王天晴 陈 浩 陈映棠 董华阳
(1.山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001；2.山西中实建筑加固改造有限责任公司，山西 太原 030001)
偏心堆载和高压注浆在既有建筑纠偏中的联合应用
王天晴1陈 浩2陈映棠1董华阳1
(1.山西省建筑科学研究院，山西 太原 030001；2.山西中实建筑加固改造有限责任公司，山西 太原 030001)
结合工程实例，分析了建筑物发生不均匀沉降的原因，根据工程实际情况，制定了偏心堆载和高压注浆联合使用的纠偏方案，并探讨了施工中的操作要点，通过对纠偏结果的观测分析，表明该方案能有效稳定既有建筑的沉降和倾斜变形。
建筑物，纠偏处理，高压注浆，堆载施工
0 引言
建筑物由于种种原因所发生的不均匀沉降在大多数情况下都是以主体倾斜表现出来的，当倾斜量超过规范的容许限值时，将对其正常使用带来较大的影响，甚至影响到建筑物的安全。在现实生活中，由于建筑物的倾斜过大导致无法正常使用或倒塌的事例屡见不鲜。对这类建筑拆除重建显然最为简单直接，但出于经济方面的考虑，若对其进行纠偏处理，则既能保证安全又能满足正常使用的需要，更能获得良好的效益。尤其对于那些需要保留保护的历史建筑来说，加固纠偏处理则是其唯一选择。
针对建筑物类型的不同而纠偏方法各有差异。近年来，常常见到的纠偏方法主要分为两类，即迫降纠偏和抬升纠偏。迫降纠偏方法较多，例如掏土、注水、堆载等；抬升纠偏主要包括断柱顶升、压桩顶升或扩大基础并抬升等。建筑物纠偏时应在综合考虑其结构形式、荷载大小、地基基础条件、操作可行性和方便性、经济指标等诸多因素后制定合理的实施方案。此外，纠偏完成以后保证建筑物的稳定性，使其不再发生二次倾斜也是必须考虑的因素。通过某工程实践，将堆载纠偏和高压注浆有机结合，既使建筑物倾斜度满足了要求，又保证了今后地基基础的稳定性，取得了一定的经验，可作为同类工程的借鉴。
1 工程概述
某工程采用了框架—短肢剪力墙结构，平面尺寸长33.2 m，宽12.3 m，建筑物总高为20.20 m，为局部7层的新建住宅，设1层地下室，基础为钢筋混凝土梁板式筏板基础，平面如图1所示。该工程在主体完工之前已发生了向南侧的轻微倾斜，随着主体的完成及墙体、装修荷载的增加，这种现象愈演愈烈，房屋交工后向南侧倾斜达6.9‰，最大倾斜绝对值为140 mm，室内地面南北端高差达到了85 mm，人在室内走动有明显的上、下坡之感，严重影响了业主的入住和今后的使用，必须对其进行纠偏处理。
2 原因分析
1)地基承载力不足。勘察报告表明地基持力层承载力特征值只有90 kPa，根据现场地形高差和基坑开挖情况分析，即使考虑埋深修正也达不到上部荷载对地基承载力的要求，所以地基先天不足是本次建筑物严重倾斜的原因之一。
2)基坑受水浸泡。基坑开挖时正值雨季，开挖后未及时回填，造成基坑灌水而无法排出，基坑严重受水浸泡，基本处于饱和状态，未曾充分干燥即行回垫砂卵层，这是房屋倾斜的原因之二。
3)地基处理不当和施工要求不严。勘察报告指出，拟建场地为中等液化场地，建议采取碎石桩或其他抗液化措施，但设计方一味迎合降低造价的无理要求，仅作了700 mm厚砂卵石垫层。又由于基槽内翻浆严重，大型施工机具进入困难，所以仅作了简单的干插片石和铺垫处理，未进行充分的碾压，压实系数达不到控制要求，这是房屋倾斜的原因之三。
4)房屋南北侧地基存在较大差异。调查表明，该场地早前有一灌溉水渠自房屋南侧通过，渠内地势较低，并有较厚淤泥，而北侧系水渠渠埂，埂高约有2 m，房屋基础南侧位于渠底而北侧坐落在渠埂上。由此来看，房屋北侧地基由于渠埂作用长期处于压实状态，场地整平后房屋北侧又为挖方地基而南侧恰为填方地基，再加上渠内淤泥未曾清理而直接铺垫，这是房屋向南倾斜的原因之四。
5)上部荷载的偏心影响。本工程上部共有7层，但7层部分仅南侧两跨，即北侧局部仅有6层(如图2所示)；房屋南侧每层为通阳台，而北侧仅厨房处设有阳台；从基础平面图1来看，房屋两端北跨各缩回半间，而基础筏板却为矩形并未回缩。通过计算得知，相对于基础筏板形心来说，整个建筑物荷载重心向南偏移约0.3 m，这所形成的偏心力矩将使基础南侧反力比北侧约大20%。这是房屋向南倾斜的原因之五。
