人們?yōu)榱松婧蜕畹男枰ㄔO(shè)了大量的建筑物,但由于種種原因,某些建筑物在建設(shè)或者使用 過(guò)程中發(fā)生不均勻沉降造成建筑物的傾斜,如著名的意大利比薩斜塔,中國(guó)的蘇州虎丘塔等。建筑物傾斜輕者影響建筑物的正常使用,嚴(yán)重時(shí)使其喪失使用功能,其 至倒塌破壞,糾傾往往花費(fèi)巨大,如為了控制比薩斜塔的傾斜花費(fèi)了2500萬(wàn)美元,加拿大特郎斯康谷倉(cāng)則花費(fèi)很大代價(jià)糾傾,但糾傾后其位置比原來(lái)降低了 4m。因此,建筑物糾傾技術(shù)的研究具有重要的工程意義。

1. 國(guó)內(nèi)外糾傾技術(shù)現(xiàn)狀

自20世紀(jì)后半葉以來(lái),隨著人類(lèi)改造世界活動(dòng)的加快,傾斜建筑物大量出現(xiàn),糾傾技術(shù)的發(fā)展和研究逐漸受到人們的重視。如1991年成立的拯救比薩塔國(guó)際委 員會(huì)經(jīng)過(guò)8年之久的反復(fù)論證后,采用掏土法使斜塔的傾斜自然北移,塔頂中心點(diǎn)偏離垂直中心線的距離比拯救前減少438mm。我國(guó)的糾傾扶正技術(shù)雖起步較 晚,但經(jīng)過(guò)近20年的應(yīng)用和發(fā)展,涌現(xiàn)出許多新工藝、新方法和新技術(shù)。如劉祖德教授首創(chuàng)了“地基應(yīng)力解除法”的糾傾方法,唐業(yè)清教授發(fā)明了輻射井射水取土 糾傾法,阮慰文等開(kāi)發(fā)了建筑物頂升糾傾技術(shù)等。我國(guó)既有建筑的糾傾技術(shù)發(fā)展速度較快,并制定了相應(yīng)的規(guī)范,這些規(guī)范的實(shí)施使得建筑物糾傾工程的設(shè)計(jì)和施工 走向規(guī)范化。

2. 建筑物傾斜原因分析

在上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基的共同作用體系中,地基在基礎(chǔ)傳遞的上部荷載作用下發(fā)生沉降,而這些沉降的不均勻引起建筑物傾斜,按照公式(1)和公式(2),影響地基沉降的因素包括上部荷載(F+G)和地基土層（Esi）,這些因素同樣是影響建筑物傾斜的因素。

式中:PO為基底附加壓力,kPa;F為上部結(jié)構(gòu)荷載,kN;G為基礎(chǔ)自重,kN;A為基礎(chǔ)底面積,m2;γd為基底以上土層重度加權(quán)平均值,kN/m3;d為基礎(chǔ)埋深,m;s為基礎(chǔ)沉降,mm;Ψs為基礎(chǔ)沉降經(jīng)驗(yàn)系數(shù);αi,αi-1為平均附加應(yīng)力系數(shù);zi,zi-1自基底至計(jì)算位置的深度,m。

①上部荷載的原因

上部荷載分布不均勻造成地基沉降不均勻,主要表現(xiàn)在:

(1)建筑結(jié)構(gòu)的不規(guī)則,建筑物體型復(fù)雜

(2)建造過(guò)程中施工荷載引起加載不均勻

(3)建筑物使用期間使用荷載不均勻

②地基土層原因

根據(jù)公式(2),造成地基沉降不均勻的主要土層原因是地基土層厚薄不均,即Esi不均勻,如在山坡、河漫灘、回填土等天然不均勻地基,由于地基處理不當(dāng)造成建筑物發(fā)生傾斜等。

