论砖混结构旧楼纠偏加固关键技术

陈继云

中铁建设集团有限公司　北京　100040

摘　要：砖混结构旧楼一般具有一定的特殊性，建造年代久远、破坏机理和受力性无证可依、自重大、抗剪强度低、抗震性能差，且大多以天然地基为基础，易出现不均匀沉降、倾斜、开裂等问题，故对此类房屋的加固改造成为了很重要的工作，本文针对砖混结构旧楼纠偏加固技术在工程中的应用进行了探讨，希望对我国老旧砖混结构房屋改造加固工程提供一些参考。

关键词：砖混结构；纠偏加固技术；坑式静压桩加固

中图分类号：B032.2 文献标识码：A

近年来，我国经济的快速发展使得建筑工程成就显著，同时也带来了不少工程质量问题，其中地基基础方面的问题占很大的比重，尤其是砖混结构的老旧房屋。由于砖混结构房屋抗剪强度低、抗震性能差，工程中易出现沉降不均匀，倾斜、开裂等问题，造成建筑物不能满足安全、适用、耐久的要求。城市建设规模的不断扩大，使得一些建筑物不得不建在不良地基上，在这种情况下又未对地质勘察、设计、施工、监测等环节加强监管，便会发生不均匀沉降、开裂、倾斜等事故。其次，我国现存的大量古代建筑，由于建造时期施工技术水平的限制，以及在长期使用中结构功能逐渐减弱，出现了倾斜、结构破坏等问题，使房屋的建筑结构需要进行加固处理。一般加固处理包括几种类型，如既有建筑在功能的改造方面的加固处理、对结构发生裂损的进行补强处理、房屋整体的结构纠偏、加固以及对单位构件截面承载力进行加固处理等。

1. 纠偏加固施工关键技术分析

建筑物倾斜包括整体倾斜和局部倾斜，造成建筑物倾斜的原因很多，有上部结构、地基基础的原因，也有环境和外部干扰的原因，或者是这些共同作用的结果、建筑物倾斜发展的过程也不相同，有的是在施工过程中产生的，有的是经过长时间积累在使用多年后才暴露出来的，还有在外力作用下突发产生的。建筑物倾斜的发展趋势也不相同，有逐渐趋于稳定的，也有等速进行甚至突然趋大的。建筑物倾斜往往是地基承载力不足、变形过大、地基失去稳定性的反映，只有明确建筑物倾斜的原因，并对房屋纠编加固处理的必要性和方案的合理性进行充分研究，才能有效的进行建筑物的纠偏加固工作。总之，建筑倾斜是地基丧失其稳定性的反应，是地基不均匀沉降的结果。当沉降量超过一定的范围会造成危害。因此须对建筑物进行纠偏。纠偏技术一般有顶升（抬升）、迫降、阻沉以及综合处理等、常用的纠偏方法及特点如下：

1.1 顶升纠偏

顶升纠偏法是指在建筑物基础沉降大的部位采取顶升措施，或者在沉降大的一侧地基土中注入具有挤密加固作用或具有膨胀性的浆液的纠偏方法。图1　顶升法纠偏计算示意图顶升纠偏法有框梁顶升纠偏法、托梁顶升纠偏法、静压桩顶升纠偏法、地基注浆顶升纠偏法及双灰桩顶升纠偏法等。

1.2 迫降纠偏采取措施迫使建筑物沉降较小的一侧下沉，减少或消除与另一侧的沉降差，以达到纠偏倾斜建筑物的目的。（见下图2）常用的迫降纠偏方法有掏土纠偏法、加压纠偏法、抽水纠偏法和浸水纠偏法。

1.3 阻沉纠偏

图2　迫降法纠偏计算示意图

采用地基基础加固托换方法或改变结构形式和地基附加应力分布，减少或阻止沉降较大一侧的沉降，而让沉降较小的一侧继续沉降。使原来的沉降趋势反方向发展，从而达到纠偏目的。主要方法有：部分托换调整纠偏法、卸载纠偏法和调整上部结构纠偏法。

1.4 综合纠偏法

同时采用两种或两种以上的纠偏方法达到建筑物纠偏的目的。这数种纠偏方法有时是预先确定的，有时是在纠偏施工过程中根据纠偏情况进行方案调整而采用的。

（1）顶升、迫降法相结合

即先在沉降较大的一侧用锚杆静压桩或坑式静压桩进行顶升，以减少沉降差和基底压力；然后在沉降较小的另一侧用掏土或抽砂、抽水、浸水、加压等方法迫降，直至建筑物被纠偏扶正为止。

（2）多种迫降法相结合

为了加快沉降较小一侧沉降速度，可将两种或两种以上的迫降方法混合使用，已达到建筑物纠偏扶正的目的。（3）卸载牵拉纠编法对于软土地基上的贮池、贮罐等筒体结构的纠偏，可先卸载，然后利用筒体结构刚度较强的特点，用牵拉的达到纠偏扶正的目的。

