建构筑物的纠倾扶正与移位.doc

建构筑物的纠倾扶正与移位卢明全唐业清大连久鼎特种建筑工程有限公司北方交通大学摘要本文包括两部分内容第一部分介绍建筑物的病害及治理纠倾扶正及加固典型工程实例第二部分介绍建筑的移位平移及转动方法及最近成功移位的工程实例关键词建筑物病害纠倾加固移位一建筑物的扶正与加固一造成建构筑物损坏与病害的原因自然因素和人为因素由于自然和人为因素影响常对建构筑物造成各种损坏和病害这类问题统称为建筑物的病害见表同时由于人们对既有建筑物提出了新的要求如增层移位抬升或下降等这类问题统称为既有建筑物的改造见表上述两类问题都可以通过有效的技术手段得到圆满解决并且往往可以节约大量资金事半功倍在人为影响中主要由场地勘察设计施工使用和维护管理等方面的不当所造成的建筑物的损坏与病害分类表既有建筑物改造与病害处理的主要内容表本文只对人为因素所造成的建筑物病害治理和建筑物移位工程进行探讨二建筑物发生裂损倾斜的原因分析设计工作的失误设计工作失误许多设计人员对地基基础问题的重要性认识不足常把复杂的地基问题简单化处理据建设部年的重大工程事故统计由于设计工作失误导致建筑物发生质量事故的约占事故总数建筑物基础设计时没有掌握地基土性缺乏认真方案比选专家论证采用的基础形式不当而发生事故在深厚淤泥软土地基上错误选用沉管灌注桩沉管夯扩桩等基础形式经常发生缩颈离析断桩和桩长达不到持力层等事故在填土软土或湿陷性黄土等厚薄不均地基上采用条形或筏板等基础方案导致建筑物倾斜采用强夯处理地基时由于夯击能量不足影响深度达不到加固深度的要求没有消除填土或黄土的湿陷性如果建筑物在使用过程中地基浸水必然造成建筑物下沉倾斜或裂损对于欠固结的填土淤泥等软土地基地面大量回填堆载采用桩基方案时如忽视负摩擦力的作用与计算常发生布桩数量不足导致桩基过量沉降断桩等严重事故使建筑物开裂或倾斜同一栋建筑物上选用两种以上基础形式或将基础置于刚度不同的地基土层上易发生严重事故对于软土地基或建筑物形体复杂高度变化较大时必须按照变形与强度双控条件进行设计以确保建筑物的整体均匀沉降如只做强度验算将会使建筑物发生不均匀或过量沉降设计人员不熟悉或没有认真学习掌握国家颁布的现行有关技术标准况且有关地基基础的技术标准就有数十个内容十分庞杂规范又不断修订更新设计人员缺乏认真学习没有按规范规定正确进行基础设计者屡见不鲜如高层建筑基础设计时建筑物的总荷载没有通过基础底面积的形心荷载偏心矩过大使基底应力分布不均易使建筑物发生严重倾斜或损坏没有按变形与强度的双控要求进行检算而导致严重后果考虑桩土共同工作时桩间土分担的荷载比例过大布桩数量较少使房屋发生过量沉降或倾斜预制桩桩基布桩过密造成地面隆起产生群桩效应等桩打不下去大量截桩部分桩基的桩尖未达到持力层使桩基发生不均匀沉降建筑物倾斜或开裂忽视相邻新老建筑物的基底应力的迭加效应引起新的附加沉降或新老建筑物基底标高不一又没有采取相关措施引起建筑物倾斜或开裂回填土地基在填土时抛入大量块石废弃的建筑物垃圾形体大小不一造成地基土的物质组成极不均匀设计时没有进行处理采用条基筏板时发生局部应力集中导致基础开裂或倾斜年轻的设计人员对复杂地基的处理问题缺乏经验常把复杂问题简单化处理导致建筑物发生裂损或倾斜的严重后果在进行既有建筑物增层改造或扩建时新建工程的基础压在原有建筑物的基础上导致严重后果在进行既有建筑物增层改造时对既有建筑物的地基承载力估计过高取值不当在城市住宅区规划方面的失误将住宅区规划在欠固结的深厚淤泥等软土地基上从而导致整个住宅区大面积沉陷或部分建筑物倾斜沉陷等