0 引言

　　随着我国城市建设快速发展，高层、超高层建筑地下结构深度不断加大，使用过程中往往存在沉降长期不稳定，甚至超出设计上限和规范强制条款要求。相较于前期施工，问题建筑不均匀沉降的补救处理在可选工法、作业空间、周边环境、经济效益等方面受到诸多限制。注浆技术成熟，施工方便，注浆后基础底板受力较均匀，成为城市地基纠偏中的主流技术^[1,2,3]。鉴于注浆工程的相关设计仍处于半理论、半经验状态，本着兼顾基础纠偏和地基加固原则，提出步进式注浆技术。步进式注浆技术在地层加固、沉降控制、基础顶升方面体现出“小型化、零噪声、阻沉快”等优势。本文采用步进式注浆的方式，在不影响居民日常生活前提下对高地下水位的高层住宅进行基础抬升纠偏，并通过跟踪补偿注浆及时进行纠偏，实行动态管理，依据监测结果调整注浆区域及参数，缓慢调整建筑物沉降以恢复沉降前水平^[4]。

　　1 工程概况

　　某高层建筑物为住宅楼，共3个单元，建筑面积34 318.28m²，总高82m，地上25层，地下1层。采用剪力墙结构、筏板基础(筏板厚1.5m)。地基处理方式为换填，挖除软弱土层及破碎岩体至完整岩面，浇筑混凝土5～6m，投入毛石进行搅拌，形成毛石混凝土层作为该住宅楼基础。原地面标高100.500～108.200m，相对高差约8.000m。场地经过回填后地形相对平缓。

　　根据详勘报告，本场区地层由新到老、从上到下依次为素填土、冲洪积粉质黏土、冲洪积黏土、含碎石黏土、残积含碎石黏土、奥陶系全风化泥页岩、奥陶系破碎灰岩、奥陶系完整灰岩共8层。场区无区域性断层通过，无塑性滑坡，无暗沟、液化土层等不良地质现象，存在土洞、岩溶不良地质作用。地下水位在地表以下1～3m。

　　住宅楼于2018年交付业主使用，交房后1个月左右，该住宅楼西侧3单元开始出现不均匀沉降并向西倾斜，其与2单元间伸缩缝出现扩大。截至2019年5月中旬，最大累积沉降已达64mm，倾斜率已达0.33%。观测数据显示，该单元地基基础的倾斜仍未趋于稳定，根据相关规范要求^[5]，该建筑物的允许倾斜率为0.3%，因此须对该单元楼进行地基基础纠偏及加固^[6]。

　　2 事故原因分析

　　对该单元楼进行了二次补勘工作。通过对补勘报告、建筑物结构图纸、地基处理方案等资料的整理分析，总结事故原因如下。

　　1)布置在3单元南、北、西侧三侧的23个补勘钻孔发现15个溶洞。溶洞与地表连通性强，多为开口型溶洞，均被软塑性黏土充填，溶洞顶板岩石在建筑物荷载下处于不稳定状态。补勘中溶洞的数量、范围、深度较早期详勘报告严重，加之溶洞自身的不稳定性，详勘给出的地基承载力与实际出现较大偏差。

　　2)该单元楼基础范围内的回填土为新近填土，回填时间<2年，为高压缩性土，主要由黏性土组成，含少量碎石及建筑垃圾，土质松散。尤其场地西侧处回填土含大量生活垃圾和建筑垃圾。基础下回填土的密实度和承载力存在较大差异。

　　3)场地东北侧约800m处存在地表水系。场地新近回填土渗透等级为中等渗透，由于换填的毛石混凝土基础中毛石的不均匀性，造成单元楼基础中孔隙较大，加之单元楼基础中地下水位高于地下室底板(埋深1.5～2.0m)。基坑施工造成地下水排水路径改变，进一步造成地基基础和持力层承载力的损失^[7]。

　　4)考虑到单元楼建筑附加荷载，详勘报告建议住宅楼采用桩基础，持力层选择完整灰岩，该层抗压强度标准值f_rk=45.9MPa，属较硬岩，岩石较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级。但单元楼地基处理方案最终改为换填地基。虽然挖除软弱土层及破碎岩体至完整岩面，但完整灰岩层顶深度为5.2～20.8m，因此单元楼部分地基持力层并非完整灰岩，而是相对软弱的土层。地基处理方案选择不恰当也加剧了单元楼的倾斜。

