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                   【技术服务】 建(构)筑物纠偏、平移改造技术

纠偏
    由于某种原因,一些建筑物发生倾斜,严重影响正常使用,甚至危害用户安全。正确分析建筑物发生倾斜的原因,提出合理可行的纠倾方案,采用简便、易行的施工方法,尽快将建筑物纠倾扶正,再通过加固修缮,以较小的工程费用支出(相当于原造价的20%~30%)挽救倾斜的建筑物,是利国利民的好事。
    建筑物纠倾是诊治病害建筑物的风险工程。通过现场调查提出有效、可靠的纠倾方案;根据开工前的试验性施工提取施工参数和在施工过程中的现场监测,调整施工进程和回倾速率;开裂严重的建筑物,纠倾前应做好建筑物的加固,防止纠倾过程建筑物严重破损或倒塌;纠倾后应做好防复倾的加固处理,恢复地坪工程也是防复倾、分流基底压力的重要措施;纠倾扶正后要有不少于3个月的静止观察期,完全稳定后再进行裂缝加固和修缮装饰工程。上述问题都是纠倾工程获得成功的重要环节。
    1 查明产生偏移的原因
    对房屋进行实地考察,了解房屋现存的实际状况,查明产生偏移的原因。主要原因有:
    1)地基软弱,如持力层为饱和软粘土、淤泥或淤泥质土等欠固结土层,在建筑荷载(特别是偏心荷载)作用下,极易发生过大的沉降或倾斜。
    2)两建筑物相距过近,使地基中附加应力叠加,地基沉降量加大而导致建筑物的相互倾斜。
    3)由于管道漏水、地面积水、室外污水井倒灌等,使房屋地基浸水湿陷,建筑物倾斜。
    4)在已有建筑物附近施工并降低地下水时,引起相邻房屋地基失水固结,建筑物发生倾斜。
    5)地下洞穴如石灰岩溶洞、土洞、墓穴、地下巷道以及地下铁道工程等,其地面可能发生沉降,使建筑物发生倾斜甚至开裂。
    6)地基勘察工作失误,地基主要受力层范围内有厚薄不均的软弱土夹层,使建筑物下沉量大小不均,发生倾斜。
    7)基础设计方面的错误,如选型不当以及施工质量低劣而使建筑物倾斜。
    8)山区或丘陵地区,有大面积回填土时,由于地基土层软硬不均,引起建筑物倾斜,甚至开裂。
    9)在建筑物内外大量堆载,使地基承受较大的附加压力,引起基础沉降,建筑物发生倾斜。
    10)由于山体滑坡、地震液化等自然灾害引起建筑物的倾斜。
    11)在深基坑开挖中,由于支护结构破坏,使相邻建筑物倾斜或倒塌。
    12)由于建筑施工放线错误,使相邻建筑物的基础重叠相压,引起建筑物倾斜。13.在淤泥或饱和软粘土地区,由于拆除建筑群中某一栋旧建筑物,使得已经平衡稳定的地基因局部卸载,在周围建筑物地基的侧向挤压下发生隆起,从而引起相邻建筑物的倾斜。
    14)修建在河流、湖泊、水塘岸边的建筑物,如在地基土层中含有淤泥、软土夹层,受压后发生侧向流动挤出,造成地基下陷,建筑物倾斜、破损。
    此外,如在软土地基上施工时,加荷速率过快,导致地基挤出破坏而引起房屋的倾斜;采用桩基础的建筑物,桩尖持力层软硬不均时,造成桩基础的差异沉降而引起建筑物的倾斜;或者由于上述多种原因综合作用,均可导致建筑物倾斜或破坏。

2 选择合理的纠偏方法
