建筑物纠偏常用方法及其应用

摘要

目前,建筑物倾斜的工程事故是有发生,严重危及着人民各方面的安全。我国建筑在使用过程中频繁出现状况,例如倾斜、地基下沉等。建筑物建成后的荷重分布并不是均匀的,假如地基的土质不够夯实,或者土层的承载力不够均匀,就会出现建筑物倾斜的情况。为了解决此类倾斜问题,建筑物纠偏技术应运而生,该技术是以土力学作为基础的工程技术,对人民保证生命财产安全具有很重要的意义。由于每个建筑物的具体环境不同,所有权人的资本实力不一,使用纠偏技术时要根据实际情况来制定适宜的方案。本文的研究以现代建筑物为研究对象,探究其不均匀沉降的原因,并提出一些常用的纠偏方法,以针对建筑物的倾斜问题,当前建筑物纠偏方法主要分为迫降法和顶升法,并结合工程实例阐述了纠偏方法在实际工程中的应用,讨论了不同的纠偏方法的机理和效果,为建筑物纠偏方法的适用提供一定理论依据。

关键词:建筑物倾斜;不均匀沉降;纠偏方法;应用

Abstract

At present, the building tilt engineering accident has occurred, seriously endangering the safety of the people. China’s buildings in the use of the process of frequent conditions, such as tilt, foundation subsidence and so on. The load distribution after the completion of the building is not uniform, if the soil quality of the foundation is not solid enough, or the bearing capacity of the soil layer is not uniform enough, there will be the situation that the building tilts. In order to solve this kind of tilt problem, the building correction technology emerged at the historic moment, which is an engineering technology based on soil mechanics, which is of great significance to ensure the safety of people’s life and property. Because the specific environment of each building is different and the capital strength of the owner is different, the appropriate plan should be formulated according to the actual situation. In modern buildings as the research object, to explore the causes of the uneven settlement, and put forward some commonly used methods of correction, in view of the tilt of building, the current building correction method is mainly divided into crash method and jacking method, and expounds the application of engineering examples, discusses the mechanism of different correction methods and effect, provides certain theoretical basis for the application of building deviation method.

Key words: building tilt; uneven settlement; deviation correction method; application

一、引言

当前社会经济发展水平迅速提高,各地的建筑工程不断兴起,同时也出现了不少建设问题,使用人工填土地基的工程越来越多,导致建筑物建起之后出现开裂、倾斜的情况也愈加频繁。在建筑建设过程中,房屋倾斜的情况时有发生,其主要原因是地基不均匀沉降,而引起地基不均匀的因素也有很多中,主要有地基不均匀、回填土厚度大、基础承载能力弱等。另外不同的房屋自身特点也不一样,进行纠偏时要考虑到房屋的结构、基础形式,以及刚度等因素的影响,根据自身实际情况制定适宜的纠偏方案,如此才能提高房屋纠偏的整体安全性。

建筑物的纠偏涉及的内容与技术较多,操作起来非常复杂,纠偏的同时,还要对地基做好加固工作,建筑物上部结构也要进行加固处理,加固和纠偏要结合起来使用,才能提高建筑物的安全性。首先要调查清楚倾斜的原因,在掌握房屋倾斜的原因之后,才能有针对性地设计方案。假如不对房屋倾斜原因做出具体调查,工程人员根据自己的经验直接开始设计纠偏方案,就很有可能出现纠偏失败的情况,不仅浪费了大量资源,纠偏失败后的建筑物的情况还会变得更加复杂。本文的研究分析了纠偏技术的使用条件与范围,在工程实例的基础上,对纠偏技术的实际应用做出探析,对今后进行建筑物纠偏时提供一定的理论和参考。

本研究认为迫降法具有很好的效用,易于掌控,适宜在更大范围内推广,当然顶升法也有其独特的好处。在建筑物出现倾斜时,需要及时发现并采取针对性的措施进行解决,以防沉降恶化。建筑物的纠偏涉及的内容与技术较多,操作起来非常复杂,纠偏的同时,还要对地基做好加固工作,建筑物上部结构也要进行加固处理,加固和纠偏要结合起来使用,才能提高建筑物的安全性。