　　综合分析认为，原基础方案就上述4方面未能给予充分考虑并采取恰当治理措施，是造成3单元楼发生不均匀沉降和倾斜的主要原因。

　　3 纠偏方案设计

　　因场地地下水位较高且已有部分居民入住，为达到止偏加固目的，选择步进式注浆技术进行抬升纠偏。步进式注浆技术采用渗入性灌浆浆液有效充填封闭地基岩土层土洞、溶洞、裂隙并重新固结形成“结石体”，同时使软弱夹层经“压力泡”挤密，脉状、片状渗透，形成以压浆点为中心的微型桩凝固体，有效充填地下溶洞^[8]。在保证结构安全、不中断使用的前提下，避免拆迁造成巨大经济损失。

　　3.1 步进式注浆工序

　　根据问题单元楼地基基础范围和深度，本项目步进式注浆施工通过以下3个阶段实现。

　　3.1.1 浅层加固补强

　　基础垫层下方毛石混凝土孔隙较大，承载力差异性大，透水性好。通过垫层下注浆的扩散作用使原垫层和浆液凝固形成胶结体，改变垫层性状，增强隔排水及防冻能力，为后续注浆中建筑物抬升和均匀性提供保障，防止注浆抬升过快造成建筑物的二次伤害。

　　3.1.2 深层溶洞填充加固

　　浅层加固补强后，继续向下施钻，穿过溶洞对溶洞和碎石破碎带进行填充加固，形成结石体(穿过溶洞进入基岩≥1.0m)，提高承载力的同时挤密溶洞上层软弱土层，为后续的抬升注浆奠定基础。

　　3.1.3 中间层步进式注浆抬升

　　上、下两层加固体形成强度后，依托浆液对沉降侧中间层的填充挤密作用，提高密实度并进一步形成抬升力，达到局部抬升、整体纠偏的效果。

　　注浆方案和参数依施工期建筑物变形监测进行步进式动态调整。步进式注浆工序如图1所示。

　　3.2 二次补浆加固

　　建筑物抬升高度达到要求后，对建筑物全平面基础底板以下，尤其是角点、承重柱、承重墙下地基进行二次补浆加固，形成整体的复合地基加强体，从而使建筑基础达到沉降稳定要求和纠偏的目的。

　　3.2.1 注浆孔布置

　　注浆孔分为3类:浅层加固孔、深层加固孔、步进式抬升孔。布置方案如下。

　　1)加固孔布置单元楼基础内布孔，采用3.0m×2.8m呈梅花形布置，垂直打孔，浅层加固孔深度为基础底以下6～8m，深层加固孔深度为基础底以下10～19m(穿过溶洞进入基岩≥1.0m)，保证深层加固孔注浆能填充溶洞。孔位根据现场实际情况进行调整，避开剪力墙，最大孔距应≤4m。

　　图1 步进式注浆工序  

　　2)抬升孔布置在建筑物沉降的一侧利用部分加固孔作为抬升孔，孔深为基础底板以下6～8m;必要时在室外进行倾斜钻孔作为抬升孔，孔位距外墙约2m，钻孔角度5°，钻孔深度至基础底板以下约15m。布孔方案如图2所示。

　　图2 布孔方案示意 

　　3.2.2 注浆浆液选择

　　考虑到本单元楼地下水位较高、地基基础毛石混凝土孔隙大等特点，注浆浆液选用高铝铁复合浆液。该浆液固结硬化时间易调整，可控制在10～90s;渗透性良好，对细砂层同样具有较强的渗透能力，凝结硬化后强度高;地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能;具有抗酸、抗碱等优点。浆液参数如表1所示。

　　表1 注浆浆液参数 

　　表1 注浆浆液参数

　　采用二重管后退式注浆工艺，钻机采用TXU-150D，注浆机采用2ZBSB3.6～0.5/5～7.5。施工流程如下。

　　1)钻孔钻孔位置及孔间距根据工程实际确定，一般为1～1.5m，钻孔孔径为42mm。

　　2)注浆系统设置钻孔机将钻杆(注浆管)设于预定深度后，连接好注浆系统，注入清水并从浆液混合器端部流出。

　　3)调制好浆液，并保证连续供应。

　　4)注浆施加压力注浆时，必须精心操作控制住压力。在某点上的压力达到预定值时，缓缓提升钻杆(注浆管)，以压力减小或30～50cm为宜。根据施工需要，每孔可由上至下，也可由下至上分段进行。多孔时，要分孔序，以间隔注浆为原则。

