中建五局土木工程有限公司 湖南长沙 410004
摘要：赣州市老城区某地下停车场基坑开挖引发周边旧民房建筑开裂，房屋倾斜，严重危及居民生命及生活。为使房屋恢复正常使用，对旧民房建筑开裂原因进行分析，经多方研究后采取相关措施——锚杆静压桩基础加固和断柱顶升纠偏施工技术，并结合后期监测情况，对施工效果进行分析总结，为其他类似工程提供一定的经验教训。
关键词：基坑开挖；锚杆静压桩；地基加固；断柱顶升纠偏
0 引言
随着城市建筑物不断扩充，新建建筑物的建设，因各种原因会对周边环境的造成不良影响，原有房屋倾斜的现象也不断出现，直接影响建筑物的安全和使用，为避免全部拆除重建的经济损失及资源浪费，纠偏加固等技术研究突显出重大意义。本文中锚杆静压桩基础加固和断柱顶升纠偏施工技术作为新的综合加固技术不断发挥出优势，在房屋倾斜纠偏中体现了良好的经济和社会价值。
1 工程背景
1.1场地及周边情况
赣州某地下停车场项目位于老城区交通主干道旁，周边环境复杂，设一层地下室，开挖深度约6m，地下室范围近似于长方形，南北向布置。场地东侧紧邻多栋5~6层旧民房建筑物，地下室边线距民房外墙3.2~8m；其余侧距离拟建或在已建道路及房屋有一定距离。根据现场介绍，东侧最近楼为5层框架结构，建筑长度为10m，宽度为8m，建筑总高度为15m，楼、屋面大部分为100mm厚现浇板；基础形式为直径1m人工挖孔桩，桩长7~8米；承台基础埋深约1.5米。
本基坑方案：基坑东侧因周边环境受限，采用直径0.9m@1.5m的悬臂钻孔灌注桩支护；其余侧较空旷，采用放坡+挂网喷砼支护；地下水位埋深较深，在基坑空旷处设降水井。
1.2工程地质情况
本场地基坑开挖范围内地层主要为杂填土（平均厚度2.5m）及粘土层（平均厚度7m），坑底基本位于弱透水粘土层，以下为卵石层（平均厚度3m）及泥质粉砂岩，地下水主要赋存于卵石层中，水量较丰富，具有承压性，稳定水位埋深约5.3m，年变幅2~3m。
1.3险情经过及原因
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图1 基坑支护平面图 图2 基坑东侧剖面图
当基坑开挖到接近到坑底时，发现邻近基坑东侧阳角处最近的旧民房建筑出现裂缝，并且伸缩缝由底部延伸至屋面顶部有，实测楼房顶部裂缝最宽处为37.8mm，伸缩缝底部宽30.0mm，整栋房屋出现7.8mm的倾斜，因与相邻楼房主体结构独立，相邻建筑变形较小。险情出现后，立即对基坑采用回填反压、基坑周边回灌等应急处理措施，停止后期基坑开挖及降水，并加强监测，但基坑坑顶变形继续加大。经多方讨论后，在基坑外与民房建筑之间采取压密注浆加固，但依然没有减小房屋裂缝发展过快的趋势，在注浆加固后的第一周内裂缝累计增加了12.6mm，同时，基坑变形持续增大。
综合分析有以下主要原因分析：
（1）场地内外地质条件变化较大原因
因场地东侧红线范围外旧民房建筑距离基坑较近，按本基坑开挖范围内土层推测周边民房基础下为填土及粘土，而非软土；注浆后对旧民房建筑范围内重新勘探，发现该基础下原为池塘回填土，存在厚度不均填土、耕土、淤泥质土，而基坑边界原为塘埂外侧，主要土层为粘性土，两者土层变化很大；
（2）周边环境原因
注浆后对民房基础进行深入探测，发现地质变化较大且软弱土层较厚，桩底并未达到硬质粘土持力层，桩底标高高于基坑底，且建筑结构相对单薄，对地基变形敏感。另外，旧民房建筑物在后期使用过程中地下水管老化破裂漏水、降水等原因也可能造成建筑物不均匀沉降而发生倾斜。
（3）前期基坑支护设计原因