③周邊環(huán)境因素

當(dāng)建筑物周?chē)h(huán)境使其現(xiàn)有的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生不均勻的變化超過(guò)其承受限值時(shí)也會(huì)造成其發(fā)生傾斜,如鄰近建筑物或堆載、鄰近基坑開(kāi)挖、鄰近降水、鄰近樁基的施工振 動(dòng)和擠壓等。當(dāng)然引起建筑物傾斜的原因很多,有些可以通過(guò)詳細(xì)勘察和合理設(shè)計(jì)(包括上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì))來(lái)避免的,而周邊環(huán)境因素則可以通過(guò)對(duì)環(huán)境 影響者合理的設(shè)計(jì)和施工來(lái)避免。

3. 糾傾工程設(shè)計(jì)

糾傾工程設(shè)計(jì)前,應(yīng)充分掌握相關(guān)資料和信息,包括傾斜建筑物現(xiàn)狀、工程地質(zhì)條件,然后對(duì)其傾斜原因進(jìn)行分析,通過(guò)多種糾傾方案比選,制定全面的詳細(xì)的設(shè)計(jì)文件。

①糾傾方法選擇

糾傾方法選擇應(yīng)根據(jù)建筑物的傾斜原因、傾斜量、整體剛度、基礎(chǔ)形式、基礎(chǔ)質(zhì)量、工程地質(zhì)、環(huán)境條件以及各種糾傾方法的適用范圍、工作原理、施工程序等綜合確定。

②糾傾合格標(biāo)準(zhǔn)

《規(guī)范》表6.1.3明確規(guī)定了糾傾合格標(biāo)準(zhǔn),據(jù)此計(jì)算建筑物設(shè)計(jì)沉降量或者抬升量ΔS(圖3,圖4):

式中:SH為建筑物水平變位設(shè)計(jì)控制值,mm;a為預(yù)留沉降值,mm;b′為糾傾方向建筑物寬度在水平方向上的投影,m;Hg為自室外地面算起建筑物高度,m。

圖3　迫降法糾傾示意圖

圖4　頂升法糾傾計(jì)算示意圖

③糾傾方案比選和設(shè)計(jì)優(yōu)化

糾傾方案從安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、施工方便等方面進(jìn)行認(rèn)真比選,挑選出最佳方案。糾傾設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)所選用的糾傾方案進(jìn)行糾傾程序優(yōu)化和糾傾參數(shù)優(yōu)化,其主要參數(shù)為沉降速率、回傾速率、回傾時(shí)間等。

糾傾設(shè)計(jì)可以按照下述步驟進(jìn)行:

(1)首先確定設(shè)計(jì)沉降量(或抬升量)ΔS,傾斜率和傾斜方向等

(2)計(jì)算傾斜建筑物基礎(chǔ)形心位置和偏心矩,進(jìn)而確定基礎(chǔ)底面壓應(yīng)力,根據(jù)基底壓應(yīng)力圖驗(yàn)算地基承載力

(3)根據(jù)確定的回傾方向,布置糾傾部位,如迫降孔的位置和數(shù)量,頂升位置和機(jī)具數(shù)量等

(4)在糾傾前后根據(jù)建筑物傾斜情況,進(jìn)行防復(fù)傾加固設(shè)計(jì),確保建筑物的糾傾前后和糾傾過(guò)程中的安全

4　常用糾傾方法及其技術(shù)特點(diǎn)

目前,常見(jiàn)的糾傾方法整體來(lái)分主要有兩類(lèi)：迫降法和抬升法,迫降法是從土力學(xué)原理來(lái)加大沉降較小一側(cè)的地基變形來(lái)糾傾(圖3),常見(jiàn)的迫降糾傾法包括掏土 法、水處理法、加壓法、振搗液化法、淤泥觸變法、樁基卸載法等;抬升糾傾法是通過(guò)直接改變上部結(jié)構(gòu)的受力或位移、位移趨勢(shì)來(lái)達(dá)到糾傾目的(圖4),常見(jiàn)的 抬升糾傾法包括頂升法、地基注入膨脹劑法等。在實(shí)際工程中,往往多種糾傾方法聯(lián)合使用。至于具體的糾傾方法,則根據(jù)建筑物特點(diǎn)、場(chǎng)地地層特點(diǎn)、周?chē)h(huán)境特 點(diǎn)的不同而不同。

