应用钢管微型桩对倾斜楼房进行纠偏加固

岩石力学与工程学报 Vol.27 Supp.1

2008年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June， 2008

应用钢管微型桩对倾斜楼房进行纠偏加固

张 勇1，盛宏光1，赵红玲2，张福明1

(1. 总参工程兵科研三所，河南 洛阳 471023；2. 洛阳海虹公司 基建处，河南 洛阳 471000)

摘要：一办公楼建于水库岸滩回填地层之上，由于回填处理不当和库区水位季节性变化较大，导致楼房不均匀沉降。利用加固后楼房的反向不均匀沉降，结合钢管微型桩分期和分区施工，成功对楼房进行了纠偏和加固。结合实际工程，介绍使用钢管微型桩对楼房进行基础加固和纠偏的方法，通过观测数据说明钢管微型桩对倾斜楼房进行纠偏加固的效果，期望在处理类似工程问题时起到借鉴作用。 关键词：桩基工程；钢管微型桩；不均匀沉降；地基加固；纠偏

中图分类号：TU 47 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)增1–3122–05

RECTIFICATION AND REINFORCEMENT OF A TILTED BUILDING

BY USING MICRO-STEEL-PILES

ZHANG Yong1，SHENG Hongguang1，ZHAO Hongling2，ZHANG Fuming1

(1. The Third Research Institute of Engineering，General Staff of PLA，Luoyang，Henan 471023，China；

2. Construction Department，Luoyang Haihong Corporation，Luoyang，Henan 471000，China)

Abstract：An office building is constructed on a backfilled stratum located at the bank of a reservoir. Because of unsuitable ground treatment and great seasonal water level change of the reservoir，the building occurs nonuniform settlement. Making use of the building′s inverted nonuniform settlement caused by reinforcement，combining the micro-steel-piles which are constructed by stages and areas，the rectification of the tilted building has been successfully conducted；and the foundation of the tilted building has been reinforced. On the basis of engineering practice，a method for reinforcement of building foundation and rectification of tilted building with micro-steel-piles is introduced. The effects of the reinforcement of the building foundation and rectification of the tilted building with micro-steel-piles are also illuminated using the observed data. It is expected that this can provide references for similar projects.

Key words：pile foundations；micro-steel-piles；nonuniform settlement；ground reinforcement；rectification of inclination

地基和地层情况，目前常用的基础加固措施主要有

1 引 言

由于地基局部承载力不足，会导致房屋建筑不均匀沉降并造成楼房倾斜，为保证建筑物的安全使用，需要进行基础加固和纠偏。目前国内外在处理建筑物沉降和基础加固方面已经积累了大量的理论和实践经验[1

收稿日期：2006–12–18；修回日期：2007–03–14

～11]

锚杆静压桩加固、树根桩加固和基础注浆加固等；常用的楼房纠偏方法主要有沉井冲淤纠偏、取土纠偏、顶升纠偏、掏土纠偏、静压桩纠偏、刚性加固顶升法纠偏、断桩法纠偏等。

上述纠偏加固方法在不同条件的工程中都有很多成功案例，本文介绍的应用钢管微型桩对倾斜楼房进行纠偏加固的方法主要有以下几个作用效果：

。根据房屋结构情况、基础类型、

作者简介：张 勇(1961–)，男，1983年毕业于南京工程兵工程学院建筑施工专业，现为总参工程兵科研三所高级工程师、总参郑州创新工作站首批进站专家，主要从事预应力锚索加固和工程技术方面的研究工作。E-mail：zhangyongly@126.com

第27卷 增1 张 勇，等. 应用钢管微型桩对倾斜楼房进行纠偏加固 • 3123 •

(1) 通过微型桩对回填地层进行高压注浆，充填回填地层中的空隙，提高地基的承载能力。

(2) 注浆后形成树根状微型钢管桩体，微型桩通过反力架承受楼房下沉时的荷载。根据与本微型桩结构相似的钢管锚杆在土层中的锚固力推算，单桩承载力应不小于100 kN[12～15]

，所以，全部微型桩

发挥作用后至少可以为该办公楼提供12 200 kN的

附加承载力。

该办公楼加固后开始进行装修，2005年初投入使用。根据1 a多的观测显示，办公楼已经处于稳定状态，说明本次加固纠偏已经取得成功。

2 工程背景

2.1 工程概况

某办公大楼共10层(含1层地下室)，基础底面积为52.0 m×l4.4 m，框架结构。地基采用碎石夹砂及碎石夹土整片垫层方法处理，筏板基础，基础埋深－1.3 m，面荷载200 kN/m2。由于办公楼基础下部土层为回填土，在建设过程中出现了基础不均匀下沉。