因设计前期业主未深入调查并提供红线外周边地勘及周边建筑基础等特殊不良情况资料，导致设计过程中缺少对周边环境的准确信息的收集，仅按现有场地资料结合周边调查情况进行设计。一般情况，基坑开挖深度6m，土层情况较好，地下水位埋深约5m，周边建筑为桩基础，桩底标高低于基坑底标高，建筑附加荷载对基坑影响小，因而临近旧民房建筑处基坑未采取加强措施，如阳角未设角撑、阴角未设背拉梁或者土体预加固；另外，基坑周边民房建筑密集，未设止水而只设在西侧空旷侧设降水，虽然地下水位较低，降水井距离有民房建筑有一定距离，但是依然会对存在质量缺陷的旧民房建筑产生一定的影响。
（4）施工过程原因
因施工前期未充分深入调查红线外周边地勘及建筑基础等特殊不良情况，仅在现有设计资料下施工；缺少对基坑周边特殊不良因素的预判，未提前对基坑与建筑物之间土体进行预加固处理。
虽然压密注浆后一周内基坑变形及房屋裂缝持续增大；但随时间增加注浆强度逐步增长，基坑变形趋于稳定状态，并控制在基坑变形范围内。
2 处理方案选择
综合上述调查后原因，经压密注浆20天后基坑变形得到控制，但原建筑物基础下为池塘回填土，淤泥质较厚，桩底未达到持力层，对地基变形较敏感；当相邻地块地下室施工时，该建筑物向基坑开挖侧发生倾斜，其中东西向倾斜率5.27‰，南北向倾斜率0.306‰，倾斜过大，不满足规范要求，存在安全隐患，为保证房屋后续正常使用，需进行基础加固和纠偏处理。
2.1纠偏设计及现场要求
考虑到本建筑为旧民房建筑、西侧距离基坑较近且地下室未回填、东侧紧临多栋类似建筑且楼内有住户，为保结构和施工安全，纠偏过程中应尽量减小对周边房屋底部土层的扰动，应选择纠偏速度快、施工工期短、并易于控制的方案，另外，因本民房建筑已使用多年，纠偏后应尽量减小对其使用功能的影响。
2.2纠偏方案
从自身建筑结构特点、周边环境复杂、地质条件变化较大、工期要求短、施工过程控制难易等因素综合考虑，并根据监测及调查结果表明该建筑沉降还未稳定，故纠偏前先对地基进行加固，使其沉降稳定，并确保纠偏后地基承载力满足设计要求，再采用抬升法进行对上部结构进行整体纠偏（东侧阻沉、北面迫降）。即在原结构基础顶面，将柱截断后，采用千斤顶顶对结构进行整体抬升，通过调节各抬升点的位移从而达到纠偏的目的。
该方案优点：（1）设计满足安全要求，施工工期短；（2）顶升纠偏对原楼正常运行及周边地下室施工影响小，施工便捷；（3）纠倾可量化控制，质量有保证；（4）纠倾后地面标高变化很小，对建筑使用功能无影响。
3 基础加固及顶升纠偏设计与施工
3.1房屋基础加固设计
因该楼基础底部为池塘回填，填土及耕土层较深、淤泥质土层较厚，原人工挖孔桩未能进入持力层，建筑物基底地基承载力不足，因此，采用锚杆静压钢管桩对原房屋进行基础加固处理，将桩端置于地基下部较好的持力层，并将建筑物的全部或部分荷载传到该土层，从而达到减小基底下地基土的附加应力，制止建筑沉降的发展，达到加固的目的。
锚杆静压钢管桩加固平面布置及工作原理详见图3及图4，其设计桩数由上部结构荷载及单桩竖向承载力计算确定，施工时，压桩力不得大于该加固部分的结构自重荷载；锚杆根据压桩力大小确定。经计算，钢管桩规格采用Φ245δ8.0钢管，内灌注C30混凝土填芯，共布置26根；锚杆采用M32精轧螺纹钢锚杆，在新增承台中预埋。
钢管桩有效桩长为10~12米，单节桩长＜2.0米，单桩承载力特征值为400kN，压桩力为600KN，且持续时间不应小于5分钟，角桩封桩力300kN，其余封桩力200kN，以压桩力控制为主，桩长控制为辅。新建承台基础压桩开孔孔径350x350，开孔时下部孔径可大于上部孔径达400x400。反力锚杆为4根M24爪肢锚杆，长＞420mm，锚固深度为＞300mm，露出基础高度为＞120mm。压桩完毕后，顶上4根锚杆用2直径16钢筋交叉焊接，然后采用采用C30微膨胀混凝土封口。
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图3 基础加固平面图 图4 锚杆静压桩工作原理图
3.1.2施工工艺