    根据倾斜原因,选择合理的纠倾方法,是制定好纠倾技术方案、确保纠倾工程成功的重要前题,选择纠倾方法时,应注意以下各点:
    1)为避免采用迫降法造成的室内净空减少、室内外管线标高改变所带来的一系列问题,并降低工程造价,应尽可能选用抬升法。
    2)对因管道漏水或其他原因地基渗水而引起建筑物的倾斜,可采用浸水法或掏土法。浸水时要控制浸水量,掏土时要避免突然下沉现象。
    3)对饱和软粘土或含水量较高的砂性土地基上由基坑开挖、降水引起的倾斜,可在建筑物的另一侧降水(井点管、滤水管、沉井、大口径井),使建筑物回倾。
   4)在软土地基上倾斜的建筑物,可用软掏土法纠倾(如应力解除法),但应控制回倾速率。
   5)对于粉土、粉质粘土、粘土等地基上的倾斜建筑物,用其他方法难于奏效时,可采取辐射井纠倾法。
    6)位于砂土或砂性填土地基上的建筑物发生倾斜时,可采用局部振捣液化法使地基发生瞬时液化,造成基础下沉而达到纠倾的目的。
    7)由于建筑物自重偏心引起倾斜时,可采用增层(或加载)反压纠倾法。
    8)当采用桩基础的建筑物倾斜时,可用桩体卸载法或桩顶卸荷法纠倾。
    9)如地基下沉量过大,软土层较厚,建筑物又具有较好的整体刚度时,要采用顶升法或横向加载纠倾法。
    10)对于倾斜量较小的建筑物,可采用水平双灰桩法纠倾。
    11)对在煤矿开采区或土层易发生斜向滑塌变形地区修建房屋时,施工时应预留纠倾条件,如预留砂垫层、顶升孔或锚杆静压桩孔等。
    12)建筑物纠倾时,并不只是采用一种方法,根据其倾斜和地基土层特征,可采用两种或多种并用的纠倾方法,如锚杆静压桩及压重法,注水法和掏土法,辐射井法和应力解除法或双灰桩法等。
    13)建筑物防止复倾加固,应选择有效的方法与纠倾同时进行。防复倾可采用双灰桩、灌浆、扩大基础底面积以及地坪缆板法等。

3 制定纠偏施工方案
    制定纠倾方案时应注意以下几点:
    1)在制定纠倾方案前,应对倾斜建筑物的上部结构、地基基础状况以及倾斜、裂缝产生的原因进行调查分析。
    2)对整体结构刚度差的建筑物,纠倾前要对原结构进行加固,以防止纠倾施工时破损甚至倒塌。
    3)在制定方案时,要考虑建筑物地基在纠倾施工时可能产生的附加沉降,在纠倾施工时要加强现场观测。
    4)在制定方案时,要考虑纠倾后再复倾的可能性,应采用有效加固手段做好防复倾的地基处理。
    5)在制定方案时,选择的纠倾方法既要安全可靠、施工简便,又要经济合理,尽可能降低工程造价和缩短工期。
    6)纠倾扶正施工前要进行现场试验性施工。以便选定施工参数,验证纠倾方案的可行性,进行必要的调整与补充,使其更加完善。
    7)纠倾方案中应规定现场监测方式,监测点的设置,监测内容和手段,以便通过监测控制回倾速率和掌握纠倾复位结束的时机,预留出滞后回倾量。
    8)纠倾方案中应有安全防护和报警措施,以确保纠倾施工的正常进行。
    9)纠倾方案应对建筑物复位后房心土的回填、奔实、地坪做法以及墙体裂缝的修补等做出规定,这些都有利于建筑物整体刚度和抗倾复的能力,要通过分流措施降低原基础底面压力。.
    10)房屋回倾后,应有3个月的稳定观察期,确认建筑物稳定后,再进行加固与修缮工程。.
