倾斜等。 (2) 设计方面。在地质勘察中，地质情况掌握不准，使设计的基础难以 满足均匀下沉条件；建筑物在结构布置上不合理，造成建筑物荷载严 重偏心而引起倾斜；未考虑邻近建筑物的影响，使建筑物的一侧在地 基附加应力下发生沉降等。 第十九章 建筑物纠倾 19.5概 述 (3) 施工方面。深基坑开挖使土体产生侧移造成相邻建筑物倾斜；打桩 时，土体被扰动，承载力下降，引起建筑物倾斜；施工质量低劣等。(4) 使用方面。地面常年积水，使地基土局部软化塌陷；室外有大量长 期堆载；大量开采地下水，使地基产生不均匀沉降；擅自改变建筑物的 使用功能，改变荷载分布条件等。建筑物倾斜现象既然是由于地基沉降不均，甚至失稳破坏引起，倾 斜现象形成以后，就会产生上部建筑的重心偏离，出现强大的偏心力矩 。对于高层建筑来说，这个偏心力矩的作用是惊人的，甚至有可能导致 沉降量大的一侧地基受到超限的偏心压力与附加沉降，而沉降量偏小的 一侧地基则产生上拔力。若不及时采取纠正倾斜的加固措施进行干预， 任其恶性循环发展下去，就很可能导致倾覆事故的出现。因此，对于已 经倾斜且影响正常使用的建筑物必须采用纠倾技术予以纠正。 第十九章 建筑物纠倾 19.6概 述 二. 处理途径 纠倾的思路有两种：一是先稳定沉降大的一侧，然后设法将沉降小的一 侧促沉，使建筑物达到沉降均匀；二是先稳定沉降小的一侧，然后设法 将沉降大的一侧顶升，将建筑物的倾斜纠正。在进行建筑物纠倾工作前，应做好如下准备工作。 (1) 深入了解工程地质勘察资料，包括土层分布、各土层的物理力学性 质、地下水位等。如原有工程地质勘察资料不能满足分析要求，或应用 原有工程地质勘察资料难以解释建筑物倾斜原因时，应及时对地基进行 补勘。 (2) 要熟悉工程设计施工图，掌握工程施工资料，特别是基础工程沉降 观测资料，同时进行现场察看。测出建筑物垂直偏差值、水平偏差值、 倾斜度、裂缝分布范围和裂缝宽度，增设沉降、位移、倾斜、开裂观测 点，并作一些必要的拍摄记录。如有条件，还可走访当时的工程施工方 、监理和业主方管理人员，获取工程第一手资料。 第十九章 建筑物纠倾 19.7概 述 (3) 在综合分析上述资料的基础上，对建筑物倾斜的原因 作出较为准确的结论，并如实评定桩基质量、基础和主 体工程质量；对建筑物后期变形作出预测，并准确判断 周边环境与被纠工程间的相互影响。(4) 在确保工程及施工操作足够安全的前提下，提出一个 费用低、工期短、可行性较高的纠正倾斜的施工技术方 案。 第十九章 建筑物纠倾 19.8纠倾技术简介 一. 迫降纠倾技术迫降纠倾是指利用各种手段去调整地基土的变形，促使其产生附加 沉降，借以达到纠倾目的。迫降纠倾又分压重迫降、掏土迫降、水 力迫降、砍桩迫降、截柱迫降等多种迫降工艺。1. 压重迫降 1) 堆载压重迫降 通过在建筑物沉降较少一侧堆载压重，迫使地基土变形产生沉降， 达到纠倾目的。 第十九章 建筑物纠倾 19.9纠倾技术简介 堆载压重迫降纠倾的理论依据是地应力的扩散理论和地基变形(沉降 量)叠加理论。 如图19.1(a)所示。当建筑物由于沉降不均而出现倾斜 时，其沉降曲线必然如图 ，a侧出现的沉降差 大，b侧的沉降量 为零，因此导致z建筑物从b侧向a侧倾斜。