　　5)注浆完毕后，将注浆管冲洗干净全部收回，对注浆孔进行密封，恢复原状。

　　6)浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据工程实际需要调整。

　　7)浆液不流失、固结后不收缩、硬化剂无毒、对周围环境及地下水资源不造成污染^[9]。

　　3.3 孔位复核

　　为了保证工程质量，严格按布孔方案进行复核。钻机定位须准确，保证钻头点位误差≤20mm，钻杆垂直度误差≤1°，钻孔间距偏差≤100mm。钻进过程中，随时观察钻进深度及溢水情况，出现涌水时应立即停钻，先行注浆止水，再分析原因。确认止水效果后，方可继续钻孔;配料计量工具检验合格后，严格按设计配合比配料;按设计的注浆程序施工。进浆量须准确，严格控制注浆压力，误差控制为±5%，注浆方向应由专人操作，当压力突然上升或浆液从孔壁、地面溢浆及跑浆时，须立刻停止注浆，采取措施解决并确保注浆量;注浆完毕后，采取措施保证不溢浆、不跑浆;每道工序的操作记录由专人负责;应加强施工检查和监测注浆全过程，防止地面出水溢浆、隆起和施工地段的地面沉降;注浆完成后，孔口采用与地坪相同强度等级或高一强度等级的水泥砂浆封堵抹平。

　　4 工程效果

　　开始注浆时，注浆作业以填充溶洞、土洞为主，以注浆量为控制标准。待达到1.2～1.5倍设计注浆量时，以注浆量和注浆压力同时控制，此时注浆作业以挤密作用为主。具体如下:注浆压力逐步升高，达到设计终压并继续注浆10min以上;如单孔(或每段)压力达不到设计终压，注浆量须达到设计注浆量。

　　注浆效果检查评定标准和方法要根据注浆目的确定^[10]。在步进式跟踪注浆施工过程中，密集观测结构变形监测点，对沉降速率大的区域进行反复注浆以达到理想的加固效果。8月9日，单元楼西侧抬升孔开始注浆后出现二次沉降。经分析认为:(1)由于单元楼基础下有较厚土层、破碎岩层，浆液在高压作用下以较快速率注入，对土体和岩层造成扰动，引起土颗粒、岩块重新排列，致使体积发生变化;(2)单元楼下溶洞数量较多，存在串联可能，注浆使洞内充填的软塑性黏土迅速挤密，黏土中超孔隙水压力快速上升，超孔隙水压力消散过程中伴随有效应力增加，因此引发二次沉降。为防止二次沉降进一步发展，危害结构安全，首先在基础外西北角、西南角各补打加固孔1个(深度为基础底面以下10～19m，穿过溶洞进入基岩≥1.0m)。倾斜钻孔，以便在基础外围形成局部止浆体，防止基础内侧浆液流失;同时，辅助挤密抬升内侧地基。加孔位置如图3所示。另外，基础内部深部加固孔增大注浆量，随时保持密切监测。

　　图3 加孔位置示意  

　　8月17日补孔注浆后，8月19日建筑沉降达到相对稳定状态。8月20日呈现上升趋势。整个注浆过程持续至9月8日结束，累计最大抬升量约194.04mm，日均约10mm。3单元伸缩缝全部复位，伸缩缝实测宽度17.1cm，建筑向南偏移约6mm，达到业主要求。监测点布置及监测点累积抬升曲线如图4,5所示。

　　图4 监测点布置示意  

　　5结语

　　1)未能充分考虑场地深部存在溶洞造成持力层承载力不足，对地下水位深度估计不足，地基处理不到位等因素是造成该单元楼不均匀沉降的原因。

　　图5 监测点累积抬升曲线  

　　2)从问题单元楼地基基础的整体范围和深度出发，注浆方案分为浅层加固补强、深层溶洞填充加固、沉降区抬升注浆，先浅后深，先稳后抬，因此步进式注浆抬升三阶段思路合理可行。

　　3)步进式跟踪注浆施工过程中，须通过动态跟踪监测及时进行信息反馈，及时调整注浆方案，保证注浆效果，防止出现二次沉降或抬升效果甚微情况。

　　4)单元楼基础外围注浆，一方面形成局部止浆体，防止内部注浆浆液流失，起到侧限作用;另一方面，挤密单元楼基础内部持力层。

　　5)步进式注浆应充分收集资料，分析倾斜原因。制订专项施工方案，选择与地层匹配的浆液配合比和注浆工艺。