建筑纠倾技术概述及应用.docx

《建筑工程事故分析与处理》课程论文论文题目：建筑物纠倾技术概述学生姓名：闫指导老师：张豫川学 号：320060922841兰州大学 闫标说明：本文为参考一些资料综合而成的概述性文章，所以并未采用正规论文的书写格式， 只是对纠倾技术的现状、发展、方法及应用范围进行了简单论述，其间也加入了本人的一 些不成熟想法，望老师批评指正人们为了生存和生活的需要建设了大量的建筑物,但由于种种原因,某些建筑物在建设 或者使用过程中发生不均匀沉降造成建筑物的倾斜,如著名的意大利比萨斜塔,中国的苏州 虎丘塔等建筑物倾斜轻者影响建筑物的正常使用,严重时使其丧失使用功能,其至倒塌破坏, 纠倾往往花费巨大,如为了控制比萨斜塔的倾斜花费了2500万美元,加拿大特郎斯康谷仓则 花费很大代价纠倾，但纠倾后其位置比原来降低了 4m因此，建筑物纠倾技术的研究具有重 要的工程意义1 国内外纠倾技术现状自 20世纪后半叶以来，随着人类改造世界活动的加快，倾斜建筑物大量出现，纠倾技术 的发展和研究逐渐受到人们的重视如1991年成立的拯救比萨塔国际委员会经过8年之久 的反复论证后，采用掏土法使斜塔的倾斜自然北移，塔顶中心点偏离垂直中心线的距离比拯 救前减少438mm。

我国的纠倾扶正技术虽起步较晚，但经过近20年的应用和发展，涌现出许 多新工艺、新方法和新技术如刘祖德教授首创了“地基应力解除法”的纠倾方法，唐业清 教授发明了辐射井射水取土纠倾法，阮慰文等开发了建筑物顶升纠倾技术等我国既有建筑 的纠倾技术发展速度较快,1997年，我国颁布《铁路房屋增层纠倾技术规范》(TB10114—97), 国家行业标准《既有建筑地基基础加固技术规范》(JGJ123—2000)也于2000年6月1日起 施行 ，这些规范的实施使得建筑物纠倾工程的设计和施工走向规范化2 建筑物倾斜原因分析在上部结构、基础、地基的共同作用体系中，地基在基础传递的上部荷载作用下发生沉 降，而这些沉降的不均匀引起建筑物倾斜，按照公式(1)和公式(2)，影响地基沉降的因素包括 上部荷载(F+G)和地基土层(Esi)，这些因素同样是影响建筑物倾斜的因素III f;Cl)s =宅刀严- j, j a. i) (2)式中:P°为基底附加压力,kPa;F为上部结构荷载,kN;G为基础自重,kN;A为基础底面积,m2； Y为基底以上土层重度加权平均值,kN/m3;d为基础埋深,m;s为基础沉降,mm;甲s为基础沉 d降经验系数；a,a为平均附加应力系数;z,z自基底至计算位置的深度,m。

1 i i-1① 上部荷载的原因上部荷载分布不均匀造成地基沉降不均匀，主要表现在：(1) 建筑结构的不规则，建筑物体型复杂(2) 建造过程中施工荷载引起加载不均匀(3) 建筑物使用期间使用荷载不均匀② 地基土层原因根据公式(2),造成地基沉降不均匀的主要土层原因是地基土层厚薄不均，即Esi不均匀， 如在山坡、河漫滩、回填土等天然不均匀地基,由于地基处理不当造成建筑物发生倾斜等③ 周边环境因素当建筑物周围环境使其现有的应力场发生不均匀的变化超过其承受限值时也会造成其 发生倾斜，如邻近建筑物或堆载、邻近基坑开挖、邻近降水、邻近桩基的施工振动和挤压等 当然引起建筑物倾斜的原因很多，有些可以通过详细勘察和合理设计(包括上部结构和地基 基础的设计)来避免的,而周边环境因素则可以通过对环境影响者合理的设计和施工来避免3 纠倾工程设计纠倾工程设计前,应充分掌握相关资料和信息，包括倾斜建筑物现状、工程地质条件，然 后对其倾斜原因进行分析，通过多种纠倾方案比选，制定全面的详细的设计文件① 纠倾方法选择纠倾方法选择应根据建筑物的倾斜原因、倾斜量、整体刚度、基础形式、基础质量、工 程地质、环境条件以及各种纠倾方法的适用范围、工作原理、施工程序等综合确定。