只要在b侧一定范围内堆载 一定数量的重物，地面所受到的直接压力会按一定的扩散角向四周扩 散，并向下传递。由于b侧受到堆载的影响最大，所以在b点产生的沉 降量也最大，a侧远离堆载，其影响可视为零。堆载量控制适当，则 可以使b点产生的沉降量 等于 。于是 与 两条沉降曲线完全 对称。两者叠加以后形成的最终沉降曲线 就成了均匀沉降曲线， 倾斜的建筑物在均匀沉降曲线条件下就可恢复正常的垂直位置，纠倾 目的就达到了。第十九章 建筑物纠倾 19.10纠倾技术简介 图19.1 堆载纠倾示意图 注：(1) 建筑物倾斜情况下的沉降曲线；(2) 堆载对建筑物地基影响产生的沉降曲线；(3) '两者沉降量叠加后的沉降曲线；(4) p堆载引起的水平推力主动土压力。第十九章 建筑物纠倾 19.11纠倾技术简介 如上海焦化厂配煤房由5个直径为8m高度为22.77m的钢筋混凝土储煤 筒仓组成，片筏基础；配煤房静荷载为38000kN，活荷载为21500kN ；基底平均压力为120kPa。静荷载产生的沉降量为4.7mm，沉降速率 为0.8mm/d，相对倾斜为0.0027。当初开始投产时，在五日内迅速加 煤完毕，沉降速率突增，高达45mm/d，相对倾斜0.024，严重影响了 安全和使用。该建筑物倾斜主要原因是在短期内大量集中加载，而荷载又超过了地 基承载力90kPa，孔隙水压力不能及时消散，致使软土产生侧向挤出 ，增加了基础的沉降和沉降差。最后用反向堆载加压纠倾，取得了显 著的效果，使该配煤房生产正常。 但是必须指出，如果以上建筑物用的是桩基础，建筑物倾斜必然与桩 身水平失稳倾斜有关，若采用堆载迫降纠倾的方法可能适得其反。如 图19.1(b)所示。堆载对地层压缩使桩身产生的负摩擦力不仅不足以迫 使桩身下沉，反而使地层受到的附加压力转变为对桩身的水平推力(主 动土压力)，从而引起桩 身和建筑物的进一步倾斜。 第十九章 建筑物纠倾 19.12纠倾技术简介 图19.2 悬臂压重纠倾示意图 注：(1) 扶正以后的斜压顶撑桩；(2) 扶正以后增加预应力锚杆。2) 悬臂压重迫降 对于由于偏心荷载引起的建筑物 倾斜和桩身倾斜现象来说，采用 悬臂压重迫降纠倾方法是最有效 的方法，如图19.2所示。压重数 量完全可以通过理论计算求得， 可操作性强，便于质量监控。只 是为了保证长治久安，纠倾任务 完成以后，临时压重卸除以前， 还得采取锚杆斜拉或斜压桩顶撑 等固定措施来稳定桩身，抵抗偏 心荷载引起的偏心力矩。第十九章 建筑物纠倾 19.13纠倾技术简介 2. 掏土迫降1) 基底掏土 在沉降较少的基础下直接掏土，减小基础与土的接触面积，土的接触 压力随之增大。由于软黏土、淤泥质土、砂性土等的稳定性差，变形 大，在高压力及快速荷载的情况下，被迅速压密，而且可能进入不排 水的剪切状态，产生较大的塑性流动，使基底土侧向挤出，从而加快 基础的下沉。这时应该调整整个基础的差异沉降，达到纠倾扶正的目 的。掏土可分为钻孔取土、人工掏土和水冲掏土三种。一般砂性土地基宜 采用水冲掏土，黏性土和碎卵石地基宜采用人工掏土或人工掏土与水 冲掏土相结合的方法。若建筑物底面积较大，可在基础底版上钻孔取 土。建筑物对直接在其基础下掏土反映敏感，故掏土时应严加监测， 利用监测结果及时调整施工顺序和掏土数量。 