综上所述，多种因素的叠加效应使房屋向南倾斜，其中原场地房屋南侧水渠和主体荷载偏心是造成倾斜的主要原因。
3 纠偏方案设计
因建筑场地的地下水位较高，大约在基础筏板以下1 m，又基于经济、工期和现场条件的考虑决定采用房屋北侧偏心堆载、南侧地基高压注浆联合使用的方案进行纠偏处理，注浆孔位布置以及堆载区域如图1所示。因为场地南侧先天软弱，高压注浆后将使其承载力大幅提高，可有效地阻止南侧的进一步下沉，从而稳定建筑物的整体变形。北侧一跨阴影部分的堆载是人为增加建筑物偏心荷载，短期内调整建筑物荷载重心和基础形心的位置关系，尽力使荷载重心北移直至重心与形心重合甚至超过形心位置，形成向北侧的反向力矩，以减小基础南端反力，同时增大北端反力，最终使原有倾斜变小，垂直度得以恢复。
正是因为本工程为新建房屋，周围和地下室空旷，具备高压注浆施工的条件，同时，又由于施工现场有大量的实心砖和施工砂石，可以方便进行堆载，能够就地取材，可降低施工费用，所以选择这种纠偏方案较为合理。
4 注浆和堆载施工
4.1 南侧高压注浆
本次纠偏采用了先南侧注浆后北侧堆载的方案。注浆钻孔共分四排，其中室外一排，室内三排，孔距大约1.5 m，孔深自筏板向下约9.0 m。浆液采用425号硅酸盐水泥，注浆压力0.3 MPa～0.4 MPa，平均每米水泥用量不少于55 kg。为使注浆对地基形成围箍作用，首先进行最外排的注浆施工。为防止相邻钻孔发生冒浆现象，采用跳打钻孔的次序，即大约相邻6 m再打第二个钻孔，待这一次序钻孔完成并注浆之后，再打第二次序钻孔，直至外排所有孔位全部注浆完成，再进行室内的第二排钻孔施工。室内钻孔和注浆次序与室外相同，最后完成了所有的高压注浆施工工作。
注浆实施过程中所出现的问题主要包括:
1)相邻孔位冒浆问题。尽管同批次钻孔间距已达6 m，但由于筏板下设有约700 mm厚砂石垫层，其孔隙比较大，所以注浆压力增高时还会出现相邻孔位冒浆现象，为了克服这一问题，采用了加大同批次钻孔间距的方法。
2)建筑物外侧跑浆问题。南侧外排孔位注浆时，离建筑较远一侧地势较低的田埂外局部也出现了冒浆现象，这说明建筑物南侧地基非常软弱，周边地基土孔隙比较大。停止一段时间再行注浆，冒浆停止，说明初期注浆已经硬化。为保证注浆效果，加大了注浆压力和水泥用量。
3)注浆引起的建筑物附加沉降问题。一般来讲，高压注浆必然引起建筑物的附加沉降，这一点必须引起有关技术人员的足够重视。在本次注浆中，随着注浆面的扩大，发生了明显的室外地面下沉现象，甚至马路基面混凝土产生了开裂。这说明注浆时由于有大量的水注入地基，使地基软化，至少在水泥未固化的注浆初期，这种现象不可避免。只有在注浆凝固完成后，地基才能趋于稳定状态。尤其对沉降变形较为敏感的结构体系(如砌体结构)，这种现象的副作用将更加突出，它除了使建筑物产生较大的附加沉降外，还可能使墙体开裂或使原有裂缝宽度加大。好在本工程下部为整体筏板基础，上部为现浇框架—短肢剪力墙结构，有一定的适应地基不均匀变形的能力，所以并未发生上部结构的开裂。
需要说明的是，尽管高压注浆会带来附加沉降，但在注浆完成且水泥固化之后，地基承载力将有大幅度提高，这对阻止未来可能的建筑物继续沉降有明显的作用。考虑本工程的特点，初步判断注浆产生的附加沉降不会影响到结构安全，且其造价较低，所以稳定地基采用了此种方案。实践证明，此方案设计是正确的。
4.2 北侧堆载施工
北侧堆载施工采用了在北侧一跨地下室满摆机制实心砖，在1层同样部位满堆砂子的方法。考虑1层堆满砂子后，其自重远大于原设计考虑的使用荷载，超过了1层地面梁板的设计承载力，所以地下室所摆实心砖采用了有规律的堆砌摆放，以对1层梁板形成支承。在砖摆放至1层板底时，打入木楔以顶紧1层梁板。
1层堆砂时在砂堆边缘采用了装袋堆放的形式，以防砂子自然形成坡度。其中地下室堆砖荷载达到了约20 kN/m2，1层堆砂达到了25 kN/m2。在北侧散水部位也采用了堆砂的方法以增加北侧地面压力。考虑到楼梯间等部位无法堆载的实际情况，合计总堆载量达到约360 t。将此堆载与结构实际荷载叠加计算后得到荷载重心向北移动大约0.5 m，即由原来的荷载重心向南偏心0.3 m变为向北偏心0.2 m，短时间内使北侧地基反力比南侧约大15%。