二、建筑物纠偏概述

(一)建筑物纠偏概念

建筑物纠偏也叫做纠倾,指的是某种原因导致建筑物发生倾斜,与垂直位置偏移,影响到建筑物的正常使用,并危害人类各方面安全,为恢复其正常使用功能,所采取的纠正加固工程措施。假如前期勘察不充分,或者建设在不良地基之上,会导致建筑物不均匀沉降,进而发生建筑物倾斜或开裂的情况。面对此类严重的工程问题,我们首先要调查清楚倾斜的原因,并针对性地设计适合的纠偏方案,用科学的施工方案完成纠倾扶正工作,并做好加固处理,在控制好工程费用支出的同时,挽救已有的倾斜建筑。

建筑物纠偏是指已有建筑物由于某种原因造成偏离垂直位置,而发生倾斜,严重影响正常使用,所采取的纠倾加固的措施,以期恢复其正常使用功能。

在世界建筑史上,由于勘察、设计、施工、使用、维护管理以及自然灾害等诸多方面的原因,使既有建筑物或在建工程的地基不均匀下沉,导致上部建筑产生倾斜灾害的事故层出不穷。这种建筑物往往都是建筑在软土、砂土、膨胀土或湿陷性黄土等特殊性土地基上的,对建筑在该地基上的建筑物纠偏的最好方法就是对其地基进行有效的处理,使已经倾斜的建筑物恢复到原来的正常状态。国外著名的意大利比萨斜塔、加拿大特郎斯康谷仓等就是建筑物倾斜的例证。在我国,自改革开放以来,随着城市建设的加快,工业与民用建筑的数量与日俱增,工程建设难度也日益加大,地基失稳而导致的建筑物倾斜的事故也数见不鲜。由于当代建筑物越建越多,体量越来越大,基础越来越深,使得上部建筑对地基的要求越来越高,而相应的场地条件如果得不到加强和改善,建筑物倾斜事故的发生也就在所难免,且一旦发生,轻者影响建筑物的正常使用,严重时使其丧失使用功能,甚至倒塌破坏,造成重大经济损失和人员伤亡。我国《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)中对建筑物的地基变形允许值规定如表1。对超出规范规定变形值的建筑物必须进行处理,并满足规范要求后才能投入使用。对于那些已经发生倾斜的建筑物,其结构有些并未被破坏,如果废弃不用或拆除,将会给国家和人民带来极大的损失,但若能使用安全可靠、经济合理、技术上可行的纠偏方法,对其地基进行加固处理,将已经倾斜的建筑物扶正过来,使其恢复正常的使用功能将推,如果一本书籍被借阅的时间比较短,那么这本书很大程度上是参考书。图书馆可以根据借阅频率,累积借阅时间的长短将读者划分为不同的群体,并根据这些不同需求,将图书馆内各种有用资源收集到一起,进行过滤、分解、整合成为用户理解的二次数字文献。

(二)建筑物纠偏的必要性

在建筑物倾斜发生之初,建筑物受到的影响还小,当不均匀沉降的情况逐渐加重,建筑物的倾斜量超过某个界限后,建筑物的观赏性就会受到影响,进一步加重时,就会导致承重构件开裂,继而导致建筑物倒塌。建筑物倾斜的过程需要经历一定的时间,速度也不快,不过如果人们未能发现并做好整治工作的话,倾斜情况会日益严重,危险系数变大,此时再进行补救修复,所需要投入的资源会更多,难度也更大。倾斜值超过某个值到达危房标准之后,这时一定要进行纠偏加固,否则只好拆除之后重建,而拆除重建的工程量巨大,建筑造价也更高,得不偿失,所以我们要及时制定科学的纠偏方案,以减少未来可能出现的损失。

三、建筑物倾斜原因

(一)偏心荷载影响

基础底面形心与上部传递的荷载合力重心出现偏差时,就会出现偏心荷载,对基础底面造成影响,在偏心荷载的持续作用下,进而导致建筑物倾斜。

(二)设计方面原因

1.相邻建筑物的影响

在设计建筑的时候如果不把相邻建筑的影响考虑好,或者是开建于现有建筑物附近,当心建筑物开始施工时,其工程会直接影响到已有建筑物。或者是两个建筑物的距离比较近,地基承受的的载荷产生叠加效应,加剧地基的受力不均的情况,最后导致建筑物倾斜。

2.地基设计不合理

地基的设计直接影响到建筑物的实用性,设计时需要保持谨慎,要把建筑物上部结构形式、荷载大小等内容考虑在内,并与场地地层构造结合起来,假如地基选取不当,例如在湿陷性黄土等地面建设,此类地基不具备良好的工程性能,处理标准较低,随着受力增大,地基的沉降深度也加大,地基的不均匀沉降会继而导致建筑物的倾斜。