1.5 桩基础纠偏法

主要有桩基水冲纠偏法、断桩纠偏法和掏土、浸水等常规纠偏方法。

（1）桩基水冲纠偏法

用高压水冲刷桩周或桩底土体，促使基础下沉，达到纠偏目的。一般情况下，对于摩擦桩和较长的摩擦端承桩，一般冲刷桩身土；而对较短的摩擦端承桩，则常常冲刷桩底土层；端承桩不适用该方法。

（2）断桩纠偏法

断桩纠偏法是通过凿除桩顶周边混凝土，使被凿桩段的截面积减小，局部压应力增大，迫使承台下沉而达到纠偏目的。纠偏后应恢复桩顶与承台的可靠连接。当原桩承载力不足时，可对原桩进行加固。

（3）掏土、浸水等常规纠偏方法

对于桩和承台共同作用的情况，可采用浸水掏土相结合的方法，将承台底土所承受的荷载转嫁到桩顶上去，从而迫使桩身下沉，达到纠偏的目的。端承桩不适用该方法。

2.纠偏加固设计优化实例分析

工程实例：某住宅楼，砖混结构，建成于1995年，楼体发生沉降、倾斜。经勘核，大部分地基的承载力无法满足上部结构的要求。要解决沉降与倾斜问题，首先必须对承载力不足的地基进行加固，使其满足承载力的要求，然后才能进行纠偏，解决建筑物的倾斜问题。通过对建筑物检测分析结果，综合比较，反复论证，决定采用坑式托换加固法与浅层掏土纠偏法相结合的纠偏加固方法。在该工程的维修施工过程中，将原沉降较大一侧的压桩和原沉降较小一侧的掏土纠偏同时进行，并推迟原沉降较小一侧桩的托换，既缩短了工期，又减小了桩顶的附加应力，同时房屋的附加沉降也控制在允许范围内，取得了较好的纠偏效果。图3　纠偏加固施工图纠偏能否成功关键在于方案是否合理、施工是否得当。因此，方案设计前应进行充分的调查研究，严格按方案施工、并进行严密的监测、及时准确的反馈建筑物沉降情况。

2.1 加固区坑式托换桩设计

南端基础座落在软弱地基上，必须首先对该段进行稳定加固，控制其在纠偏施工和以后的长期使用中不再产生新的沉降。因此，对南端软弱地基采用桩式托换法加固处理。

（1）桩距及桩数

在加固区条基下均匀的布置托换桩，根据/条基一疏桩基础0桩距（>6d）可确定加固区承重横墙及纵墙下的托换桩数。加固区托换桩的布置共布置33根桩，该加固方案的原理就是采用桩式托换法，使基底土得到补强加固，托换桩与土形成疏桩复合地基，共同承担上部结构荷载。

（2）单桩承载力设计值确定根据数据可知，砖混结构住宅楼单位面积的重量为1.5t，根据加固区的总建筑面积可估算加固区建筑物的重量约为1000t，根据桩数可知单桩承载力设计值约为300kN。

（3）极限承载力

参考工程地质勘察报告，以砾砂层作为地基持力层，则南端托换桩入土深度约为11.5m（桩长9m），北端托换桩入土深度约为6.0m（桩长3.5m）。按公式估算桩竖向极限承载力，则最南端桩竖向极限承载力为560kN；北端桩竖向极限承载力为400kN。

（4）终压力

坑式静压桩的终压力可由设计单桩承载力确定：P压=KP式中：P压终压力；P为设计单桩承载力标准值；K为压桩力系数。与地基土性质、压桩速度、桩材及截面形状有关。在粘性土地基中，当桩长小于20 米时，K 值可取1.5。

（5）条形基础受力验算

静压桩作用下对钢筋混凝土条形基础进行抗冲切、抗剪和抗弯能力验算，验算结果符合规范要求。根据设计共布置地基托换桩96根，1~33号桩的设计承载力为300kN，根据公式桩的终压力为450kN，以确保南端地基加固后建筑物不再沉降；34一96号桩的设计承载力为2OOkN，根据公式桩的终压力为300kN，用来加固补偿北端地基因掏土对地基稳定性的破坏。该建筑物总的建筑面积为2974.31m2，根据经验可知砖混结构住宅楼单位面积的重量为1.5t，则该楼总重为4164t。托换桩采用钢筋混凝土预制桩，桩截面为200mm×200mm桩身混凝土强度等级为C30，内配4根直径为12mm主筋，箍筋采用直径为6mm，间距为150mm，两端预埋8mm厚钢板，用于电焊连接桩段，桩段长度有1.5m、1.2m、1.0m、0.8m、0.5m 等几种。图4　预压托换桩结构图1）上部结构加固对上部结构刚度不满足纠偏要求的部位进行加固，填充加固抗压验算不满足要求的一层~ 五层（l）轴线（D）—（F）轴线卫生间与窗间的墙段，加固抗压验算不满足要求的一层（14）轴与（E）轴相交处纵墙。