第十九章 建筑物纠倾 19.14纠倾技术简介 2) 基础侧地基中掏土 在沉降小的一侧靠近建筑物基础边缘的指定部位，按一定顺序钻相当数量深 浅不一的井点，迫使持力层土体截面削弱，应力增大直至大于土的临界抗剪 强度，呈现土的剪切变形，导致深层土体产生流变和蠕变，使地基土发生侧 向位移，增大该侧沉降量。如需要，也可加密钻孔，使之形成深沟。如武汉市某六层住宅楼，地处汉江之滨，地基土质软弱。地层构造分为三层 ：上层为厚约5m5.5m的表层杂填土，第二层为厚约9m10m的夹粉砂的深 厚黏性土，下层为粉砂土。该楼高19.2m，长25.8m，宽8.3m，建筑面积 1273m2；钢筋混凝土条形基础，埋深1.6m，砖墙承重；墙厚：13层为 240mm，46层为180mm，纵横墙顶均设有压顶圈梁加固，整体性较好。该 楼于1976年建成，倾斜逐年积累，至1990年，测得建筑物从东向西倾斜(建筑 物朝向为东西)倾斜度达14.27。采用钻孔掏土法进行纠倾，沿东墙墙基先后 共打了20个400的钻孔进行掏土迫降。初期效果还较明显，但后期见效甚微 ，最后沿东及东北两面墙基边缘切槽形成深沟进行迫降，将倾斜率降到5的 限度内，这才满足纠倾工程验收标准。纠倾施工停止后，用黏性土回填钻孔 。 第十九章 建筑物纠倾 19.15纠倾技术简介 值得注意的是掏土迫降具有时效性。通过掏土解除地基应力以达到 促沉的目的，这与沉降现象的出现和发展有一个传递与滞后的过程 ，该过程往往反应迟缓。当人们在迫切希望促沉迫降现象出现时， 它却姗姗来迟，而当人们终止工作，认为一切已经稳定时，后期过 量沉降却不期而至。这是工程实践中应注意的主要问题。3. 水力迫降 1) 降水迫降 降水迫降纠倾是指用水泵将地基内的水体抽出，使其水位下降，以 促进土体固结下沉，从而起到迫降作用。该法多用于软土地基，且 多与其他纠偏技术合用。 第十九章 建筑物纠倾 19.16纠倾技术简介 2) 注水迫降 对于湿陷性黄土地基来说，可利用其遇水湿陷的特点，往地基内注 入适量的水，促使其湿陷下沉，会起到迫降的作用。水力迫降是一种最廉价的纠倾方法，只是存在较大的风险。海口的 一栋用混凝土灌注桩支承的七层框架办公楼出现倾斜以后，采用强 制性深层抽水迫降纠倾的方法，见效缓慢。最后虽然勉强取得了纠 倾效果，却引发了惊人的区域性地裂现象，对建筑物本身及邻近已 有建筑造成了严重的损害。用钻孔注水引发湿陷性黄土地基湿陷迫 降的方法，也具有一定的危险。只有在湿陷性黄土层较薄的情况下 ，才有可能侥幸取得一次性的成功。在黄土层厚度较大的情况下， 由于水在黄土中的传递速度与分布情况不可能均匀，对于一些湿陷 性不很敏感的黄土，从注水到引起湿陷有一个漫长的滞后过程，很 难掌握注水分寸。注水纠倾过程中，对建筑物的结构损坏很大，注 水纠倾封孔不严，还会起到引“狼”入室的作用。 第十九章 建筑物纠倾 19.17纠倾技术简介 4. 截桩迫降 截桩法是在建筑物沉降量较小的一侧，截去基础承台下面一部分桩 体，达到调整差异沉降的目的。此法适用于埋深较浅的独立或条形 承台、采用端承桩(或桩端土为中密的砂质粉土和中细砂土的端承 摩擦桩)基础的建筑物。其纠倾原理：在拟定的掏土区将基底土掏 空，原基底反力转化为桩顶荷载；由于桩端土承载力较高使桩不易 产生下沉，只能先截断部分桩体，使荷载由附近未截断的桩来承受 ，从而产生桩