3.地基承载力不足

房屋建设前要对地基承载力进行预估,承载力不足就会对地基造成剪力破坏,进而引发建筑物倾斜。特别是重心高、机构复杂的建筑物,要谨慎做好地基承载力的计算,并将地基土不均匀沉降纳入考虑范围内,处理好变形的验算,否则容易导致建筑物不均匀沉降。

4.桩基承载力偏低

选择桩基的时候,没有考虑好桩身负摩擦力的影响,桩的数量过少,桩基的承载力不足,最后导致桩基沉降,甚至断桩,在桩基不均匀沉降的作用下,会引起建筑物的倾斜或开裂。

(三)施工方面原因

施工对建筑物的成型非常重要,在施工的时候要严把质量关,遵循设计规则开展工作,但在实际的施工当中,或是为了节约成本,或是为了赶工期,种种原因导致了施工质量较低、顺序不当等情况的出现,或者是出于堆载不合理的因素,均会影响到上部建筑的稳定性。

1.施工管理混乱

小型施工队没有严格的纪律性,整体人员的素质较低,不重视施工管理,或者说根本没有施工管理的意识,施工不遵循规范规则,为了贪图方便,材料随意堆放,杂物到处堆叠,产生的地基应力影响到建筑物,进而导致倾斜。

2.施工时偷工减料

施工的环节较多,过程复杂,在监管不到位的情况下,施工单位为了获取利益,减少成本支持,施工过程偷工减料,仅做表面功夫,工程质量下滑,造成建筑物倾斜。例如为了减少水泥的使用,把混凝土的强度等级降低,或者减少配筋,以减少钢材的使用。

3.基础施工未按设计要求

施工单位不按照要求对基础进行施工,对有设计有扩大头的桩端,施工单位未按设计标准做,或者没有将桩端置入到持力层,桩的长度不够;桩身的施工质量不高,导致夹泥、断桩等情况出现;施工单位擅自减小基础埋深,减少基础的尺寸等。

(四)工程勘察方面原因

施工或者设计前没做好现场勘查。由于建筑周边地理情况的复杂性,如果勘测点不够可续,反应不出地层结构,无法确定地下岩层性质,也就无法对地裂、滑坡等情况作出判断,勘查工作不够周全,勘查数据以及处理不当,最后得出的报告无法把场地的真实情况反映出来。室内试验的数据不准确,天然地基土承载力的相关参数有误。

(五)自然灾害影响

1.海洋灾害

此类灾害在沿海城市发生的概率较大,通常以海啸的形式出现,海洋灾害具有很强的冲击力,另外还会伴随着地震的影响,多重的自然破坏会直接导致建筑物倾斜,乃至直接毁坏。

2.地质灾害

地震会对建筑物的整体造成剧烈冲击,土地结构发生变化,地基下沉,巨大的振动会引起建筑物的上部结构受损,严重时直接导致坍塌。山体滑坡、崩塌具有不可预测性,建筑物会受到外部的沉重冲击,结构因此变形并被破坏。

3.气象灾害

台风对上部结构的影响较大,风力级别过大时,建筑物会有被吹塌的风险;雨水的冲刷具有持续和缓慢的特点,随着地基土被雨水冲刷带走,地基的承载力会降低,进而导致倾斜;暴雪会导致大量雪堆积在上部结构,荷载过大会直接引起结构变形,特别是对于钢结构厂房,容易被雪灾所影响而产生变形坍塌。

四、常见纠偏方法

在处理建筑物倾斜的方法中,纠偏是重要的技术内容,但该方法需要较高的技术,同时存在一定的风险。为了保证纠偏的成功,我们首选要对倾斜建筑物的具体情况作出调查,分析其土质,找出其倾斜的主要原因,针对性地提出纠偏的方法,施工时做好信息的监控保证工程质量。在我国的纠偏方法主要有两种,分别是顶升法与迫降法。

(一)迫降法

1.辐射井射水取土法

辐射井射水取土法得到广泛的应用,该方法需要布置设计好的辐射井,在不同深度设计一些高压射水孔,并通过高压水枪对地基土进行喷射,进而通过水平冲孔的方式影响地基土的形状,进而完成促沉任务,通常辐射井布置在沉降幅度小的一侧,地基土被冲刷沉降,进而完成纠偏工作。该方法具有灵活的特点,可以根据事情需求控制冲孔的位置、数量,控制冲水的压力等,对沉降速率与沉降量的发空力度强,具有较强的可靠性。