施工方面的失误基础工程施工质量低劣施工部门偷工减料弄虚作假随便减少配筋降低混凝土强度等级采用劣质钢材乃至缩小基础尺寸减少基础埋深基础施工放线不准确等据统计年发生重大工程事故由于施工的原因约占地基处理方面的原因目前地基处理手段多这方面的问题也很多如桩端未进到设计持力层桩径未满足设计要求强夯未达到有效的影响深度振冲碎石桩未达到振密效果检测手段不合理或未能正确反映实际情况等等地下开挖引起地面建筑物的裂损城市由于修建地铁地下街等地下建筑物或者矿区开挖采矿采煤巷道引发地面沉降造成地面建筑物的下沉开裂倾斜等损害相邻深基坑施工引起建筑物的损坏在高层建筑基础工程施工中由于深基坑的开挖支护降水止水监测等技术措施不当造成支护结构倒塌或过大变形基坑大量漏水涌土失稳基坑周边地面塌陷以及相邻建筑物基础工程的施工相互影响都会对已建成或正在建造的相邻建筑物造成威胁与损坏引发严重的事故工程勘察方面的失误如若勘测点布置过少或只借鉴相邻建筑物的地质资料对建筑场地没有进行认真勘察评价提出的地质勘察报告不能真实反映场地条件如岩溶土洞墓穴等没有被发现甚至旧的人防地下道也被忽视使新建的建筑物发生严重下陷倾斜或开裂勘察资料不准确结论不正确建议不合理给结构设计人员造成误导周围环境因素对建筑物造成的损害周边的施工开挖降水振动等因素的影响地下水位的自然升降也不溶匆忙视我国已有多个城市严重缺水由于大量超限开采抽汲地下水地下水位明显下降或者由于修建水库等原因引起地下水位上升都会改变建筑物地基承载性状可能引起建筑物的下沉或裂损地下水具有侵蚀性质或周边有对砼基础造成腐蚀物质时使基础砼和钢筋严重锈蚀和剥蚀造成基础严重开裂引起建筑物损坏使用或管理不当对建筑物造成的损害已建成的建筑物使用不当如上下水管道破裂长期不修地面长期积水不排泄污水井堵塞污水流入地基等都可能使地基浸水湿陷装修时随便拆除承重墙致使承载结构裂损各种病害发生后没有及时维修造成建筑物开裂或倾斜破坏除上述人为因素以外自然灾害如地震山体滑坡水灾泥石流等造成地基液化地基土被水掏空基础滑移等都会对建筑物造成严重损害三裂损倾斜建筑物治理方案的制定制定建筑物正式纠倾扶正和加固方案时应当充分掌握并具备以下各项条件业主的要求和建筑物重要程度实际倾斜和开裂情况建筑物纠倾时是否有人居住周围环境条件地基土质和新补充的勘探资料基础的损坏情况原建筑物发生倾斜原因的分析结论原建筑物检验鉴定结果及纠倾可行性的报告经现场试验验证的纠倾技术的可行性与纠倾工程有关各方的协议书等制定纠倾扶正和防复倾加固技术方案要在有经验的专家指导下进行反复分析比选承担纠倾工程的技术主管应当充分熟悉各种纠倾方法并对其适用条件有正确判断对于重要建筑物已确定的纠倾工程技术方案还应通过专家论证充分听取各方面意见不断改进充实完善尽可能避免疏忽漏洞常用的纠倾方法如表所示在制定纠倾时应按照建筑物的结构特征和高度条件分别依据相关规范对其纠倾后允许残留值作出规定以便确定纠倾工程的实施标准与计算工程量值同时也是纠倾工程验收的技术标准纠倾工程技术方案设计文件应包括的内容如下纠倾时采用具体方法和技术内容纠倾施工的详细步骤和要点回倾速率及最大回倾值对整体结构刚度差的建筑物纠倾前要对原结构进行有针对性的加固设计以防止纠倾施工时发生破损甚至倒塌观察点的布置及监测要求施工安全及防护技术措施工程报警装置防复倾加固技术的施工方法对相邻建筑物影响的防护技术及措施质量检查及验收标准稳定期间的继续观测计划及要求竣工验收文件内容及要求房屋纠倾扶正方法分类表四建筑物纠倾加固的施工技术要点根据纠倾工程设计方案应编制施