下面就詳細(xì)介紹常見(jiàn)的糾傾方法及其特點(diǎn)。

①掏土糾傾法

掏土糾傾方法屬于迫降法的一種,是指從建筑物沉降較小一側(cè)的基礎(chǔ)內(nèi)側(cè)或基礎(chǔ)外側(cè)向基底以下的土體掏出適量的土,以達(dá)到糾傾的目的。

根據(jù)掏土孔的方向,掏土糾傾法可以分為以下三種：

(1)水平掏土糾傾法

根據(jù)建筑物不均勻沉降的狀況,在建筑物基礎(chǔ)下淺部硬土層內(nèi),水平鉆孔掏土(圖5),當(dāng)鉆孔后,鉆孔產(chǎn)生壓扁變形,孔壁土體局部將發(fā)生破壞,建筑物產(chǎn)生相應(yīng)的沉降,達(dá)到糾傾的目的。

圖5　水平鉆孔掏土糾傾法示意圖

針對(duì)不同土層不同場(chǎng)地條件情況下,唐業(yè)清教授提出了輻射井射水取土糾傾法(圖6),利用高壓水槍伸入基礎(chǔ)下進(jìn)行深層沖水,沖水區(qū)附近的土體在上部結(jié)構(gòu)壓力作用下擠入流出土體剩下的空間,引起沖水一側(cè)的建筑物沉降,達(dá)到糾傾的目的。

圖6　輻射井射水取土糾傾示意圖

 (2)傾斜掏土糾傾法

傾斜鉆孔掏土是在建筑物沉降較小的一側(cè),按一定的角度打斜孔,深入到建筑物寬度的1/3~1/2處,將基礎(chǔ)底下的土掏出(圖7),將孔中的土掏出,掏空后進(jìn)行排水,然后土體在上部建筑物和土體的自重荷載作用下下沉達(dá)到糾傾目的。

圖7　傾斜鉆孔掏土糾傾法示意圖

(3)垂直掏土糾傾法

垂直掏土糾傾法不同于“淺層掏土法”,是一種軟糾傾方法,即在傾斜建筑物原沉降較小的一側(cè)設(shè)置密集的地基應(yīng)力解除孔,各孔上部設(shè)有護(hù)壁套管(長(zhǎng)度視土質(zhì)情 況而定),依靠大型螺旋鉆旋入一定深度,分期分批的在鉆孔適當(dāng)深度掏出軟弱地基土(圖8),并依靠螺旋鉆上拔荷載來(lái)造成孔底真空環(huán)境,使地基應(yīng)力在局部范 圍內(nèi)得到解除或轉(zhuǎn)移,促使軟土向該側(cè)移動(dòng),增大其沉降量,最終達(dá)到糾傾的目的。

圖8　應(yīng)力解除法糾傾示意圖

②降水和浸水糾傾法概述

(1)降水糾傾法

降水糾傾法就是通過(guò)降低建筑物沉降較小一側(cè)的地下水位,增加土中的有效應(yīng)力,使該側(cè)的地基土產(chǎn)生固結(jié)沉降(圖9),從而達(dá)到糾傾的目的,降水糾傾法較適用 于片筏基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)等淺基礎(chǔ)的建筑物糾傾,且當(dāng)土層的滲透系數(shù)必須達(dá)到某一程度時(shí)才有效果。另外,應(yīng)注意降水引起周?chē)ㄖ锏牟痪鶆虺两涤绊?當(dāng)距離周 圍建筑物比較近時(shí)應(yīng)慎用。降水糾傾法較為簡(jiǎn)單易行,成本低,不影響建筑物正常使用。