    11)纠倾方案中应明确竣工文件所包括的内容,如原纠倾设计方案、施工日记、试验性施工小结、现场监测及裂缝变化记录、鉴定和验收结论等,作为纠倾建筑物的技术档案予以保存。

    4 纠偏新技术
    近年纠倾技术有较大发展,常用的建筑物纠倾新技术有:浸水法、辐射井法、锚杆静压桩法、顶升法、应力解除法飞触变法、桩身卸荷法、降水法、静力压桩法等。
    1)浸水纠倾法
    这是在建筑物倾斜的一侧地基中注水,引起地基湿陷的纠倾方法。浸水纠倾法适用于含水量低于20%,湿陷系数δs大于0.05的湿陷性黄土或填土地基上建筑物的纠倾工程,可选用注水坑、孔或槽等不同方式注水;注水纠倾前,应进行现场注水试验。注水试验坑(槽)与倾斜建筑物间距不小于5m,试验坑(槽)底部低于基础底面以下0.5m,通过试验确定渗透半径、注水量与渗透速度的关系。一栋建筑物的试验注水坑、槽不宜少于2处。
    2)辐射井法
    这是通过在倾斜相反一侧的室内外设置辐射井进行人工射水、排土纠倾的方法。该法适用于粘性土、粉土、砂性土或填土等地基上的独立、条形基础的建筑物的纠倾工程。此法是经过工程实践证明有广泛适用性的有效纠倾方法。
    辐射井一般可采用圆形混凝土或砖砌沉井,井的内径不小于0.8~1.0m,井身的混凝土立方体抗压强度标准值不低于15MPa,砖的抗压强度不应低于7.5MPa,水泥砂浆标准立方体抗压强度不应低于5MPa。
辐射井应设置在建筑物沉降较小一侧的室内外,其数量、下沉深度和中心距应根据建筑物的倾斜情况、基础类型、埋深、场地环境以及基底下土层性质等因素确定。通过试验性施工取得本法所需的施工参数,是取得纠倾成功必不可少的条件。
    辐射井应在井壁上设置射水孔与回水孔,射水孔为12cm×12cm,回水孔为6cm×6cm,射水孔位置应设在距基础底面下50~80cm左右,回水孔宜在射水孔下交错布置,沉井应封底,井底标高宜低于射水孔标高1.0~1.2m。
    通过高压射水枪的射水排土,在基础下地基中,形成若平水平孔洞,使部分地基应力被解除,可引起地基土不断塌落变形,迫使建筑物沉降小的一侧地基不断沉降。由于成孔大小、深度、间距的可调性,该法能有效控制建筑物的回倾速率和变形量。该法的排土范围广,施工安全,不受天气变化影响?纠倾方法可靠。
    高压射水泵工作压力及流量,一般应根据需要冲孔的土层软硬,在现场进行试验确定,每栋建筑物应不少于两组射水施工设备及人员同时施工,冲孔排土范围应贯通基础底下全宽度。在射水、排土过程中,应根据建筑物的整体刚度、基础类型、工程地质和水文地质等因素,确定建筑物的最大沉降速率,一般回倾速率应控制在5~15mm/d;完工后应继续对建筑物进行沉降观测,其时间一般不应少于l~2个月。射水井尚应回填337灰土分层夯实。在室内地坪标高1m以下范围内的射水井井壁应拆除。
    3)锚杆静压桩纠倾法
    这是在倾斜一侧建筑物基础上设置压桩架,凿桩孔,将桩压入地基中的纠倾方法。锚杆静压桩法适用于地基地层较软弱,没有孤石、树根以及持力层埋藏较浅的地基;设计铺杆静压桩前应对纠倾建筑物地基进行静力触探,Ps值应小于8MPa,查明地层分布情况,确定桩端持力层的位置。
    锚杆静压桩的设计应包括锚杆直径、锚固长度的设计,桩尺寸选定,压桩孔,桩数及其排列,压桩力的确定,以及反力架、千斤顶等。