② 纠倾合格标准《规范》表6.1.3明确规定了纠倾合格标准，据此计算建筑物设计沉降量或者抬升量A S (图 3,图 4):—式中:S为建筑物水平变位设计控制值,mm;a为预留沉降值,mm;b‘为纠倾方向建筑物宽度在H水平方向上的投影,m;Hg为自室外地面算起建筑物高度,ma纠倾前图3迫降法纠倾示意图fi纠锁前图4顶升法纠倾计算示意图③ 纠倾方案比选和设计优化纠倾方案从安全可靠、经济合理、施工方便等方面进行认真比选，挑选出最佳方案纠 倾设计应对所选用的纠倾方案进行纠倾程序优化和纠倾参数优化，其主要参数为沉降速率、 回倾速率、回倾时间等纠倾设计可以按照下述步骤进行：(1) 首先确定设计沉降量(或抬升量)AS,倾斜率和倾斜方向等(2) 计算倾斜建筑物基础形心位置和偏心矩，进而确定基础底面压应力，根据基底压应力 图验算地基承载力(3) 根据确定的回倾方向，布置纠倾部位，如迫降孔的位置和数量，顶升位置和机具数量 等(4) 在纠倾前后根据建筑物倾斜情况，进行防复倾加固设计,确保建筑物的纠倾前后和纠 倾过程中的安全4常用纠倾方法及其技术特点目前,常见的纠倾方法整体来分主要有两类:迫降法和抬升法，迫降法是从土力学原理来 加大沉降较小一侧的地基变形来纠倾(图3)，常见的迫降纠倾法包括掏土法、水处理法、加 压法、振捣液化法、淤泥触变法、桩基卸载法等;抬升纠倾法是通过直接改变上部结构的受 力或位移、位移趋势来达到纠倾目的(图4),常见的抬升纠倾法包括顶升法、地基注入膨胀 剂法等。

在实际工程中,往往多种纠倾方法联合使用至于具体的纠倾方法，则根据建筑物特 点、场地地层特点、周围环境特点的不同而不同下面就详细介绍常见的纠倾方法及其特点① 掏土纠倾法掏土纠倾方法属于迫降法的一种，是指从建筑物沉降较小一侧的基础内侧或基础外侧向 基底以下的土体掏出适量的土,以达到纠倾的目的根据掏土孔的方向，掏土纠倾法可以分为以下三种：(1) 水平掏土纠倾法根据建筑物不均匀沉降的状况，在建筑物基础下浅部硬土层内,水平钻孔掏土(图5),当 钻孔后，钻孔产生压扁变形，孔壁土体局部将发生破坏，建筑物产生相应的沉降，达到纠倾的 目的coccoe图5水平钻孔掏土纠倾法示意图针对不同土层不同场地条件情况下，唐业清教授提出了辐射井射水取土纠倾法（图6）, 利用高压水枪伸入基础下进行深层冲水，冲水区附近的土体在上部结构压力作用下挤入流出 土体剩下的空间，引起冲水一侧的建筑物沉降，达到纠倾的目的木L -JJ 木 回J—井 射■■ L.肘幻L一基础一 *水扌1的b T•面国图6辐射井射水取土纠倾示意图（2）倾斜掏土纠倾法倾斜钻孔掏土是在建筑物沉降较小的一侧,按一定的角度打斜孔，深入到建筑物宽度的 1/3~1/2处,将基础底下的土掏出（图7）,将孔中的土掏出，掏空后进行排水，然后土体在上部 建筑物和土体的自重荷载作用下下沉达到纠倾目的。

图7倾斜钻孔掏土纠倾法示意图（3）垂直掏土纠倾法垂直掏土纠倾法不同于“浅层掏土法”，是一种软纠倾方法，即在倾斜建筑物原沉降较小 的一侧设置密集的地基应力解除孔，各孔上部设有护壁套管（长度视土质情况而定），依靠大 型螺旋钻旋入一定深度，分期分批的在钻孔适当深度掏出软弱地基土（图8）,并依靠螺旋钻 上拔荷载来造成孔底真空环境，使地基应力在局部范围内得到解除或转移，促使软土向该侧 移动,增大其沉降量，最终达到纠倾的目的图8应力解除法纠倾示意图② 降水和浸水纠倾法概述（1） 降水纠倾法降水纠倾法就是通过降低建筑物沉降较小一侧的地下水位,增加土中的有效应力，使该 侧的地基土产生固结沉降（图9）,从而达到纠倾的目的，降水纠倾法较适用于片筏基础、箱形 基础等浅基础的建筑物纠倾，且当土层的渗透系数必须达到某一程度时才有效果另外，应注 意降水引起周围建筑物的不均匀沉降影响，当距离周围建筑物比较近时应慎用降水纠倾法 较为简单易行，成本低，不影响建筑物正常使用2） 浸水纠倾法浸水纠倾法就是在沉降小的一侧基础边缘开槽、坑或钻孔（图10）,有控制地将水注入地 基内，使土产生湿陷变形，从而达到纠倾的目的该纠倾方法适用于湿陷性黄土地区多层砖混 结构、框架结构、高耸构筑物及其刚度较大的建筑物的纠倾。