2）水平向掏土，迫使基础沉降

在沉降量小的北端，选择直接在条形基础下进行水平向掏土，削弱原有的支撑面积，加大浅层土中的附加应力，迫使基础沉降。为能实现有效掏土和有效沉降，在该楼房北端承重墙两侧间隔布置掏土工作坑，每次掏土量应从北向南依次减少；基底土体被掏产生临空，地基支撑面积减小，接触应力增加，地基土产生侧向挤压变形，迫使基础逐渐下沉。

2.2 坑式静压桩施工工艺

确定桩位-操作坑开挖-第一节桩就位、校正-压桩-深度及压力值记录-下节桩就位、校正-焊接接桩-压桩-压桩力达到设计要求-最终深度及压桩力验收- 托换处理- 承台制作- 操作坑回填- 地面回复。坑式静压桩是利用建筑物上部结构自重作支承反力，用千斤顶将预制好的钢筋混凝土桩接长后逐段压入土中的施工方法。坑式静压桩是在既有建筑物基础底下进行施工作业，因而难度大且有一定的风险性，所以施工时必须严格的施工程序和具体的施工操作方法。

2.3 坑式静压桩的托换处理措施

（1）加固区坑式静压桩的处理措施

由于南端地基变形过大、地基承载力严重不足，有地质勘查报告和施工日志可知南端的杂填土层较厚，且在地基基础施工时没有对杂填土进行处理。因此，为了有效的阻止南端地基的沉降变形，须对南端地基进行静压桩托换加固，静压桩穿过软弱地基层落在可靠地持力层上。为了使静压桩提供稳定持久的承载力，减少地基的压缩变形，对加固区静压桩做以下的处理措施：

l）在静压桩压桩施工前，凿除条基底部与桩接触区域的素混凝土垫层，并打磨光滑，以减小静压桩头部位与条基底部的压缩变形。

2）压桩施工压桩力达到终压力控制标准时，将液压千斤顶不卸压稳压一段时间，以提高静压桩承载力的可靠性。

3）液压千斤顶稳压后，安装托换架，用两个同型号的手动千斤顶在托换架上同步加压，直到液压千斤顶压力表读数下降时为止，量取桩头部位到条基底部的距离，用截取的钢管托换液压千斤顶，在钢管上垫上钢垫板并用钢楔打紧。

（2）掏土区坑式静压桩的处理措施

地质勘查报告显示，北端地基压缩性较小，其承载力也较高，但是在浅层掏土法纠偏过程中，掏土施工对地基土造成扰动，破坏了浅层地基土的承载结构。因此，北端地基土中静压桩即可以起到掏土纠偏完成后分担上部结构荷载的作用，又可以起到在纠偏到过程中保护上部结构，防止纠偏过大的作用。为了使静压桩能够很好的跟地基土一起承担上部荷载，并充分发挥桩的承载力，使桩产生一定量的下沉，达到桩土共同作用的效果。因此施工时对掏土区的静压桩做以下的处理措施：

l）压桩施工压桩力达到终压力控制标准时，将液压千斤顶不卸压稳压一段时间，避免地基土中的薄夹层对压桩力的影响。

2）压桩完成后卸掉千斤顶，并在桩顶上放置预留了一定沉降缝隙的钢管，起到建筑物沉降过大时的保护作用，对于沉降过大部位或者建筑物变形的关键部位可以在桩顶上安装大吨位千斤顶，来控制沉降。

3）当掏土施工完成后，各点沉降达到目标值后，需对静压桩进行托换处理，托换施工也采用预压托换法。由于条基下混凝土垫层的存在，当桩受力后有一定的刺入量，使得桩土共同作用的优越性得以发挥。

3.结语

随着科学技术迅猛发展，实践积累、创新出各类改造加固的新方法，相关行业规范、标准也逐步完善，本文仅针对砖混结构旧楼改造加固工程的设计与施工中对纠偏加固技术进行分析、探讨，希望对我国老旧砖混结构房屋改造、纠偏加固工作提供一些参考。

参考文献：

【1】陈昌露.砖混房屋维修加固技术研究及工程实践[D].天津大学工程硕士学位论文2006年

【2】赵勇强.既有建筑物地基基础加固的研究与工程应用田].武汉科技大学硕士论文2007年

【3】王爱平，陈少平等.掏土托换技术在软硬不均地基危房纠偏中的应用[J].岩土力学与工程学报.22（l）：148、152.Jan.，2003