工艺流程：定位放线→新增承台施工→预埋锚杆→清理桩孔→桩机就位→吊桩插桩→桩身对中调直→静压沉桩→接桩→再静压沉桩→送桩→施加预应力（或进入下步施工）→封桩
3.2截柱顶升纠偏设计与施工
截柱顶升纠偏是在已发生倾斜的建筑物基础上面设置抬升承台，并在基础和承台间设置千斤顶，通过对千斤顶施压将柱荷载通过承台和千斤顶转移到基础上，然后截断结构柱，通过调整建筑物各柱的顶升量，使建筑物沿某一直线（不须抬升轴线）作整体的刚体平面转动，将建筑物恢复到规范允许状态。
3.2.1设计计算
（1）结构柱荷载的计算
根据实际情况对建筑的进行整体模型，在不考虑风荷载及地震作用在内的恒载+活载下的计算得到内力组合最大值。在设计托换结构时采用荷载的基本组合，确定千斤顶和设计顶升力时采用荷载的标准组合值。计算得到单柱最大轴向荷重为367kN至2320kN。
（2）千斤顶数量计算
按计算荷载计算千斤顶个数、分布位置及每个千斤顶的顶升力，按计算结果住宅楼共布置100吨千斤顶32个，详见图5。单片墙或单柱下顶升点数量，可按下式估算：
式中：n——顶升点数；Q——相应于作用的标准组合时，单片墙总荷载或单柱集中荷载（kN）；Na——顶升支撑点千斤顶的工作荷载设计值（kN），可取千斤顶额定工作荷载的0.8；K——安全系数，可取2.0。
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图5 抬升千斤顶平面布置图 图6 抬升点示意图
（3）确定千斤顶顶升承台断面及配筋
根据上部荷载，顶升承台采用钢筋混凝土结构，应满足承台的抗弯、抗剪、冲切及局部承压验算要求。
（4）顶升面和反力提供体系选择
根据上部荷载及支点位置进行选择，便于施工和顶升作业，顶升面选择在房屋底层地梁顶面，顶升反力利用基础之间的地连梁和独立基础。详见图6。
（5）计算各顶升点的顶升量
各顶升点顶升总高度根据纠倾要求，分次分阶段进行，每次最大顶升量应根据框架梁的允许相对变形确定。按下式计算：
式中：hi——顶升量；l——转动点至计算顶升点水平距离（m）；L-——转动点至沉降量大点的水平距离（m）；Sv——纠偏需要调整的最大抬升量（mm）；
表1 各顶升点的设计顶升量
3.2.2顶升纠偏的施工顺序
施工顺序：地梁上方开挖--顶升反力支承施工--顶升承台施工--观测点布设和测量--千斤顶安装--抬升纠施工--柱连接恢复--抬升承台拆除。
顶升施工程序及要求：
（1）本工程采用分次分阶段顶升。第一阶段将建筑物倾斜量最大处试顶升，以便使结构分离；第二阶段边顶升边纠偏；第三阶段为微调阶段，对各顶升点顶升量进行调整，使建筑物顶升至设计顶升高度。
（2）首先在倾斜量最大处整体顶升2mm，使结构分离，然后进行纠平，即西端1轴线不动，从1轴线-6轴线对不同的轴线按不同的顶升量顶升；最后根据实测各顶升点的顶升量，按照设计的顶升量进行调整；然后再对南北向进行纠偏，使住宅楼恢复到正常垂直状态。
（3）抬升承台施工完毕7d后利用回弹仪测定混凝土强度，确认达到规定强度后开始顶升；在顶升过程中，采用电阻应变仪对全部千斤顶和部分框架梁进行受力观察，复核设计的安全性及合理性。
（4）顶升时由专人统一指挥，正式顶升前进行一次试顶升。按6个轴线，每条轴线安排一名技术人员和技术工人负责检查、测量并及时地把情况向指挥员汇报，由指挥员根据各种情况发出指令。
（5）顶升过程中应严格控制顶升速度及2个千斤顶顶升的均匀性，同时观测建筑物的倾斜量；当局部因荷载较大而顶升量不足时，停止其余千斤顶的手动，单独对该千斤顶进行特殊顶升。
（6）当顶升的千斤顶行程不够时，要及时地分台分次在千斤顶下加塞垫块，防止因同时倒程托梁受力过于集中而发生危险。