(2)浸水糾傾法

浸水糾傾法就是在沉降小的一側(cè)基礎(chǔ)邊緣開(kāi)槽、坑或鉆孔(圖10),有控制地將水注入地基內(nèi),使土產(chǎn)生濕陷變形,從而達(dá)到糾傾的目的。該糾傾方法適用于濕陷 性黃土地區(qū)多層磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、高聳構(gòu)筑物及其剛度較大的建筑物的糾傾。當(dāng)黃土含水量小于10%、濕陷系數(shù)大于0.05時(shí)可以采用浸水糾傾法；當(dāng)黃土 含水量在17%~23%之間、濕陷系數(shù)在0.03~0.05時(shí),可以采用浸水和加壓相結(jié)合的方法。對(duì)于含水量大、濕陷系數(shù)較小的黃土,單靠浸水效果有限, 則輔以加壓,同時(shí)要求注水一側(cè)土中的壓力超過(guò)濕陷土層的濕陷起始?jí)毫Α?/p>

圖9　降水糾傾法示意圖　　圖10　浸水糾傾法示意圖

③加壓糾傾法

(1)堆載加壓糾傾法

堆載加壓糾傾法就是通過(guò)在沉降較小側(cè)堆載,對(duì)于淺基礎(chǔ)就是使其產(chǎn)生附加沉降(圖11a),對(duì)于樁基礎(chǔ)則是使樁產(chǎn)生樁身負(fù)摩阻力(圖11b)。由于該方法產(chǎn) 生附加沉降或樁身負(fù)摩阻力需要堆載較大,而且糾傾時(shí)間較長(zhǎng),所以在具體的糾傾過(guò)程中往往作為一種輔助方法與其他糾傾方法聯(lián)合使用,如比薩斜塔和某軟土地基 上的建筑物糾傾中與掏土糾傾法聯(lián)合使用。

圖11　堆載加壓糾傾法示意圖

(2)卸荷加壓和增層加壓糾傾法

卸荷加壓糾傾往往是通過(guò)對(duì)沉降較大一側(cè)基礎(chǔ)卸荷和在沉降較小一側(cè)堆載的聯(lián)合方式進(jìn)行糾傾(圖12a),而增層加壓法則是通過(guò)改變上部荷載分布的方式(即增加沉降較小一側(cè)荷載)來(lái)進(jìn)行糾傾(圖12b)。

圖12　卸荷加壓和增層加壓糾傾法示意圖

④樁基卸載糾傾法

樁基卸載法就是通過(guò)人為方法使沉降較小一側(cè)的樁或承臺(tái)產(chǎn)生沉降,從而達(dá)到糾傾的目的,包括樁頂卸載、樁身卸載、樁尖卸載和承臺(tái)卸載等糾傾法。

(1)樁頂卸載糾傾法

對(duì)端承樁、摩擦端承樁宜采用樁頂卸載法,即說(shuō)的截樁法,將所需砍去的樁頭與底板的聯(lián)結(jié)處斷,或者將樁周底板四周鑿穿約200mm寬的縫,斷縫中鋼筋,使樁 與承臺(tái)完全脫離,待糾傾完成后重新做樁頭與底板的連接。斷樁施工前應(yīng)在樁頸下部加約束鋼箍,以防樁體破壞過(guò)量造成難以控制的情況。同時(shí)在各樁邊準(zhǔn)備足夠的 鋼墊板,從沉降量小的一側(cè)開(kāi)始順次鑿去樁頸周?chē)炷?并隨鑿隨墊鋼板,以防變形過(guò)大,如此不斷重復(fù),直至達(dá)到所需沉降量。糾傾完畢后,在樁頭破壞處設(shè)加 強(qiáng)鋼箍與承臺(tái)一起澆搗混凝土,形成擴(kuò)大樁頭(圖13)。

圖13　樁頂卸載糾傾法示意圖

(2)樁身卸載糾傾法

對(duì)于摩擦樁宜采用樁身卸載,即通過(guò)對(duì)沉降較小一側(cè)的土方開(kāi)挖暴露該部位樁體上部(圖14),增加樁體下部和樁端的荷載,從而引起沉降達(dá)到糾傾的目的。由于采用該方法糾傾需要時(shí)間比較長(zhǎng),且工作量比較大,往往需要與其他方法聯(lián)合使用。