办公楼坐北朝南(图1)，沉降观测报告显示，该楼房南侧沉降速率为0.5 mm/d左右，北侧沉降速率为1 mm/d左右，其中荷重较大的中部电梯井沉降量一直大于其他部位。截至2004年4月中旬，办公楼仍然保持上述沉降速度，最大累计沉降量约为100 mm，最小沉降量约为

40 mm。

图1 建设中的办公大楼

Fig.1 The office building in construction

由于当时办公大楼主体工程已经结束，尚未进行内部装修，一旦进行内部装修和投入使用，地基荷载会大大增加，必将增大办公楼的下沉速度。为了确保办公楼的安全，必须进行基础加固，同时尽可能的进行楼房纠偏。 2.2 水文地质条件

岩土工程勘察报告表明，基础下部①～⑤层为

人工回填的碎石夹砂或碎石夹土地层，⑥层及以下各层为伊河一级阶地冲洪积作用形成的黄土状粉质黏土、圆砾及卵石层。自上而下可以分为以下几种地层：

①层：碎石夹砂(Q2mal4

)，褐黄等杂色，稍密，成分主要为碎石，充填物为砂及少量粉土，其中碎石含量占50%～60%，层厚0.8～2.4 m，层底标高319.4～320.6 m。

②层：碎石夹砂(Q2mal4

)，褐黄等杂色，中密，成分主要为碎石，充填物为砂及少量粉土，其中碎石含量占50%～70%，层厚0.3～1.6 m，层底标高319.0～319.4 m。

③层：碎石夹土(Q2mal4

)，褐黄、棕红等杂色，稍密，成分主要为碎石，以砂及粉质黏土充填，碎石占总重的50%～60%，充填物为可塑状粉质黏土及少量砂，层厚0.8～2.9 m，层底标高316.4～ 318.2 m。

④层：碎石夹土(Q2mal4

)，褐黄、棕红等杂色，中密，主要成分为碎石，碎石占总重50%～60%，充填物为可塑状粉质黏土及少量砂，层厚0.3～ 1.4 m，层底标高315.2～317.7 m。

⑤层：碎石夹土(Q2mal4

)，褐黄、棕红等杂色，稍密，主要成分为碎石，碎石占总重50%～60%，充填物为粉质黏土及少量砂，层厚1.0～3.9 m，层底标高312.5～316.7 m。

地下水位埋深7.0～8.3 m，类型为孔隙潜水，由于距离水库较近，地下水位和水量受水库和大气降水影响，变化幅度在2.0 m左右。

通过水文地质条件和楼房沉降情况判断，紧邻该楼房南侧的公路和楼房地基均为原水库岸滩回填而成，楼房西南侧约500 m即为水库。由于地基回填材料有较好的透水性，楼房不均匀沉降主要是由水库水位变化幅度较大造成地基软化所致，所以本次加固的目的主要是提高地基的承载能力。

3 纠偏方法与施工过程

3.1 加固纠偏方案

本工程采用钢管微型桩对南北两侧基础均进行了加固，对沉降大的电梯井部位进行加强加固，采用南北两侧基础分期施工、利用加固后的反向不均匀沉降、结合钢管微型桩分期和分区施工对楼房进行加固并实施纠偏。办公楼共布置钢管微型桩122个(图2)，第一期施工北侧58个微型桩，施工完成

• 3124 • 岩石力学与工程学报 2008年

1 8762 3 N沉降观测点

钢管微型桩

45图2 办公楼基础平面及加固点布置图

Fig.2 Schematic plan of building foundation and reinforcing points arrangement

后根据加固效果和整体沉降分布情况再进行其他微型桩的施工。

地质勘探报告显示，回填部分地层最大厚度约为7 m，微型桩设计长度7.5 m，可确保微型桩进入⑥层原状地层。微型桩材料为φ 60 mm的普通钢管，采用φ 110 mm钻孔穿透筏板基础，头部采用反力架与筏板基础连接。 3.2 施工过程

该工程施工的主要内容有筏板基础上部回填土层的开挖、钻孔、钢管桩的制作安装、反力架的制作安装、压力注浆和基础上部土层的回填夯实。施工程序详见图3。

钢管桩制作 钢管桩安装 基础上覆土层开挖机械设备、材料进场 (1) 钻孔

由于筏板基础底板为厚1.2 m的钢筋混凝土，基础下部为人工回填的碎石夹砂或碎石夹土地层，且碎石含量较高，为了能使微型桩达到设计深度，必须首先进行钻孔。钻孔采用QZJ–100B型潜孔冲击钻机，配套的钻具为CR100型冲击器，钻头直径为110 mm，该钻机的动力源是VHP700型20 m3英格索兰空压机。