（7）顶升到预定位置后，锁紧全部千斤顶，立即在支墩顶空部位钢板垫紧，分批间隔撤走千斤顶，在断柱处按原设计配筋数量和方式焊接和绑扎钢筋，用C30细石混凝土浇注密实。（8）应在水平仪和经纬仪的观测下进行全过程施工，以便纵观全局，随时调整顶升纠偏施工。顶升纠编完成后，及时恢复水电管线，抬高底层室内地坪。
4 施工监测及工程效果
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图7 抬升监测点平面图布置图 图8 基坑监测平面图
4.1施工监测
4.1.1基础加固阶段监测
（1）结构竖向位移监测
通过监测布置于建筑结构上测点的高程变化来监测建筑物的沉降情况，在监测过程中，一旦发现下变化过大等异常情况时，及时报告。
（2）主体结构倾斜监测
建筑物主体结构倾斜观测，应测定建筑结构物顶部相对于底部或各结构层间上层相对于下层的水平位移与高差，分别计算整体或分层的倾斜度、倾斜方向以及倾斜速度。
（3）结构应力应变监测
对整个纠倾过程中结构应力应变的监控采用计算机应力应变控制法，随时掌握纠偏过程中结构整体受力状况，从而在结构发生较大变形前及时调整纠倾施工方案，保证纠倾工作顺利开展；
4.1.2顶升阶段监测
（1）千斤顶监测；（2）建筑物沉降监测；（3）建筑物挠度观测；（4）建筑物的倾斜观测；（5）房屋裂缝观测；
4.1.3基坑施工监测
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图8 压密注浆前房屋沉降值 图9 加固及纠偏后新测房屋沉降值
4.2监测分析及施工效果
从2019年8月份开挖起至9月初房屋处于平稳状态，当基坑开挖到底而底板未施工时，基坑变形及房屋沉降增加过大；待压密注浆后一周内，于2019年10月25日起W01、W02点分别出现了沉降和抬升的相反变化，不均匀沉降变形持续增大，其中最大东西向倾斜率5.27‰，南北向倾斜率0.306‰，已超出规范要求；2019年12月20日~2020年1月9日通过加固纠偏后新测基坑监测值可以看出临近基坑较近的W01，W02房屋倾斜得到纠偏改善，趋于稳定状态，变形控制在0.1mm范围内，满足了设计要求，施工过程质量控制严格，取得良好的纠偏效果。
5 结论
本文简述了基坑工程开挖引发房屋倾斜的发生级处理的全过程，从多方角度分析了险情的原因、处理方案及实施效果，并总结经验及教训，得到了以下结论：
（1）要重视临近基坑开挖附近的既有建筑勘察及环境的综合调查，即便是红线范围外重点保护建筑，在设计前应补充建筑范围内的地质水文勘察、建筑物基础（包括基础形式、布置、埋深）、周边管网的调查。
（2）基坑设计施工前应加强对基坑周边不利因素的预判，提前告知业主因资料缺乏可能会导致基坑及周边建筑存在的风险类型，并在施工前做好风险技术交底。建议特殊不良情况下应在基坑开挖前进行预加固处理，待达到一定强度后再进行基坑开挖，减小对周边建筑物的影响。
（3）本工程采用地基加固及断柱顶升综合纠偏技术，整个施工历时了20余天，正式顶升纠偏时间约4个小时将倾斜率最大值控制0.2‰以内，满足了设计要求，阻止了基础的不均匀沉降，使建筑物恢复垂直，减小了基坑变形，取得了良好的综合纠偏效果；并取得了较好的经济效益，与拆除重建相比，可节约投资80%，同时减小了土地报批报建的风险；在整个纠偏过程中工期历时短，降低了基坑及地下室施工工期风险影响，加快了整体工程进度；为类似项目提供相关经验。
（4）本工程施工同时采用监测体系对纠偏施工实施了信息化监控，确保了自身结构、停车场基坑及地下室的施工安全，对施工指导具有一定指导意义。
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作者简介：
匡雁晨（1984年—），女，湖南耒阳，高级工程师，硕士学位，中建五局土木工程有限公司市政设计院、岩土工程所所长，研究方向：岩土工程方向。