工计划并要注意以下内容对整体刚度较差的建筑物纠倾施工前先进行破损部位或建筑物整体的加固施工防止建筑物在施工时发生倒塌要考虑建筑物地基在纠倾施工时可能产生的附加沉降并估计纠倾后建筑物地基可能持续的变形即滞后的回倾量在纠倾施工时及施工后要加强现场观测并要采取有效的处理措施施工前要对相邻建筑物及地下设施进行一次检查或测量要与对方协商或签订协议采取必要的保护措施对于纠倾后的复倾可能性应根据防复倾加固设计在纠倾施工前或施工后进行加固处理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扶正的设计方案可行性进行必要的调整与补充使其更臻完善应当具体安排现场监测方式监测点监测内容和手段布设回倾率的控制装置以便通过监测控制回倾速率调整施工进度与施工方法掌握纠倾复位结束的时机预留滞后回倾量密切观测建筑物裂缝变化情况根据裂缝变化规律调整纠倾速率或采用相应的辅助措施纠倾施工中的安全防护措施和报警装置特别是有人居住的建筑物必须确保纠倾施工安全进行纠倾施工结束时应注意对建筑物房心土的回填夯实地坪做法以及墙体裂缝处理等的施工质量以利增加建筑物整体刚度增加抗倾复抗裂损的能力施工期间应严密监视相邻很近的建筑设施经常检查对其保护性措施的状况严防出现问题在纠倾施工期间可能会出现原来没有预想到的新情况新问题因此纠倾技术方案应根据现场条件的改变而修正调整以便确保纠倾工程的成功纠倾施工竣工的文件应明确包括纠倾工程设计文件施工中修改调整措施施工日记试验性施工小结现场监测及裂缝变化记录相邻建筑物及地下设施情况工程鉴定和验收结论等并作为纠倾建筑物的技术档案予以保存五防复倾加固技术为了防止纠倾后建筑物再度倾斜应在纠倾施工前或施工后进行防复倾的加固防复倾加固有以下各种常用的方法抬墙梁法采用预的钢筋混凝土梁或钢梁穿过原房屋基础下置于基础两侧预先做好的钢筋混凝土桩上或支护墩上锚杆静压桩法利用房屋自重在原房屋基础两侧凿压桩孔埋入锚杆借锚杆反力通过千斤顶进行压入预制桩加固地基该法适用于有钢筋混凝土条形基础或钢筋混凝土筏板基础的建筑物加固尤其对地下水位较高不便于开挖加固的地基更有效如原为砖基时应首先对砖基础进行外包钢筋混凝土套加固为压桩创造条件静力压入预制桩法以房屋自重和基础底面作为反力托利用千斤顶直接在原房屋基础下将桩压入土中以便托顶住房屋该法适用于地下水位较低地区基础下地基有软弱层基础具备支托条件的房屋施工时需在基础下分别开挖压桩坑双灰桩或双灰井桩法双灰桩可在房屋基础边缘用特制洛阳铲或成孔机具做竖直或斜向孔可单排或多排布置填入的粉煤灰及生石灰按配合拌匀也可根据当地经验选配此类桩体具有膨胀性吸水性发热及离子化固结作用双灰井桩的直径可选在房屋各单元条形基础之间开挖桩孔夯入双灰料并将条基最后改为筏基通过双灰料膨胀挤抬墙下基础达到加固目的墩式加固法直接在基础下分段挖坑至新的持力上层然后浇注混凝土墩基础与基底密贴并使分段基础连成整体用其传递基础上部的结构荷载于新的承载力较高的持力土层上增层反压法利用新增加楼层的建筑物结构荷载来平衡原建筑物发生倾斜的力同时也是借助新增层结构的自重压力迫使地基下沉解除建筑物再度发生倾斜的可能性小型加压钢管注浆桩法适用箱筏基础下面有较厚软土层地基的加固可先在基础底板上钻小孔再在土中扩孔形成下大上小的桩孔一般孔径为放入带孔眼的注浆钢管在管外势力置豆石通过向注浆管进行压力注浆填充桩体待桩体凝固再封桩头恢复底板钢筋及灌注混凝土此桩即可作为承压桩也可作为抗拔桩基础加宽法由于原设计的基础底面积过小致使基底压应力