2.应力解除法

应力解除法从两方面入手,在沉降大的一侧进行注浆,以达到加固效果,防止其继续沉降,另一方面在沉降小的一侧进行陶土,可选择使用机械社会或者人工完成。陶土孔成型后,周边的土会向孔内挤压,周边土的强度也会变弱,变形随之减小,应力得到有效释放,而增加这一次的沉降量,平衡建筑物的倾斜率。此方法具有纠偏支出小,操作效率高的特点,通常在软土地基较为适用,可是此方法需要满足特定的地基土条件,假如地基土具有很强的稳定性,难以变形时,这种方法是行不通的。

3.陶土灌水法

此方法是在某个深度进行钻孔取土,然后向孔内灌水,通常是在地基沉降量较小的一侧开展此项工作,钻孔与灌水的目的是破坏地基土的机构,进而引起建筑物朝着某侧下沉。这种方式在湿陷性黄土地区非常适用。但在使用时,要注意控制陶土的深度,确保在基底下的卧土层,所以涉及的土体范围较大,在施工的时候,要控制好沉降差,防止沉降过度,导致建筑物的二次受损。

4.降水法

此方法利用降水降低地基中的地下水位,地下水位下降之后,会直接导致地基土孔隙水压力降低,此时地基土中的有效应力就会随之变大,促使地基产生沉降,以达到纠偏的效果。

5.浸水法

该方法需要在基础底部设孔,然后朝里注入水,水分进入土体中,提高其含水率,土层的承载力就会降低,进而导致沉降量较小的一侧产生下沉,达到减小建筑物倾斜率的效果。该方法操作起来有一定难度,所以在操作前要对地基土做好调查工作,以确定其是否可行。

6.堆载加压法

此方法通过人工增加载荷,在沉降小的一侧作加固处理,由于外载荷的作用,地基基础发生沉降,在施加外荷载时要慢慢增加,不可过急或者过大,根据沉降量及时调整好荷载值,当沉降量满足要求后,控制住荷载值,以达到纠偏的效果。此方法通常用于软弱地基土层。

(二)顶升法

这种方法的成本支出较高,通过人为控制下沉,而建筑物是主要考虑因素,需要根据其实际情况设计纠偏,同时该方法会碰到更多的阻力,操作不慎时,不仅达不到预期效果,还会不利于其他纠偏方法的使用,增加后续工作的难度。

1.坑式静压桩抬升法

此方法需要面对建筑自重的压载,在沉降大的部分开挖工作坑,将桩分节压进地基土当中,然后以静压桩作为支点,利用若干千斤顶同时发力,共同抬升建筑物,从而完成纠偏工作。

2.注浆抬升法

通过注浆泵在沉降较严重的一侧注入浆液,将土体中的空气、水挤压排除出去,让地基土产生固结,增强其力学性能,变得更难以液化,增强其抗震动能力,浆液与地基土结合融合成为整体,不仅地基得到加固,还起到结构性稳固的作用,在沉降量较小的小型纠偏工程中,这种方法非常适用。

3.锚杆静压桩抬升法

将锚杆埋设进基础当中,以固定好压桩架,建筑物自重充当压桩反力,利用千斤顶将压桩孔内逐段压入土中,全部压完之后,共同将建筑物抬起,然后把基础与桩联合起来,以完成纠偏工作。

4.石灰桩膨胀抬升法

首先挺过人工或者机械方式冲孔,接着将生石灰加入到孔中,有时也添加一些添加剂,通过夯实让石灰桩桩体成型,桩体与桩间土形成复合地基。此方法利用石灰的化学性质,降低周边土的含水量,提高土的密度,吸水之后生石灰开始膨胀,最后达到纠偏的效果。

5.框架顶升法

此方法需要先把框架柱切断,同时搭建一个体系,用来支撑建筑主体结构,由框架柱受力,将沉降大的一侧推动上移,让建筑回倾,在地势低的框架型建筑物的纠偏中,此方法的效果较好。

6.砌体顶升法

这种方法需要确保建筑物有足够高的刚度,在施工前将基础部分作出分离,让其发生移位,如此通过千斤顶产生向上的推力,让建筑整体向上移动,从而完成纠偏工作,在地势低的砌体型建筑物中,这种方法会起到较好的效果。

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