圖14　樁身卸載糾傾法示意圖

(3)樁尖卸載糾傾法

對(duì)于樁長(zhǎng)比較短的樁基礎(chǔ),可以采用樁尖卸載糾傾法,通過(guò)在沉降較小一側(cè)樁基礎(chǔ)周?chē)蛐笨?圖15),掏出樁尖下部土體,促使樁基沉降進(jìn)行糾傾。

圖15　樁尖卸載糾傾法示意圖

(4)承臺(tái)卸載糾傾法

對(duì)計(jì)入承臺(tái)效應(yīng)的樁基礎(chǔ),可采用承臺(tái)卸載,通過(guò)對(duì)承臺(tái)底取土(圖16),也可以將底板鑿穿約20cm寬的縫,截?cái)嗫p中鋼筋,從而使這部分承臺(tái)以及承臺(tái)下的樁失去承載作用,這部分承臺(tái)以下的樁承受的荷載轉(zhuǎn)移到周?chē)渌麡渡?使樁體下沉達(dá)到糾傾的目的。

圖16　承臺(tái)卸載糾傾法示意圖

⑤頂升糾傾法概述

頂升糾傾法將千斤頂設(shè)置在基礎(chǔ)梁的頂部或圈梁底下,再用千斤頂將整個(gè)建筑物頂升而達(dá)到糾傾的目的。常見(jiàn)的頂升法有托梁頂升糾傾法(圖17)、靜壓樁頂升糾傾法(圖18)。頂升糾傾設(shè)計(jì)時(shí)中關(guān)鍵在于托換體系的設(shè)計(jì)、頂升荷載和頂升點(diǎn)的確定,保證在頂升過(guò)程中整體結(jié)構(gòu)的安全。

圖17　托換梁頂升糾傾法　圖18　靜壓樁頂升糾傾法

由于頂升糾傾法需要克服上部荷載作用,實(shí)施時(shí)往往困難比較大,所以《規(guī)范》明確規(guī)定頂升糾傾適用于上部結(jié)構(gòu)荷載較小、不均勻沉降較大、以及殊工程地質(zhì)條件的建筑物糾傾,磚混結(jié)構(gòu)建筑物頂不宜超過(guò)7層,框架結(jié)構(gòu)建筑物頂升不宜超過(guò)8層。

⑥壓密注漿與膨脹糾傾法

(1)壓密注漿頂升糾傾法

頂升效應(yīng)是隨著注漿過(guò)程中漿液對(duì)土體作用方式的改變表現(xiàn)出來(lái)的,一般認(rèn)為壓密注漿一般都會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)過(guò)程:

Ⅰ在注漿的初期,出漿口周?chē)馏w的壓縮空間較大,漿液將在出漿口附近土體中形成圓柱狀漿泡,漿液對(duì)土體以水平擠壓為主

Ⅱ隨著漿液體的增大、漿液對(duì)土體的擠壓力的上升,漿液在土體中發(fā)生水平劈裂,形成漿脈之后,漿液對(duì)土體的作用方式以漿脈對(duì)土體的豎向擠壓為主

后者是產(chǎn)生頂升力出現(xiàn)頂升效果的主要階段,該階段土體中的豎向壓力超過(guò)水平壓力成為最大主應(yīng)力,宏觀的表現(xiàn)就是漿液對(duì)土體產(chǎn)生了較大的向上頂升力,達(dá)到抬升基礎(chǔ)的效果。

(2)膨脹糾傾法

膨脹糾傾法就是用機(jī)械或人工的方法成孔,然后將不同比例的生石灰(塊或粉)、摻合料(粉煤灰、爐渣、礦渣、鋼渣等)及少量附加劑(石膏、水泥等)灌入,并進(jìn)行振密或夯實(shí)形成石灰樁樁體,然后利用石灰樁遇水膨脹機(jī)理進(jìn)行糾傾。

石灰樁法具有施工簡(jiǎn)單、工期短和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),混合膨脹材料的方法對(duì)于濕陷性黃土地區(qū)偏移建筑物的糾傾和地基加固,具有明顯的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益,目前已在多個(gè)糾傾工程中應(yīng)用。