过大引起建筑物不均匀或过大沉降常采用基础加宽法降低基底应力减小建筑物的沉降变形也是常用的防复倾加固措施之一六典型工程实例高层及超高层大厦的倾斜治理图高层及超高层建筑物的倾斜示意图为某高层写字楼地上层高地下层箱基由于地基浸水总荷载偏心矩过大以及基础施工中偷工减料底板挑出长度减少等原因造成建筑物向西北方向倾斜经采用辐射井法纠倾已成功地扶正并进行防复倾加固南侧采用根长小型钢管压浆桩北侧采用根小型钢管压浆桩及根双灰井桩加固经观测一直稳定效果很好已通过验收及鉴定挽回损失余万元图为某高层写字楼地上层高地下层筏板基础由于基础下有厚薄不均暗灰色含有机质的软土层厚薄相差引起楼房向西北方向倾斜主楼与副楼的连梁及地板已出现裂缝现在观察尚未处理图为某高层写字楼地上层高采用根孔内夯扩灌注桩由于桩基施工质量低劣大批断桩施工后期大楼突然向西北方向倾斜最大值达现已爆破拆除损失余万元图为某超高层住宅楼地上层高度地下箱基层下面采用余根打入预制桩打桩时桩未到位大量截桩地基土大量隆起桩尖下有较厚粘土层以及建筑设计荷载有偏心目前大厦倾斜已近尚在观察中这四栋大厦发生倾斜都是设计工作失误基础埋深或基础形式选择不当及偏心距过大等原因所致具有深桩基础建筑物的倾斜治理图具有深桩基础建筑物的倾斜示意图为地上层住宅楼高根灌注桩基础桩长由于施工时桩未达到持力层桩尖下有虚土致使桩基发生不均匀沉降房屋倾斜量达经采用截桩法振捣射水法辐射井法以及压重等综合方法已将其扶正并采用抬墙梁法重新打入根钢筋混凝土灌注桩作为防复倾加固措施处理效果良好纠倾过程居民一直住在楼内现已竣工验收图为地上层住宅楼桩长共布桩余根因桩周的淤泥土层厚设计时未计算负摩擦力布桩也不合理施工时桩未到达持力层致使房屋倾斜经采用负摩擦力纠倾法将其扶正并增设钢筋混凝土抬墙梁置于两根新做灌注桩上用于防复倾加固效果良好已竣工验收图为地面以上层的办公与住宅混用楼由于相邻基坑施工降水深度达延续一周之久引起该楼倾斜通过采用负摩擦力纠倾法扶正成功现已恢复下沉使用功能纠倾时仍在使用人员未迁出这类深桩基础上建筑物的倾斜在南方软土地区是较多的主要是成桩质量太差或者桩未达到持力层有设计方面的因素也有施工方面的责任纠倾与加固的难度也更大些高耸构筑物的倾斜及治理图高耸构筑物的倾斜示意图为某化肥厂高烟囱地下浅基础埋深由于强夯未能消除湿陷性管理使用也不当地面长期大量积水引起黄土地基浸水湿陷倾斜量达经采用辐射井法进行纠倾并采用根深的双灰桩对基础周边加固形成幕墙保护原浅基础作为防复倾加固措施纠倾及加固都取得成功图为某纺织厂高烟囱基础由根沉管灌注桩构成由于淤泥土层厚成桩质量不好发生断桩缩颈设计时又未计算负摩擦力布桩量过少大风将烟囱刮歪倾斜量因故不能纠倾加固拆除重建图为某交警大队的高水塔因相邻住宅楼层施工时筏板基础放线错误将筏板压在水塔的圆形钢筋混凝土基础板上致使基础板开裂水塔倾斜达因故不能纠倾拆除重建图为某具有特殊用途的钢塔架由于荷载偏心以及采用个分离式柱下基础黄土地基发生了不均匀沉使塔架向西发生倾斜最大倾斜量达目前尚未处理进行观察复杂场地条件下的建筑物的纠倾及治理图复杂场地条件下建筑物的倾斜示意图为地上层住宅楼场地为沿山坡回填土土中大块石及碎石含量超过最大直径达地基曾采用强夯处理未能消除浸水湿陷因管道漏水地基土湿陷房屋发生倾斜达墙体均开裂纠倾加固前曾采用过灌浆法和条基改筏板等加固救急的做法均不奏效未能控制其继续倾斜纠倾难度很大采用辐射井法浸水法振捣法和排石法等综合方法配合使用才将其扶正图为地上层住宅楼地基下原有人防工程施工前将其拆除但土中留有厚度为的底