    锚杆静压桩法还可分别与掏土、降水以及压重等辅助措施相配合进行纠倾。
    4)顶升纠倾法
    这是在倾斜相反一侧的墙或柱体上,设置若干千斤顶,以其顶升力进行纠倾的方法,它适用于建造在深厚的软土地基上建筑物的纠倾工程。顶升纠倾法是在建筑物的首层的柱或墙上设置顶升点,根据建筑物的总荷重与顶升力(千斤顶)的大小来确定顶升点的数目;顶升力是按墙体或柱承载能力来设计,对于多层砖混结构,一般顶升力控制在200kN左右;
    5)应力解除法(钻孔排泥纠倾法)
    这是在倾斜相反一侧,用钻机均匀钻孔,造成地基侧向应力解除,使基底下淤泥向外挤出,引起地基下沉的纠倾方法,它适用于建造在厚度较大的淤泥地基上建筑物的纠倾。
钻孔的布置和直径的选择,应根据建筑物场地的工程地质条件、掏十的次序、纠倾量的要求以及施工机具条件确定,孔径一般可选0.4~0.6m。钻孔内由基底向下3~5m深度范围内设置钻孔的套管,保护基底下的土体不直接向侧向流动,套管长度应根据掏土深度确定。施工时要根据建筑物回倾速率,有控制地钻取出套管下挤入钻孔的淤泥,促使地基沉降,建筑物回倾。
    6)淤泥触变纠倾法
    这是在倾斜相反一侧地基中,采用旋喷、定喷或摆喷等高压射水或振捣棒振动等引起淤泥触变,使其瞬时丧失强度,造成建筑物回倾的纠倾法,它适用于淤泥或淤泥质粘土地基上钢筋混凝土基础的建筑物纠倾。触变喷射孔位应选择在建筑物沉降小的一侧或直接设置在基底下。触变喷射孔位的数量和距离选择,应视建筑物纠倾量和地质情况确定,纠倾量小时可采用封闭式喷射孔;纠倾量大时选用连通式喷射孔。纠倾量可通过调整喷射孔距、触变深度、控制喷射压力和调整喷射时间等参数确定。
    7)桩身卸荷法
    桩身卸荷纠倾法是采用压力为20MPa高压水,喷射建筑物沉降较小一侧桩身的全部或部分,或冲松柱底土层,暂时破坏部分桩的承载力,促使桩基础产生下沉。达到纠倾要求时,还可根据土质条件,采用合适的加固方法,恢复桩基承载能力。采用桩身卸荷法纠倾时,应验算卸荷一侧桩承台的支承能力,防止建筑物产生不可控制的下沉。卸荷的桩数,可通过试算,结合现场施工和观测资料调整。纠倾量较大时应采取分阶段卸荷、分阶段沉降法,防止次应力对上部结构产生较大的影响。
    8)降水法
    适用于饱和土地基上的浅基础,且上部结构刚度较好的建筑物纠倾,其方法是在室外倾斜相反一侧地面上,通过设置沉井斗井点管、滤水管以及大口径降水井等,用泵排水,强制降低地下水位进行纠倾。
    沉井一般采用圆形砖砌沉井或预制混凝土井筒,内径不于小1.0m,砖强度等级不应低于7.5MPa,水泥砂浆强度等级不低于5MPa;沉井下沉施工时,为减少井内积水,便于施工,可边抽水边挖土,水量较大时,可暂时用石灰砂浆封住浅水孔,达到设计标高后再启封使用。
    9)静力压入桩纠倾法
    静力压入桩纠倾法,适用于建在局部土坑、暗沟和古井等松软填土、淤泥土、含有透晶体地质条件地基上的条形与单独基础建筑物的纠倾工程,该法是以基础底面为反力支托,在基础下地基中压桩的办法进行建筑物纠倾。压人桩可选用15cm×15cm钢筋混凝土方柱或圆桩,桩长可根据开挖坑底标高的净空确定,采用分段接长的办法用硫磺胶泥接桩。
    压入桩设计应包括桩径、桩长、桩尖持力层选择、桩的布置、单桩承载力确定、压桩力大小等,一般压桩力为单桩承载力的1.5倍。
 
平移