钻孔前，首先确定孔位和调整钻机的垂直度。由于本次施工钻孔为垂直向下，排渣困难，部分钻孔存在塌孔现象，所以大部分钻孔下部2～3 m为虚渣，微型桩下到该位置后采用冲积的方法打入到设计位置。

(2) 钢管桩

钢管桩材料为φ 60 mm×3.5 mm钢管，钢管表面布置透浆孔。为了便于安装，将6 m长钢管切割

钻孔孔位确定钻孔 为长度分别为2和4 m的两段，在安装时再焊接成需要长度。为了确保焊接后强度，焊接时使用3根

φ 16 mm螺纹钢筋加强。

(3) 反力架

反力架有槽钢和反力地脚锚杆组成，其作用是将钢管桩与筏板基础连接为一个整体共同承受荷载。槽钢长500 mm，每个反力架使用2个长500

反力架制作 反力架安装 地脚锚杆钻孔、注浆、安装压力注浆 注浆体配制 mm、直径φ 25 mm的地脚锚杆。施工完成后的反力架见图4。

基础上覆土层回填、夯实 (4) 注浆

结束 使用纯水泥注浆体，注浆体材料使用32.5R普通硅酸盐水泥，质量配合比为水∶水泥=(0.45～

图3 办公楼地基加固施工程序

Fig.3 Construction procedures of office building foundation

reinforcement

0.50)∶1，为了缩短施工周期，在注浆体中加入0.05%的三乙醇胺早强剂，注浆压力为0.5～0.8 MPa。为

第27卷 增1 张 勇，等. 应用钢管微型桩对倾斜楼房进行纠偏加固 • 3125 •

筏板基础

[20槽钢

φ 25 mm锚栓

透浆孔 注浆体扩散 导向头

图4 钢管微型桩及反力架结构示意图

Fig.4 Schematic plan of micro-steel-pile and counterforce

frame

了保证注浆体的质量，所有注浆体均使用砂浆搅拌机进行强制搅拌，搅拌时间不少于2 min。

4 加固效果

为了达到纠偏目的，该工程共分两期进行加固：第一期为2004年2月25日～3月30日，第二期为

2004年9月1日～10月3日。

为了评价本次加固的效果，办公楼周边共设置了8个沉降观测点(图2)，在施工前后的整个过程使用PCS–225电子全站仪实施观测，观测结果见表1。根据观测结果绘制的平均沉降–时间曲线见图5。

从图5可以看出，在两次加固施工期间，楼房平均沉降速率均有增加趋势，第一期施工完成后办公楼南北平均倾斜由施工前的60.0 mm增加到73.7

mm。经观察分析判断，该现象可能是在施工过程中钻孔扰动和注浆后一定时间内地基软化所致。在第一次施工结束后，办公楼北侧沉降趋于停止。在整个观测期间，南侧仍然保持其原有沉降速率。

2004年8月25日观测结果显示，南北两侧沉降差由4月27日的73.7 mm缩小至39.0 mm，考虑到南侧沉降可能在施工过程中加剧，决定进行第二期加固。在第二次施工完成后办公楼南侧趋于稳

表1 办公楼沉降观测结果

Table 1 Observed results of office building settlement

第一期加固

阶段

平均南侧平北侧平南北向平 平均沉 南侧平均北侧平均沉降均沉降均沉降均倾斜 降速率

沉降速率

沉降速率

/mm

/mm

/mm/mm /(mm·d－1

)

/(mm·d－1

)/(mm·d－

1)加固前70.00

40 100.060.0 0.80 0.60 1.00 加固后120.85

84 157.7

73.7 0.25 0.56 0.02 第二期加固

阶段

平均南侧平北侧平南北向平 平均沉 南侧平均北侧平均沉降均沉降均沉降均倾斜 降速率

沉降速率

沉降速率

/mm

/mm

/mm

/mm /(mm·d－1

) /(mm·d－1

)/(mm·d－

1)加固前273.0117.0156.039.0 0.27

0.52

0.02

加固后151.1156.5145.7

10.8

＜0.01 ＜0.02

≈0.00

时间/d

050100

0 150 200 250 －20－40南侧平均沉降 mm －60北侧平均沉降 /降－80沉均－ 100平－ 120－

140－160－

180图5 办公楼平均沉降–时间曲线

Fig.5 Average settlement-time curves of office building

定。截至2004年10月30日，南北两侧均趋于稳定，办公楼沉降差缩小到10.8 mm，比纠偏加固前缩小

49.2 mm，达到了预期的加固和纠偏目的。

5 结 论

本次在工程中成功使用了钢管微型桩对楼房实施加固，利用反向沉降法对楼房实施了纠偏，说明该处理措施是有效的，期望在以后类似工程中起到借鉴作用。

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