5　特殊建筑物的糾傾

①煙囪糾傾

煙囪的特點(diǎn)在于其高度高、平面面積小、整體剛度大,由于偏心導(dǎo)致煙囪重心比較高,糾傾施工時(shí)可能使得回傾速度較快,這一點(diǎn)在施工時(shí)應(yīng)特別注意,否則可能導(dǎo)致糾傾量大。根據(jù)場(chǎng)地條件和煙囪基礎(chǔ)情況,煙囪的糾傾常采用多種方法綜合施工,如堆載法、降水法、掏土法等。

②高層建筑物糾傾

高層建筑物荷載大,基礎(chǔ)形式一般采用片筏基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)或者樁基礎(chǔ)。對(duì)于高層建筑物糾傾,應(yīng)首先對(duì)建筑物的現(xiàn)狀進(jìn)行檢查和鑒定,考慮該建筑物是否有糾傾的技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,切勿盲目施工。高層建筑物常見(jiàn)的糾傾方法有掏土、截樁、斷柱等。

③古建筑物糾傾

古代建筑物最常見(jiàn)的就是古塔、廟宇、樓閣、民居、古堡等,由于其建造年代久遠(yuǎn),由于先天性不足或者人為破壞和自然破壞導(dǎo)致地基不均勻沉降,從而導(dǎo)致塔體傾 斜。由于古建筑物整體剛度和基礎(chǔ)剛度比較差,所以在糾傾之前往往需要對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)加固,如意大利比薩斜塔、都江堰奎光塔、眉縣凈光寺、蘭州白塔等古 建筑物的糾傾。古建筑物最常見(jiàn)糾傾方法為掏土(磚)糾傾,當(dāng)然大分情況下都需要與其他糾傾方法聯(lián)合,與堆載預(yù)法、局部頂升法等。無(wú)論采用何種方法對(duì)古建筑 物糾傾,都必須遵循以下原則:

(1)應(yīng)保證在糾傾過(guò)程中古建筑物變協(xié)調(diào),不產(chǎn)生附加應(yīng)力,避免古建筑物的進(jìn)一步壞

(2)在糾傾過(guò)程中回傾速度、方向可控,不應(yīng)產(chǎn)生突然下沉,影響建筑物的安全

(3)應(yīng)滿足古建筑物的糾傾精度要求,并保持其長(zhǎng)期穩(wěn)定

6　建(構(gòu))筑物糾傾監(jiān)測(cè)和信息化施

建筑物糾傾過(guò)程中的信息化施工除了作好跟糾傾建筑物及相鄰建筑物的傾斜、沉降和裂縫外,還要密切觀測(cè)周?chē)孛娉两怠⒙∑鸷土芽p以及場(chǎng)地地下水位變化。對(duì)建 筑物實(shí)施糾傾措施后宜每天監(jiān)測(cè)一次。對(duì)重要工程或危險(xiǎn)性較大的糾傾工程,宜采用計(jì)算機(jī)智能控制系統(tǒng),跟蹤監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置預(yù)警裝置。糾傾工程的設(shè) 計(jì)和施工人員通過(guò)反饋的觀測(cè)數(shù)據(jù)信息,及時(shí)調(diào)整糾傾方案,保證糾傾的成功。

7　本人感想

建筑物糾傾工程是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,技術(shù)難度高,同時(shí)還是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)比較大的工作,一旦糾傾失敗將造成嚴(yán)重的影響,造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。如果糾傾的措施控制不當(dāng),建筑物受力不均勻,可能引起上部結(jié)構(gòu)開(kāi)裂甚至破壞。

因此,在進(jìn)行糾傾工程時(shí)需要進(jìn)行詳細(xì)的論證,查清建筑物傾斜的原因,采取正確的糾傾方法。正因?yàn)槿缟显颍覀儾庞斜匾フJ(rèn)真研究糾傾技術(shù)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)力度，確保糾傾工程的成功。