    房屋整体移动,是指在保持房屋建筑结构整体性和可用性不变的情况下,将其整体移动一个位置。通常移动方式如下:
    1)整体平移:指把房屋从A处整体搬移至B外,或从B处移至A处。A、B在同一水平线上。
    2)整体升降:指把房屋从B处整体搬移至C处,或从C处移至B处。B、C在同一铅垂线上。
    3)整体斜移:指把房屋从A处整体搬移至C处,或C处移至A处。A、C既不在同一水平线上,也不在同一铅垂线上。
    4)整体转动:指把房屋沿房屋的某一点,整体转动一个角度α。它又分为水平转动和垂直转动。
整体斜移可分解为平移和升降之和。即从A移至至C,可分解为先由A移至B,再移至C。
    房屋整体平移就是在保持房屋整体性和可用性不变,或在不破坏房屋整体结构和造型条件下,将其整体水平移动一段距离。多是对钢筋混凝土框架结构房屋施行。

    1平移总体构思
    1)设计一艘能在陆地上拖动的“船”;
    2)设法把楼房从原基础的某一位置切断,使其脱离原基础,支承在“船”上;
    3)在拟平移的终点位置按房屋原基础平面和结构另做一新基础;
    4)在新、老基础间造就一种便于“船”拖动的行走轨道;
    5)对“船”施加拉(或推)力,将其从原基础处拉(或推)至新基础上;
    6)将房屋的上部与新基础联结起来。至此,平移结束。
    上述总体构思能否实现,关键技术有两个:一是基础处理,二是牵引技术。
    2基础处理技术
    基础处理包括被移房屋原基础的处理、新基础的处理、原基础到新基础之间部分(即牵引轨道下的地基处理)3大技术。它是关系到能否把房屋从原基础上脱开,移后房屋是否坚固可用和牵引过程中房屋是否会垮塌的3项关键技术。基础处理合理与否,关系到平移是否成功和移后房屋是否还具有使用价值的问题。
    2.1原基础处理
    原基础处理是指怎样把被移房屋从原基础上切断,使其与原基础脱离,以便移动。由于基础托换技术的研究和实际工程的广泛应用,原基础的处理已经不是一件难事。本工程采取的方法和步骤是:
    1)先把原基础两侧的填土挖去,使全部基础暴露。
    2)在原基础两侧底部各浇注一钢筋混凝土梁(梁下先做一混凝土垫层),称为下基础梁,下基础梁一直延伸到新基础下。
    3)待下基础梁达到一定强度后,在下基础梁上安装行走机构。
    4)在安装好的行走机构上和基础轴线两侧,支模浇注两根钢筋混凝土梁,称为上基础梁,上基础梁把原基础夹持住。为使夹持牢固,浇注上基础梁前,先将原基础沿轴线方向的两侧各切去10~20mm,并在左右上基础梁之间每隔1~2m浇注一钢筋混凝土联系梁。
    5)待上、下基础梁达到设计强度后,再在上下基础梁之间适当位置把房屋上部结构与原基础切断。至此,房屋的上部结构就脱离了原基础,而重新支承在新浇注的可动基础上。从整栋大楼看,这时的上基础梁、行走机构就尤如组成了一艘“船”,整栋大楼就支承在了这艘“船”上。如果牵引这艘“船”,房屋即可移动。
    2.2新基础处理
    在房屋需要移动的终点位置,根据新的地质情况和地基承载能力,按原基础平面形式重新做一房屋基础,以便房屋移动后支承上部结构。新基础的上顶标高,应低于原基础切断处标高100~200mm。待房屋移动后,在新基础与房屋上部结构之间以及上下基础梁之间浇注一钢筋混凝土梁,将上下基础梁之间的行走机构埋于梁内。待该梁的强度达到设计强度后,房屋与新基础就会形成一个整体。该梁还可起圈梁作用。因此,移后的房屋,其整体性及基础的可靠性甚至优于原房屋。