当黄土含水量小于10%、湿陷 系数大于0.05时可以采用浸水纠倾法;当黄土含水量在17%~23%之间、湿陷系数在0.03~0.05 时，可以采用浸水和加压相结合的方法对于含水量大、湿陷系数较小的黄土,单靠浸水效果 有限，则辅以加压，同时要求注水一侧土中的压力超过湿陷土层的湿陷起始压力图9降水纠倾法示意图 图10浸水纠倾法示意图③ 加压纠倾法（1）堆载加压纠倾法堆载加压纠倾法就是通过在沉降较小侧堆载，对于浅基础就是使其产生附加沉降（图 11a），对于桩基础则是使桩产生桩身负摩阻力（图11b）由于该方法产生附加沉降或桩身负 摩阻力需要堆载较大，而且纠倾时间较长，所以在具体的纠倾过程中往往作为一种辅助方法 与其他纠倾方法联合使用，如比萨斜塔和某软土地基上的建筑物纠倾中与掏土纠倾法联合使 用匚_呼弩环-j匚工礼馭"|「、 71"' ' L" ■I ;| II 'I 11 ||.：■'' .'Ml ；| 山1 ；： ~L | j 捷娃持力民b <- 4ri.图11堆载加压纠倾法示意图⑵卸荷加压和增层加压纠倾法卸荷加压纠倾往往是通过对沉降较大一侧基础卸荷和在沉降较小一侧堆载的联合方式 进行纠倾（图12a）,而增层加压法则是通过改变上部荷载分布的方式（即增加沉降较小一侧 荷载）来进行纠倾（图12b）。

图12卸荷加压和增层加压纠倾法示意图④ 桩基卸载纠倾法桩基卸载法就是通过人为方法使沉降较小一侧的桩或承台产生沉降,从而达到纠倾的目的， 包括桩顶卸载、桩身卸载、桩尖卸载和承台卸载等纠倾法1）桩顶卸载纠倾法对端承桩、摩擦端承桩宜采用桩顶卸载法,即说的截桩法，将所需砍去的桩头与底板的联 结处断，或者将桩周底板四周凿穿约200mm宽的缝，断缝中钢筋，使桩与承台完全脱离，待纠 倾完成后重新做桩头与底板的连接断桩施工前应在桩颈下部加约束钢箍,以防桩体破坏过 量造成难以控制的情况同时在各桩边准备足够的钢垫板，从沉降量小的一侧开始顺次凿去 桩颈周围混凝土，并随凿随垫钢板，以防变形过大，如此不断重复,直至达到所需沉降量纠倾 完毕后，在桩头破坏处设加强钢箍与承台一起浇捣混凝土,形成扩大桩头（图13）图13桩顶卸载纠倾法示意图（2）桩身卸载纠倾法对于摩擦桩宜米用桩身卸载，即通过对沉降较小一侧的土方开挖暴露该部位桩体上部 （图14），增加桩体下部和桩端的荷载，从而引起沉降达到纠倾的目的由于采用该方法纠倾 需要时间比较长，且工作量比较大，往往需要与其他方法联合使用— IU ■H H- 节—:|,|口图14桩身卸载纠倾法示意图（3）桩尖卸载纠倾法对于桩长比较短的桩基础，可以采用桩尖卸载纠倾法，通过在沉降较小一侧桩基础周围 打斜孔（图15）,掏出桩尖下部土体，促使桩基沉降进行纠倾。

图15桩尖卸载纠倾法示意图（4）承台卸载纠倾法对计入承台效应的桩基础，可采用承台卸载，通过对承台底取土（图16）,也可以将底板 凿穿约20cm宽的缝，截断缝中钢筋,从而使这部分承台以及承台下的桩失去承载作用，这部 分承台以下的桩承受的荷载转移到周围其他桩上，使桩体下沉达到纠倾的目的/ 凿去图16承台卸载纠倾法示意图⑤ 顶升纠倾法概述顶升纠倾法将千斤顶设置在基础梁的顶部或圈梁底下，再用千斤顶将整个建筑物顶升而 。