5 纠偏结果
在注浆和堆载施工过程中，技术人员密切跟踪监测。在注浆初期，由于附加沉降的影响，建筑物有向南加大倾斜的趋势，但当水泥凝固之后，倾斜逐渐变缓。随着北侧堆载数量的加大，南侧沉降趋于稳定而北侧沉降速率变大。当堆载达到上述最大数值时，主体开始向北侧偏转。随着时间的推移，主体原有的向南倾斜状态得到了很大的改观。表1是本次纠偏实施各个主要阶段所设定观测点的实测数据。
表1 各阶段顶点最大水平位移、楼面两端高差平均值和倾斜度
按规范要求，房屋倾斜度是指基础两端沉降差与其距离的比值，也即本例中楼面南北高差与房屋宽度(约12.3 m)的比值。
由表1明显看出，在堆载完成初期，倾斜恢复量较大，后期趋于变缓。突然的卸载使房屋又向南倾斜。但由于南侧注浆后地基已变硬，该倾斜量变化不大。由于急于投入使用的原因，纠偏施工工期不可能进一步延长，所以允许住户装修和入住。一年后的最终观测证明，房屋的倾斜变形已基本稳定，最大倾斜度为3.9‰，符合规范的规定。
6 结语
1)高压注浆能够有效提高地基承载力，减少基础沉降量，但在注浆初期会产生较大的附加沉降，选择此种处理方法时应慎重考虑上部结构对地基变形的敏感性，防止出现意外的结构变形和开裂等。
2)堆载纠偏在取材容易、加载方便时是一种经济合理、行之有效的纠偏方法，但应经过严格的分析计算。
3)联合使用高压注浆和偏心堆载可防止卸载后倾斜的二次发生，能够有效稳定既有建筑的沉降和倾斜变形。
[1] JGJ 123—2002，既有建筑地基基础加固技术规范[S].
[2] JGJ 79—2012，建筑地基处理技术规范[S].
Application of eccentric heap load and high pressure pour mortar to rectification a deviation of existing building
Wang Tianqing1Chen Hao2Chen Yingtang1Dong Huayang1
(1.ShanxiAcademyofBuildingResearch,Taiyuan030001,China;2.ShanxiZhongshiBuildingRenovation&StrengtheningCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)
Combining with the engineering example,this paper analyzed the building uneven settlement reasons,according to the engineering actual situation,formulated the correction scheme of eccentric pile-loading and high pressure grouting combined use,and discussed the operation key points in construction,through the observation and analysis on correction results,showed that the scheme could effectively stabilize the settlement and deformation of existing buildings.
building,correction treatment,high pressure grouting,pile-loading construction
2015-10-15
王天晴(1960- )，男，高级工程师；陈 浩(1983- )，男；陈映棠(1981- )，男，工程师；董华阳(1981- )，男，工程师
1009-6825(2015)36-0053-03
TU472.6 < class="emphasis_bold">文献标识码：A
A