    2.3轨道地基处
    在房屋新位置与原位置之间,一般均有一软土层。此软土层须经加固处理(即轨道地基处理),它是决定房屋移动是否成功的又一关键技术。该地基的基本要求是:当房屋移至这一区段后,地基不能有沉降,特别不能有不均匀沉降。否则,当房屋从原基础处移至这一地段后,前方到达软土层,而后半部还处于坚硬的地基上,会在基础梁上产生负弯矩,从而使房屋上部开裂,甚至垮塌。工程中采用的措施是换土—夯实—延时—再夯实。即先把软土层挖去,换上不易沉降的砂卵石并逐层夯实。用1~2个月时间,使其自然下沉,预计沉降稳定后再夯实。最后再浇注这一地段上的下基础梁,并酌情加大下基础梁的宽度。
    3牵引技术
    房屋从原基础上脱离后,整栋楼房就支承在了由行走机构和上基础梁组成的“船”上。要把这个宠然大物搬动,牵引技术的设计是很关键的,它包括牵引机构和牵引动力两大技术。
    3.1牵引机构
    牵引机构分滑动机构和滚动机构两种。滑动机构的优点是牵引过程中房屋比较稳定;缺点是要找到一种强度高、硬度大、摩擦系数小的材料比较困难。如用一般材料,滑动摩擦系数大,又给牵引增加了困难。滚动机构的优点是摩擦系数小,便于牵引;缺点是牵引过程中的速度较难控制,稳定性也差。但只要机构本身的强度、硬度、刚度适宜,牵引动力设计合理,速度和稳定性问题是可以解决的。因此该工程采用滚动机构。
    3.2牵引动力
    牵引动力是指对房屋移动施加的外界力。牵引动力一般由若干个牵引分力组成。即在沿移动方向平行的每组上基础梁上施加一个牵引分力。牵引分力有两种,一是推力,二是拉力,均由液压千斤顶施加。用推力比较稳定,但房屋每移动一段距离,千斤顶就要重新安装,且要另浇注反力梁或反力柱。用拉力的优点是千斤顶可以固定在新基础以外某一位置,千斤顶不动,,反力梁柱无须反复浇注。缺点是千斤顶到被移房屋间距离远,需用较长的拉杆或拉绳。而拉杆或拉绳应变值须完全一致,才能保证千斤顶在施加相同拉力下,房屋各轴线所受的拉力一致,从而整体移动。由于钢拉杆的应变值一致性优于钢拉绳,故本工程采用钢拉杆。
    牵引动力设计的基本要求是:施加在房屋各个轴线上的牵引分力须与房屋上部结构传给上基础梁的重力成比例,以保证房屋受各牵引分力作用后,各轴线的位移完全一致。或在牵引分力作用下,房屋横墙和横向上基础梁不得出现弯矩。否则受弯矩作用,房屋会出现垂直裂缝,甚至垮塌。
    牵引技术的优劣,是决定房屋平移能否成功的关键。房屋由静到动或由动到静,均靠牵引机构和牵引力来实现。众所周知,不管由静到动,还是由动到静,都将产生一个加速度。该加速度会对房屋上部结构产生剪应力,导致房屋前后倾斜、摇摆。砖混结构房屋抗剪能力很差,如加速度过大可能产生剪应力,当其超过房屋的抗剪能力时,会导致房屋出现水平裂缝;还可能导致房屋前后倾塌,使平移失败。因此加速度应严格控制在一个数值以内,并采取有效措施,尽量使其值减小。该工程采取了3项措施:一是牵引力的增加和房屋的平移速度慢,二是设计了一种缓冲制动装置,三是在房屋顶部设置了防倾斜的拉杆。

 

 
 
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