板回填土虽经夯实但并未消除湿陷性且其厚薄不均浸水后发生不均匀沉降住宅楼的中间部分下沉使房屋向下挠曲并开裂经采用双灰井桩法升加固并使大楼两侧地基先形成井孔长期暴露为两端楼房的下沉创造自由边界条件最后建筑物中部双灰井桩挤密抬起两边下落处理后的高差仅有收到良好的加固与抬升效果图为某厂办公楼距楼前左右为深达百米的露天采空区基础下岩土向坑内里蠕动造成办公楼向采坑方向倾斜通过纠倾治理不仅全部扶正而且向倾斜反向预留古塔建筑物的纠倾及治理国内有许多著名古塔建筑而且有一些已偏斜其中有西安的大雁塔苏州虎丘塔山西应县木塔兰州北山白塔等均已发生倾斜虎丘塔已采取树根桩加固控制其继续倾斜大雁塔地基也已加固处理兰州北山白塔已成功地进行了纠偏扶正和加固工作二建筑物的移位工程一移位工程概述通过技术手段改变建筑物原来所在位置如纵向平移横向平移转动抬升或下降等以满足规划及使用功能的要求减少已建建筑物的拆除量节约资金特别是具有保存的古建筑物都可能过移位得到更妥善的保存我国目前已有余例进行移位工程的建筑物都获得了成功移位工程根据建筑物的上部结构和基础的整体性动力形式移动方式等可有以下几种分类根据上部结构和基础的整体性划分基础和上部结构整体移位基础和上部结构切断只进行上部结构主体移位根据上部结构主体的完整性划分分体移位即将上部主体分成两部分或更多的单体进行平移整体移位即整个结构主体一次平移根据动力形式划分牵引动力移位即采用千斤顶或卷扬等动力在前移方向实施牵引顶推移位即采用千斤顶实施顶推移位综合法即有牵引又有顶推根据移动方式划分滚动移位设置上下轨道其间铺设辊轴或上轨道设置转轮滑动移位上下轨道设置钢板或下轨道铺设钢轨综合移位即有滚动又有滑动按移位方向划分直线移位移位轨迹为直线转向移位移位轨迹为折线旋转移位移位轨迹为弧线抬升移位沿建筑物耸立方向抬升下降移位沿建筑物耸立方向下降二建筑物移位的设计施工要点建筑物的移位包括平移转向转动抬升和下落等内容其中平移的较多移位工程的设计内容荷载计算计算承重结构作用于托换底盘梁系结构上墙体的线荷载或柱子的集中荷载值结构计算包括托换底盘梁系的结构设计截面计算配筋计算以及结构的联结构造措施下轨道设计下轨道即原建筑物的基础受力验算和补强设计临时轨道基础设计移位过程中临时轨道基础的受力变形验算及补强设计地基基础设计移位路线的地基按永久性进行设计安全系数可取永久性设计时的移位后的地基基础设计若出现新旧基础的交错应考虑既有建筑地基承载力的提高造成新旧基础间地基变形的差异必要时应作加固处理滚动支座设计滚动支座一般采用钢板焊接制作根据所受的各种力选用不同规格的材料滚动支座要设有限位卡滚动支座的间距及数量应根据支承力的大小设计移动装置的设计移动装置有牵引式及顶推式两种一般牵引式用于荷载较小的小型建筑物顶推式用于较大型的建筑物必要时可两种方式并用托换梁系作为移动的上轨道梁基础作为下轨道梁移位前应进行下轨道梁的修整和找平上下轨道梁系应同时根据移位荷载的滚动压力进行设计移位工程的施工要点移位施工首先就有施工组织计划完善指挥及监测系统做好水平及垂直变位的观测托换时分段置入上下钢板及置入滚动支座控制施工的准确度保证钢板的水平严格按设计要求进行上轨道梁的钢筋混凝土浇注施工要建立严格的施工管理及质量检测体系结构托换及移动路线施工完毕并达到设计强度经验收后方可开始移动推顶施工或牵引力要有测力装置确保提供有效牵引力严格按设计要求施工移位时要控制适当的前进速率保持匀速前进并设置限制滚动装置移位到位时应立即进行结构的连接并分段浇捣混凝土竣工后要进行变形观测并竣工验收资料